JP4731033B2

JP4731033B2 - 油圧駆動制御装置

Info

Publication number: JP4731033B2
Application number: JP2001104222A
Authority: JP
Inventors: 誠一渕田; 治黒柳; 忍北山; 伸二前田; 雅彦星谷
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2001-04-03
Filing date: 2001-04-03
Publication date: 2011-07-20
Anticipated expiration: 2021-04-03
Also published as: KR20020079393A; JP2002295408A; KR100805990B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば油圧ショベルの油圧駆動系を制御する油圧駆動制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば油圧ショベルのような建設機械においては、燃料噴射ポンプによる燃料噴射量の調整により制御されるエンジン（内燃機関）と、このエンジンにより駆動される可変容量型油圧ポンプを備え、この可変容量型油圧ポンプから吐出される圧油により、ブーム、アームおよびバケット等の各種作業機を駆動するようにされている。ここで、前記可変容量型油圧ポンプ（可変油圧ポンプ）の吐出油量を制御する制御装置としては、この可変油圧ポンプの斜板角度を調整するサーボバルブに対し圧油を供給する油圧回路中に制御弁を設け、この制御弁を前記可変油圧ポンプの吐出圧力に応じて調整してその可変油圧ポンプの吐出量を制御し、これにより可変油圧ポンプの入力トルクを一定に制御するようにしたものが知られている。
【０００３】
この制御装置においては、可変油圧ポンプの入力トルクが一定値になることから、この入力トルクの最大値を、設定されたエンジン回転数における、エンジンの最大設定出力状態の定格点のトルクに見合う値に設定するようにされている。そして、実際の作業において、例えば重掘削のように大きな動力を必要とする場合には、エンジンの目標回転数を最大に設定し、可変油圧ポンプの入力トルク制限値を、エンジンの定格出力時の出力トルク値に設定するようにされ、エンジンの出力トルクがほぼ限界に達し、さらに可変油圧ポンプの入力トルクが増加傾向にあるときには、この可変油圧ポンプの入力トルクをエンジンの実回転数と目標回転数との偏差の増大に応じて減少させるように制御される。また、比較的小さな動力で済む作業の場合には、エンジンの目標回転数を低めに設定し、可変油圧ポンプの吸収動力を低減させて使用するようにされている。
【０００４】
しかしながら、このような制御装置においては、エンジンの目標回転数が設定されると、可変油圧ポンプの入力トルク制限値が１つの値に決められることから、作業内容もしくは作業環境によってはその入力トルク制限値が適切ではなく種々の不都合を生じる場合がある。例えば作業環境上騒音を低く抑えて作業するような場合には、エンジン回転数を下げて作業を行うことが必要となるが、このようにエンジン回転数を低下させるとそれに比例してアクチュエータに供給される圧油の最大供給量が低下することになり、アクチュエータの最大速度が低下して作業能率が低下してしまう。
【０００５】
