作業機械における制御システム
【課題】油圧ショベル等の作業機械において、エンジンにかかる負荷の平準化するにあたり、コストの抑制及び汎用化を図る。
【解決手段】エンジン動力によりポンプ作用する一方、モータ作用してエンジン動力を補助する油圧ポンプ・モータ７と、ポンプ作用時の油圧ポンプ・モータ７の吐出油を蓄圧する一方、モータ作用時の油圧ポンプ・モータ７に圧油供給するアキュムレータ８と、作業負荷に応じて前記油圧ポンプ・モータ７をポンプ作用或いはモータ作用させてエンジン１にかかる負荷を平準化させるエンジン負荷平準化制御を行なう制御装置１０とを設けた。
【解決手段】エンジン動力によりポンプ作用する一方、モータ作用してエンジン動力を補助する油圧ポンプ・モータ７と、ポンプ作用時の油圧ポンプ・モータ７の吐出油を蓄圧する一方、モータ作用時の油圧ポンプ・モータ７に圧油供給するアキュムレータ８と、作業負荷に応じて前記油圧ポンプ・モータ７をポンプ作用或いはモータ作用させてエンジン１にかかる負荷を平準化させるエンジン負荷平準化制御を行なう制御装置１０とを設けた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧ショベル等の油圧アクチュエータを備えた作業機械において、エンジンにかかる負荷を平準化することができる作業機械における制御システムの技術分野に属するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、油圧ショベル等の作業機械は、走行や作業を行なうための各種油圧アクチュエータを備えていると共に、これら油圧アクチュエータの圧油供給源になる油圧ポンプや、該油圧ポンプの動力源になるエンジンを備えて構成されている。ところで、油圧ショベルのような作業機械は作業負荷の変動が大きく、このため、エンジンにかかる負荷が大きく変動して、燃費低減や排ガス低減の妨げになるという問題があるうえ、エンジン回転数の変動に伴う騒音の問題もある。
一方、近年、油圧ショベルのような作業機械においても、油圧システムと電気システムとを組み合わせたハイブリッドシステムの採用が試みられているが、この様なハイブリッドシステムの作業機械において、従来、エンジンにかかる負荷を平準化するために、エンジンにより駆動する電動機と、該電動機による発電電力を充電するバッテリとを設け、油圧ポンプの吸収トルクがエンジントルクより小さい場合には、余剰トルクにより前記電動機の発電作動の制御を行ない、油圧ポンプの吸収トルクがエンジントルクより大きい場合には、不足分のトルクを発生するように電動機のモータ作動を行なうようにした技術が提唱されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−２７５９４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかるに、前記特許文献１のように、電動機とバッテリとを用いてエンジンにかかる負荷を平準化する場合、電動機や大容量のバッテリ、インバータやコンバータ等が必要であって、コストが高くなるうえ、従来の油圧システムが採用されている作業機械に、この様な電動機を用いたシステムを組込むことは事実上不可能であるという問題があり、ここに本発明が解決しようとする課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、上記の如き実情に鑑みこれらの課題を解決することを目的として創作されたものであって、請求項１の発明は、エンジンと、該エンジンにより駆動されるメインポンプと、該メインポンプを油圧供給源にする各種油圧アクチュエータとを備えてなる作業機械において、前記エンジンに動力伝達機構を介して連結され、エンジン動力によりポンプ作用する一方、モータ作用してエンジン動力を補助する油圧ポンプ・モータと、該油圧ポンプ・モータのポンプ作用時に油圧ポンプ・モータの吐出油を蓄圧する一方、モータ作用時の油圧ポンプ・モータに圧油供給するアキュムレータと、前記油圧アクチュエータの行なう作業負荷を検出する作業負荷検出手段と、該作業負荷検出手段より検出される作業負荷に応じて油圧ポンプ・モータをポンプ作用或いはモータ作用させてエンジンにかかる負荷を平準化させるエンジン負荷平準化制御を行なう制御装置とを設けたことを特徴とする作業機械における制御システムである。