このような問題点に対処したものとして、エンジンの出力トルクに対応する可変油圧ポンプの入力トルクの最大値を、操作者が作業モードに応じて複数の値のうちから選択して指定できるようにし、この選定された入力トルクの最大値と、検出された可変油圧ポンプの吐出圧力とから、選定した入力トルク最大値に対応する吐出量制御手段の目標変位を設定するようにした油圧ポンプ駆動系制御装置がある（特公平４−５９４５７号公報参照）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記特公平４−５９４５７号公報に記載の制御装置では、操作者がある特定の作業モードを選択すると、その作業モードに対応して可変油圧ポンプの入力トルク最大値が所定値に設定されるため、例えば重掘削の作業モードにおいて、掘削作業によりバケット内に溜められた土砂を排土した後、再度ブームを旋回させながら下降させていく動作、所謂「ダウン旋回」と称される動作を行った場合に、バケットには自重落下による下向きの力が作用することから可変油圧ポンプに余分な仕事をさせていることとなって、無駄な燃料消費がなされて燃費が悪化する要因になってしまう。要するに、この従来装置では、操作者により作業モードが一度設定されると、その作業モードにおいて作業内容が変わっても可変油圧ポンプの入力トルク最大値は変わらないので、作業内容によっては無駄な燃料消費が生じてしまうという問題点がある。
【０００７】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、作業内容に応じて可変油圧ポンプの最適な出力特性を自動的に得ることができ、これによって燃費の低減を図ることのできる油圧駆動制御装置を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段および作用・効果】
前記目的を達成するために、第１発明による油圧駆動制御装置は、
エンジンにより駆動される可変容量型油圧ポンプと、この油圧ポンプから吐出される圧油により駆動される作業機と、前記油圧ポンプの吐出油量を制御する吐出量制御手段と、前記油圧ポンプの吐出圧に応じてその油圧ポンプの入力トルクが略一定になるように前記吐出量制御手段を制御するコントローラを備える油圧駆動制御装置において、
オペレータにより操作される操作レバーと、この操作レバーに付設されたパワーアップスイッチと、前記作業機により行われる複数の作業モードの中から重掘削モード、掘削モード、整正モード、微操作モードのうちの所望の作業モードを選択する作業モード選択手段と、この作業モード選択手段により選択された作業モードに応じてエンジンの出力トルク特性を設定する出力トルク設定手段と、前記操作レバーによる前記作業機の特定の操作状態を検出して前記コントローラにその検出信号を送信する特定操作状態指示手段とを有し、前記コントローラは、前記特定操作状態指示手段からの信号に応じて前記油圧ポンプの入力トルクの最大値を所定値に設定する最大値設定手段を有し、前記最大値設定手段は、前記特定の操作状態が、油圧ショベルのブームの下げ動作と上部旋回体の旋回動作との複合作業であるとき、上部旋回体の旋回単独動作に比べて前記油圧ポンプの入力トルクの最大値を低めの値に設定することを特徴とするものである。
【０００９】
本発明によれば、オペレータにより操作される操作レバーによる作業機の特定の操作状態が検出され、この操作レバーによる作業機が特定の操作状態が、作業機としての油圧ショベルのブームの下げ動作と上部旋回体の旋回動作との複合作業、所謂ダウン旋回動作状態にあるとき、上部旋回体の旋回単独動作に比べて油圧ポンプの入力トルクの最大値が低めの値に設定される。このブームの下げ操作と旋回操作との複合操作状態（ダウン旋回状態）においては、バケットが自重で降下する状態となるので、ポンプ馬力を低下させても作業上支障がなく、しかも違和感なく油圧ポンプの入力トルクを落として燃費の低減を図ることができる。また、このダウン旋回状態において、前述のような入力トルクの最大値を設定することで、ブームの動きがスムーズに行われるという利点もある。
【００１０】
また、第２発明による油圧駆動制御装置は、
エンジンにより駆動される可変容量型油圧ポンプと、この油圧ポンプから吐出される圧油により駆動される作業機と、前記油圧ポンプの吐出油量を制御する吐出量制御手段と、前記油圧ポンプの吐出圧に応じてその油圧ポンプの入力トルクが略一定になるように前記吐出量制御手段を制御するコントローラを備える油圧駆動制御装置において、