請求項２の発明は、制御システムは、油圧ポンプ・モータとアキュムレータとを連結する油路に配されて油の流れを制御するバルブ手段を備えると共に、制御装置は、該バルブ手段に制御指令を出力して油圧ポンプ・モータをポンプ作用或いはモータ作用させることを特徴とする請求項１に記載の作業機械における制御システムである。
請求項３の発明は、作業負荷検出手段は、メインポンプが要求するトルクを検出する要求トルク検出手段であると共に、制御装置は、エンジン負荷平準化制御を行なうにあたり、前記要求トルク検出手段により検出されたメインポンプ要求トルクの交流成分を求め、該メインポンプ要求トルクの交流成分の正負を予め設定されるエンジン出力トルク目標値を基準として判定し、交流成分が正の場合には油圧ポンプ・モータをモータ作用させる一方、交流成分が負の場合にはポンプ作用させることを特徴とする請求項１または２に記載の作業機械における制御システムである。
請求項４の発明は、油圧ポンプ・モータは、制御装置により容量が制御される容量可変型の油圧ポンプ・モータであると共に、制御装置は、メインポンプ要求トルクの交流成分とアキュムレータの圧力とに基づいて、油圧ポンプ・モータがメインポンプ要求トルクとエンジン出力トルク目標値との差に相当する分のトルクを供給或いは吸収するように油圧ポンプ・モータの容量を制御することを特徴とする請求項３に記載の作業機械における制御システムである。
【発明の効果】
【０００５】
請求項１の発明とすることにより、油圧アクチュエータの行なう作業負荷が変動しても、エンジンに連結された油圧ポンプ・モータがポンプ作用或いはモータ作用してエンジンにかかる負荷を平準化することになり、もって、エンジンのトルク変動を可及的に抑制できて、燃費低減や排ガス低減、および騒音の低減に大きく貢献できる。しかもこのものは、電動機や大容量のバッテリ、インバータやコンバータ等の高価な機器を必要とせず、コストの抑制に大きく貢献できると共に、従来の油圧システムが採用されている作業機械への組込みが容易であって、汎用性に優れる。
請求項２の発明とすることにより、油圧ポンプ・モータのポンプ作用、モータ作用の切換えを、油圧ポンプ・モータとアキュムレータとを連結する油路に配されるバルブ手段を用いて簡単に行うことができる。
請求項３の発明とすることにより、メインポンプが要求するトルクに応じて適切に油圧ポンプ・モータをモータ作用、ポンプ作用させることができると共に、エンジンの出力トルクを、予め設定されたエンジン出力トルク目標値を保持するように制御することができる。
請求項４の発明とすることにより、油圧ポンプ・モータによってエンジン負荷を平準化するためのトルクを過不足無く供給或いは吸収できることになり、正確且つ迅速なエンジン負荷平準化制御を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
次に、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。図１は、作業機械の一例である油圧ショベルに設けられる制御システムを示す図であって、１はエンジン、２、３は第一、第二メインポンプ、４は油タンク、Ａ１・・・Ａｎは走行や作業を行なうための各種油圧アクチュエータ（例えば、走行用油圧モータ、旋回用油圧モータ、ブームシリンダ、アームシリンダ、バケットシリンダ等）である。ここで、前記第一、第二メインポンプ２、３は、ギア等の動力伝達機構５を介してエンジン１に連結されていて、該エンジン１の動力により駆動して前記油圧アクチュエータＡ１・・・Ａｎの油圧供給源になる可変容量型の油圧ポンプであって、本発明のメインポンプに相当する。尚、２ａ、３ａは第一、第二メインポンプ２、３の容量可変手段である。
【０００７】
さらに、６はコントロールバルブユニットであって、該コントロールバルブユニット６には、各油圧アクチュエータ用操作具（図示しないが、操作レバー、操作ペダル等）の操作に基づいて前記各油圧アクチュエータＡ１・・・Ａｎに対する油供給排出制御をそれぞれ行なうコントロールバルブ（図示せず）が組み込まれている。
【０００８】
さらに、７はエンジン１に前記動力伝達機構５を介して連結される可変容量型の油圧ポンプ・モータ、８は油圧エネルギーを蓄圧するアキュムレータ、９は油圧ポンプ・モータ７とアキュムレータ８とを連結する油路に配されて油の流れを制御する電磁弁（本発明のバルブ手段に相当する）である。そして、前記油圧ポンプ・モータ７は、後述するように、制御装置１０から電磁弁９に出力される制御指令に基づいて、エンジン動力によりポンプ作用して上記アキュムレータ８に圧油供給する一方、アキュムレータ８からの圧油供給によりモータ作用してエンジン動力を補助するように構成されている。
【０００９】
つまり、前記電磁弁９は、第一、第二ソレノイド９ａ、９ｂおよび第一〜第四ポート９ｃ〜９ｆを備えた電磁比例式の三位置切換弁であって、第一ポート９ｃは前記油圧ポンプ・モータ７の入口側ポート７ａに、第二ポート９ｄは油圧ポンプ・モータ７の出口側ポート７ｂに、第三ポート９ｅは前記アキュムレータ８に、第四ポート９ｆは油タンク４に接続されている。また、油圧ポンプ・モータ７の入口側ポート７ａは、前述したように電磁弁９の第一ポート９ｃに接続されると共に、入口側チェック弁１１を介して油タンク４に接続されているが、該入口側チェック弁１１は、油タンク４から油圧ポンプ・モータ７の入口側ポート７ａへの油の流れは許容するが、油圧ポンプ・モータ７の入口側ポート７ａ及び電磁弁９の第一ポート９ｃから油タンク４への油の流れは阻止するように構成されている。さらに、油圧ポンプ・モータ７の出口側ポート７ｂと電磁弁９の第二ポート９ｄとの間には、油圧ポンプ・モータ７の出口側ポート７ｂから電磁弁９の第二ポート９ｄへの油の流れは許容するが、逆方向の流れは阻止する出口側チェック弁１２が配されている。
【００１０】
そして、前記電磁弁９は、第一、第二ソレノイド９ａ、９ｂが共に非励磁の状態では、油圧ポンプ・モータ７とアキュムレータ８とを遮断する中立位置Ｎに位置している。この状態では、油圧ポンプ・モータ７の入口側ポート７ａおよび出口側ポート７ｂは、共に油タンク４に連通している。
【００１１】
一方、制御装置１０からの制御指令に基づいて第一ソレノイド９ａが励磁すると、電磁弁９は、油圧ポンプ・モータ７の出口側ポート７ｂとアキュムレータ８とを接続する第一位置Ｘに切換わる。この状態では、油圧ポンプ・モータ７は、エンジン動力により駆動して、入口側ポート７ａから油タンク４の油を吸込んで出口側ポート７ｂから吐出するポンプ作用を行なうと共に、該油圧ポンプ・モータ７の吐出油は、電磁弁９を経由してアキュムレータ８に蓄圧されるようになっている。
【００１２】
これに対し、制御装置１０からの制御指令に基づいて第二ソレノイド９ｂが励磁すると、電磁弁９は、アキュムレータ８と油圧ポンプ・モータ７の入口側ポート７ａとを接続すると共に、油圧ポンプ・モータ７の出口側ポート７ｂと油タンク４とを接続する第二位置Ｙに切換わる。この状態では、アキュムレータ８の圧油が油圧ポンプ・モータ７の入口側ポート７ａに流入すると共に、出口側ポート７ｂから流出する油が油タンク４に流れ、これにより油圧ポンプ・モータ７は、モータ作用してエンジン動力を補助するようになっている。尚、７ｃは油圧ポンプ・モータ７の容量可変手段であって、該容量可変手段７ｃは、制御装置１０から出力される制御指令に基づいて制御される。
【００１３】