オペレータにより操作される操作レバーと、この操作レバーに付設されたパワーアップスイッチと、前記作業機により行われる複数の作業モードの中から重掘削モード、掘削モード、整正モード、微操作モードのうちの所望の作業モードを選択する作業モード選択手段と、この作業モード選択手段により選択された作業モードに応じてエンジンの出力トルク特性を設定する出力トルク設定手段と、前記操作レバーによる前記作業機の特定の操作状態を検出して前記コントローラにその検出信号を送信する特定操作状態指示手段とを有し、前記コントローラは、前記特定操作状態指示手段からの信号に応じて前記油圧ポンプの入力トルクの最大値を所定値に設定する最大値設定手段を有し、前記最大値設定手段は、前記特定の操作状態が、油圧ショベルのブームの上げ動作、アームのダンプ動作、バケットのダンプ動作のいずれかの動作と、上部旋回体の旋回動作との複合作業であるとき、上部旋回体の旋回単独動作に比べて前記油圧ポンプの入力トルクの最大値を高めの値に設定することを特徴とするものである。
【００１１】
本発明によれば、油圧ショベルのブームの上げ動作、アームのダンプ動作、バケットのダンプ動作のいずれかの動作と、上部旋回体の旋回動作との複合作業において、油圧ポンプの入力トルクの最大値が高めの値に設定されるので、作業内容に合った最適のポンプ最大トルク値を得ることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明による油圧駆動制御装置の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１３】
図１には、油圧ショベルに適用した本発明の一実施形態に係る油圧駆動制御装置のシステム構成図が示されている。
【００１４】
本実施形態においては、エンジン１が設けられるとともに、このエンジン１により駆動される第１の可変容量型油圧ポンプ２および第２の可変容量型油圧ポンプ３が設けられている。エンジン１には、燃料噴射ポンプ４とガバナ５とが併設され、このガバナ５の燃料コントロールレバー５ａがガバナ駆動モータ６にて駆動されるように構成されている。また、この燃料コントロールレバー５ａの駆動位置はポテンショメータ７により検出され、その検出信号がコントローラ８に入力される。さらに、エンジン１のスロットル量を設定するために燃料ダイヤル９が設けられ、この燃料ダイヤル９に付設されるポテンショメータ９ａからのスロットル信号が前記コントローラ８に入力される。また、エンジン１の出力軸の実回転数は回転数センサ１０にて検出され、その検出信号もコントローラ８に入力される。
【００１５】
前記第１の可変容量型油圧ポンプ２の吐出圧油および第２の可変容量型油圧ポンプ３の吐出圧油は、操作弁１１（ブーム用操作弁、アーム用操作弁等）を介して図示されないブームシリンダ、アームシリンダ、バケットシリンダ、走行モータ、旋回モータ等にそれぞれ供給されてそれら作業機等を駆動する。これら可変容量型油圧ポンプ２，３は、サーボバルブ１２，１３によってそれら油圧ポンプ２，３の斜板２ａ，３ａの傾転角が変化されて１回転当たりの吐出油量がそれぞれ変化される。また、これらサーボバルブ１２，１３は前記傾転角を検出する検出器を備えていてその傾転角信号がコントローラ８に入力される。
【００１６】
前記各可変容量型油圧ポンプ２，３の吐出油路中には吐出油圧を検出する油圧センサ１４，１５がそれぞれ設けられ、これら油圧センサ１４，１５にて検出された圧力信号がコントローラ８に入力される。
【００１７】
一方、運転室内には、作業機を操作するために、旋回／アーム操作レバー１６、ブーム／バケット操作レバー１７および走行操作レバー１８がそれぞれ設けられ、これら各操作レバー１６，１７，１８の各操作レバー信号は油圧スイッチ１９，２０，２１を介してコントローラ８に入力される。また、前記旋回／アーム操作レバー１６にはノブスイッチ（パワーアップスイッチ）２２が付設され、このノブスイッチ２２の操作信号もコントローラ８に入力されるようになっている。