一方、前記制御装置１０は、マイクロコンピュータ等を用いて構成されるものであって、入力側に、前記第一、第二メインポンプ２、３の吐出圧をそれぞれ検出する第一、第二ポンプ圧力センサ１３、１４、アキュムレータ８の圧力を検出するアキュムレータ圧力検出センサ１５、エンジン回転数設定具１６、各油圧アクチュエータ用操作具の操作を検出する操作具操作検出手段Ｌ１・・・Ｌｎ等が接続され、また、出力側に、前記第一、第二メインポンプ２、３の容量可変手段２ａ、３ａ、油圧ポンプ・モータ７の容量可変手段７ｃ、電磁弁９等が接続されている。尚、制御装置１０から容量可変手段２ａ、３ａ、７ｃへの制御指令は、図示しない電油変換弁を介して出力されるが、本実施の形態では、第一、第二メインポンプ２、３および油圧ポンプ・モータ７は、何れも斜板角度によって容量が変化する斜板式アキシャルピストン形のものであって、制御装置１０から容量可変手段２ａ、３ａ、７ｃへの制御指令は斜板角指令となる。
【００１４】
また、前記エンジン回転数設定具１６は、オペレータがエンジン１の無負荷時回転数を任意に設定するための操作具（アクセルダイヤル、アクセルレバー等）であって、該エンジン回転数設定具１６により設定されるエンジン１の無負荷時回転数に応じて、第一、第二メインポンプ２、３の最大出力値が設定されるようになっている。つまり、エンジン回転数設定具１６によって、エンジン１の無負荷時回転数が設定されると共に、該無負荷時回転数に応じた第一、第二メインポンプ２、３の最大出力値が設定されるようになっている。
【００１５】
次いで、前記制御装置１０の行なうエンジン負荷平準化の制御について、図２に示す制御ブロック図に基づいて説明する。該図２において、１７はメインポンプ容量演算部であって、該メインポンプ容量演算部１７は、前記エンジン回転数設定具１６、操作具操作検出手段Ｌ１・・・Ｌｎ、第一、第二ポンプ圧力センサ１３、１４からの信号を入力し、これら入力信号に基づいて、メインポンプ最大出力値と操作具操作量とポンプ吐出圧とに対応したポンプ流量にするべく、第一、第二メインポンプ２、３の容量（一回転あたりの押しのけ容積）を演算する。そして、該メインポンプ容量演算部１７で演算された第一、第二メインポンプ２、３の容量は、斜板角指令として第一、第二メインポンプ２、３の容量可変手段２ａ、３ａに出力されると共に、後述する第一、第二メインポンプトルク演算部１８、１９に入力される。
【００１６】
前記第一メインポンプトルク演算部１８は、メインポンプ容量演算部１７から出力される第一メインポンプ２の容量と、第一ポンプ圧力センサ１３により検出される第一メインポンプ２の吐出圧とを入力し、これら入力値に基づいて、第一メインポンプ２が要求する第一メインポンプ要求トルクを演算する。該第一メインポンプ要求トルクは、第一メインポンプ２の容量と吐出圧とを乗じることにより演算される。また、第二メインポンプトルク演算部１９は、前記第一メインポンプトルク演算部１８と同様にして、第二メインポンプ３が要求する第二メインポンプ要求トルクを演算する。そして、これら第一、第二メインポンプトルク演算部１８、１９で演算された第一、第二メインポンプ２、３の要求トルクは、加算器２０に出力される。尚、本実施の形態において、本発明の負荷検出手段は、油圧アクチュエータＡ１・・・Ａｎの油圧供給源である第一、第二メインポンプ２、３が要求するトルクを検出する要求トルク検出手段であると共に、該要求トルク検出手段は、本実施の形態では、エンジン回転数設定具１６、操作具操作検出手段Ｌ１・・・Ｌｎ、および第一、第二ポンプ圧力センサ１３、１４により構成されている。
【００１７】
前記加算器２０は、第一、第二メインポンプトルク演算部１８、１９から出力される第一、第二メインポンプ２、３の要求トルクを入力し、これら第一メインポンプ２の要求トルクと第二メインポンプ３の要求トルクとを合計して、該合計された要求トルクをメインポンプ要求トルクとしてフィルタ２１に出力する。
【００１８】