【００１８】
さらに、油圧ショベルにおける重掘削モード、掘削モード、整正モード、微操作モード等の作業モードを選択するためのモニタパネル（作業モード選択手段）２３が設けられ、このモニタパネル２３による作業モード選択信号もコントローラ８に入力される。
【００１９】
前記コントローラ８は、燃料ダイヤル９より入力されるスロットル信号（目標回転数信号）と回転数センサ１０にて検出されるエンジン１の実際の回転数信号との偏差信号に基づき、所定の関数関係を満足させる電圧を駆動信号として発生し、この駆動信号に基づきガバナ駆動モータ６を駆動する。また、ガバナ５は、図２に示されるような特性にしたがってエンジン１の出力トルクを制御する。
【００２０】
今、一例として、燃料ダイヤル９が最大位置にセットされているとすると、ポテンショメータ９ａからの出力信号は最大目標エンジン回転数Ｎ_Ｓ'を示す大きさに設定されており、コントローラ８からはその最大目標エンジン回転数Ｎ_Ｓ'に対応するモータ駆動信号がガバナ駆動モータ６に加えられる。これによりガバナ駆動モータ６は最高速レギュレーションラインＬ_Ｓが設定されるように燃料コントロールレバー５ａを作動させ、エンジン１の出力トルクと可変容量型油圧ポンプ２，３の合成吸収トルクとがＰ_Ｓ点（最大馬力点）にてマッチングすることになる。こうして、エンジン１の出力馬力およびエンジン回転数が自動設定される。
【００２１】
本実施形態においては、モニタパネル２３にて選択された作業モードが重掘削モードである場合には、ガバナ５は図２に示されるレギュレーションラインＬ_Ａを設定し、選択された作業モードが掘削モードである場合には、ガバナ５は図２に示されるレギュレーションラインＬ_Ｅを設定する。
【００２２】
また、コントローラ８においては、旋回／アーム操作レバー１６、ブーム／バケット操作レバー１７および走行操作レバー１８からの操作レバー信号により、作業機の特定の操作状態が検出されると、可変容量型油圧ポンプ２，３の入力トルクの最大値（限界値）を所定値に制限するように、言い換えれば作業機のパターンに応じて可変容量型油圧ポンプ２，３の入力トルクの最大値を本来設定される入力トルクより低めの値に設定するように制御が実行される。
【００２３】
次に、この入力トルク限界値を設定するための制御の具体的内容について、図３に示されるフローチャートを参照しつつ説明する。
【００２４】
Ｓ１：モニタパネル２３により選択された作業モードが重掘削モードであるか否かを判定する。そして、重掘削モードである場合には次のステップＳ２へ進み、重掘削モード以外のモードが選択されている場合には、別のフローへ進む。なお、この別のフローについては以下に説明するステップＳ２〜Ｓ１１のフローとほぼ同様であるのでその詳細な説明を省略することとする。
【００２５】
Ｓ２：旋回／アーム操作レバー１６に付設されたノブスイッチ（パワーアップスイッチ）２２がＯＮ操作されているか否かを判定する。そして、このノブスイッチ２２がＯＮ操作されているときには次のステップＳ３に進み、ＯＮ操作されていないときにはステップＳ５へスキップする。
【００２６】
Ｓ３：ノブスイッチ２２がＯＮ操作されている場合には、次に旋回動作が単独で行われていないかどうか、言い換えれば旋回動作と他の作業機動作とが複合して行われているか否かを判定する。そして、旋回動作が単独で行われていないとき（ＹＥＳ）には、次のステップＳ４へ進み、旋回動作が単独で行われているとき（ＮＯの場合）には、ステップＳ５へスキップする。
【００２７】
Ｓ４：ノブスイッチ２２がＯＮ操作されており、かつ旋回動作が単独で行われていない場合には、操作レバー１６，１７が中立位置にないかどうか、言い換えればブーム、アーム、バケット等の作業機を動かしている状態にあるかどうかを判定する。そして、操作レバー１６，１７が中立位置にあるとき（ＮＯ）には次のステップＳ５へ進む。一方、ノブスイッチ（パワーアップスイッチ）２２がＯＮ操作されており、かつ旋回動作が単独で行われておらず、しかも操作レバー１６，１７が中立位置にない場合にはステップＳ８へ進む。
【００２８】
Ｓ５：ノブスイッチ２２がＯＮ操作されていないか、旋回動作が単独で行われているか、あるいは操作レバー１６，１７が中立位置にあるといういずれかの条件が満たされている場合には、次に旋回状態にあるか否かを判定する。そして、旋回状態にあると判定されたときには次のステップＳ６へ進み、旋回状態にないと判定されたときにはステップＳ８へ進む。
【００２９】
Ｓ６：前ステップＳ５の判定において、旋回状態にあると判定されたときには、次に旋回単独動作か否かを判定する。この判定の結果、旋回単独でなければ次のステップＳ７へ進み、旋回単独であるときにはステップＳ９へ進む。
【００３０】
Ｓ７：次に、ブーム下げ状態にあるか否かを判定する。そして、ブーム下げ状態にあるときにはステップＳ１０へ進み、ブーム下げ状態にないときにはステップＳ１１へ進む。
【００３１】
Ｓ８：ノブスイッチ（パワーアップスイッチ）２２がＯＮ操作されており、かつ旋回動作が単独で行われておらず、しかも操作レバー１６，１７が中立位置にない場合であるので、前述の可変容量型油圧ポンプ２，３の入力トルクの最大値を所定値に制限する制御を行う必要がないので、ポンプ入力トルク限界値（頭打ちトルク値）を図２の「作業１」にて示される値、言い換えればエンジン１の出力トルク特性の最大トルク値に設定する。
【００３２】
Ｓ９：旋回動作が単独で行われている場合であるので、ポンプ入力トルク限界値（頭打ちトルク値）を図２の「作業２」にて示される値（中程度の値）に設定する。
【００３３】
Ｓ１０：旋回動作とブーム下げ動作との複合作業状態にある場合、言い換えれば所謂ダウン旋回動作状態にある場合であるので、ポンプ入力トルク限界値（頭打ちトルク値）を図２の「作業３」にて示される低めの値に設定する。
【００３４】
Ｓ１１：旋回単独動作ではなく、しかもブーム下げ状態にもない場合、言い換えれば例えば旋回動作とブーム上げ動作との複合作業（ホイスト旋回）、旋回動作とアームダンプ動作との複合作業、あるいは旋回動作とバケットダンプとの複合作業等の動作状態にある場合であるので、ポンプ入力トルク限界値（頭打ちトルク値）を図２の「作業４」にて示されるやや高め値に設定する。
【００３５】
以上のように、本実施形態によれば、油圧ポンプの入力トルク限界値を、作業機の作業内容に応じて最適な値に自動的に設定することができる。したがって、オペレータが操作レバーによる手動操作で油圧をコントロールして作業機操作を行うことが極めて困難な作業を容易に行うことが可能となる。特にブームの下げ操作と旋回操作とを複合して行う、所謂ダウン旋回動作状態においては、バケットが自重で降下する状態となるので、ポンプ馬力を低下させても作業上支障がなく、しかも違和感なく油圧ポンプの入力トルクを落として燃費の低減を図ることができる。また、このダウン旋回動作時に、ブームが水平方向に移動した後に下方に移動するといった不自然な動きをすることがなくなり、移動目標点に向かってなだらかなカーブを描いてスムーズに移動させることができるという効果もある。
【００３６】
さらに、本実施形態によれば、作業モードが変更された際に、モニタパネル２３によりその作業モードを適宜選択できるので、選択された作業モードに応じて、常に作業に適したエンジン出力トルク特性を得ることができ、しかも当該選択された作業モードに対して、作業内容に応じた油圧ポンプの入力トルクの最大値が得られることになる。
【００３７】
本実施形態においては、旋回動作とブーム下げ動作との複合動作を中心にして説明したが、他の作業内容、例えばブーム下げとアーム掘削もしくはバケット掘削との複合動作、更にはアームダンプもしくはバケットダンプ等との複合動作に対してもそれぞれポンプ入力トルク限界値を個別に設定することもできる。更には、作業機の作業内容のみならず、車両本体の走行動作と作業とを複合するような場合にも、それぞれにポンプ入力トルク限界値を個別に設定することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、油圧ショベルに適用した本発明の一実施形態に係る油圧駆動制御装置のシステム構成図である。
【図２】図２は、ポンプ入力トルクの限界値を説明するグラフである。
【図３】図３は、本実施形態による制御の処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１エンジン
２，３可変容量型油圧ポンプ
４燃料噴射ポンプ
５ガバナ
６ガバナ駆動モータ
８コントローラ（最大値設定手段、出力トルク設定手段）
９燃料ダイヤル
１０回転数センサ
１１操作弁
１２，１３サーボバルブ
１４，１５油圧センサ
１６旋回／アーム操作レバー
１７ブーム／バケット操作レバー
１９，２０，２１油圧スイッチ（特定操作状態指示手段）
２２ノブスイッチ（特定操作状態指示手段）
２３モニタパネル

Claims

エンジンにより駆動される可変容量型油圧ポンプと、この油圧ポンプから吐出される圧油により駆動される作業機と、前記油圧ポンプの吐出油量を制御する吐出量制御手段と、前記油圧ポンプの吐出圧に応じてその油圧ポンプの入力トルクが略一定になるように前記吐出量制御手段を制御するコントローラを備える油圧駆動制御装置において、
オペレータにより操作される操作レバーと、この操作レバーに付設されたパワーアップスイッチと、前記作業機により行われる複数の作業モードの中から重掘削モード、掘削モード、整正モード、微操作モードのうちの所望の作業モードを選択する作業モード選択手段と、この作業モード選択手段により選択された作業モードに応じてエンジンの出力トルク特性を設定する出力トルク設定手段と、前記操作レバーによる前記作業機の特定の操作状態を検出して前記コントローラにその検出信号を送信する特定操作状態指示手段とを有し、前記コントローラは、前記特定操作状態指示手段からの信号に応じて前記油圧ポンプの入力トルクの最大値を所定値に設定する最大値設定手段を有し、前記最大値設定手段は、前記特定の操作状態が、油圧ショベルのブームの下げ動作と上部旋回体の旋回動作との複合作業であるとき、上部旋回体の旋回単独動作に比べて前記油圧ポンプの入力トルクの最大値を低めの値に設定することを特徴とする油圧駆動制御装置。
エンジンにより駆動される可変容量型油圧ポンプと、この油圧ポンプから吐出される圧油により駆動される作業機と、前記油圧ポンプの吐出油量を制御する吐出量制御手段と、前記油圧ポンプの吐出圧に応じてその油圧ポンプの入力トルクが略一定になるように前記吐出量制御手段を制御するコントローラを備える油圧駆動制御装置において、
オペレータにより操作される操作レバーと、この操作レバーに付設されたパワーアップスイッチと、前記作業機により行われる複数の作業モードの中から重掘削モード、掘削モード、整正モード、微操作モードのうちの所望の作業モードを選択する作業モード選択手段と、この作業モード選択手段により選択された作業モードに応じてエンジンの出力トルク特性を設定する出力トルク設定手段と、前記操作レバーによる前記作業機の特定の操作状態を検出して前記コントローラにその検出信号を送信する特定操作状態指示手段とを有し、前記コントローラは、前記特定操作状態指示手段からの信号に応じて前記油圧ポンプの入力トルクの最大値を所定値に設定する最大値設定手段を有し、前記最大値設定手段は、前記特定の操作状態が、油圧ショベルのブームの上げ動作、アームのダンプ動作、バケットのダンプ動作のいずれかの動作と、上部旋回体の旋回動作との複合作業であるとき、上部旋回体の旋回単独動作に比べて前記油圧ポンプの入力トルクの最大値を高めの値に設定することを特徴とする油圧駆動制御装置。