前記フィルタ２１は、加算器２０から入力されるメインポンプ要求トルクの交流成分Ｔを抽出して、電磁弁制御部２２および油圧ポンプ・モータ容量演算部２３に出力する。ここで、前記フィルタ２１で抽出されたメインポンプ要求トルクの交流成分Ｔの一例を図３に示すが、該交流成分は、予め設定されるエンジン出力トルク目標値Ｔｓを基準として「正、負」が判定される。該エンジン出力トルク目標値Ｔｓは、エンジン１の特性に応じて適宜設定されるが、本実施の形態では、前記エンジン回転数設定具１６により設定されるエンジン１の無負荷時回転数に応じて設定されている。
【００１９】
前記電磁弁制御部２２は、フィルタ２１から入力されるメインポンプ要求トルクの交流成分Ｔに基づいて、前記電磁弁９に対する制御指令を演算して、電磁弁９の第一ソレノイド９ａ或いは第二ソレノイド９ｂに励磁指令を出力する。つまり、メインポンプ要求トルクの交流成分Ｔが「正」の場合（交流成分Ｔがエンジン出力トルク目標値Ｔｓよりも大きい場合）には、電磁弁９を第二位置Ｙに切換えるべく、第二ソレノイド９ｂに対して励磁の制御指令が出力される。尚、該第二ソレノイド９ｂへの励磁指令は、アキュムレータ８の圧力が最低作動圧力として予め設定される第一設定圧力以下になった場合には、停止される。一方、メインポンプ要求トルクの交流成分Ｔが「負」の場合（交流成分Ｔがエンジン出力トルク目標値Ｔｓよりも小さい場合）には、電磁弁９を第一位置Ｘに切換えるべく、第一ソレノイド９ａに対して励磁の制御指令が出力される。尚、該第一ソレノイド９ａへの励磁指令は、アキュムレータ８の圧力が最高作動圧力として予め設定される第二設定圧力以上になった場合には、停止される。また、メインポンプ要求トルクの交流成分Ｔとエンジン出力トルク目標値Ｔｓとが等しい場合には、電磁弁９に対する励磁指令は出力されない。
【００２０】
さらに、前記油圧ポンプ・モータ容量演算部２３は、フィルタ２１から入力されるメインポンプ要求トルクの交流成分Ｔと、アキュムレータ圧力センサ１５から入力されるアキュムレータ８の圧力とに基づいて、油圧ポンプ・モータ７の容量を演算する。この場合、メインポンプ要求トルクの交流成分Ｔとエンジン出力トルク目標値Ｔｓとの差ΔＴ（ΔＴ＝Ｔ−Ｔｓ）を求め、該差ΔＴに相当する分のトルクを油圧ポンプ・モータ７が供給（差ΔＴが「＋」の場合）或いは吸収（差ΔＴが「−」の場合）するように、油圧ポンプ・モータ７の容量を演算する。
【００２１】
つまり、メインポンプ要求トルクの交流成分Ｔが「正」の場合（交流成分Ｔがエンジン出力トルク目標値Ｔｓよりも大きい場合）には、電磁弁制御部２２から出力される制御指令により電磁弁９が第二位置Ｙに切換わり、これにより油圧ポンプ・モータ７は、前述したように、アキュムレータ８からの圧油供給によりモータ作用してエンジン動力を補助する。この場合、油圧ポンプ・モータ容量演算部２３からの制御指令により、油圧ポンプ・モータ７の容量は、メインポンプ要求トルクの交流成分Ｔとエンジン出力トルク目標値Ｔｓとの差ΔＴに相当する分のトルクをエンジン１に供給するように制御される。一方、メインポンプ要求トルクの交流成分Ｔが「負」の場合（交流成分Ｔがエンジン出力トルク目標値Ｔｓよりも小さい場合）には、電磁弁制御部２２から出力される制御指令により電磁弁９が第一位置Ｙに切換わり、これにより油圧ポンプ・モータ７は、前述したように、ポンプ作用してアキュムレータ８に吐出油を供給する。この場合、油圧ポンプ・モータ容量演算部２３からの制御指令により、油圧ポンプ・モータ７の容量は、交流成分Ｔとエンジン出力トルク目標値Ｔｓとの差ΔＴに相当する分のトルクをエンジン１から吸収するように制御される。而して、エンジン１には、第一、第二メインポンプ２、３が要求するトルクの変動にかかわらず、エンジン出力トルク目標値Ｔｓを出力する分の負荷がかかることになり、この様にして、油圧ポンプ・モータ７をポンプ作用或いはモータ作用させてエンジン負荷を平準化するエンジン負荷平準化制御が実行される構成になっている。
【００２２】
叙述の如く構成された本形態において、油圧ショベルには、エンジン１と、該エンジン１により駆動される第一、第二メインポンプ２、３と、該第一、第二メインポンプ２、３を油圧供給源にする各種油圧アクチュエータＡ１・・・Ａｎとが設けられているが、さらに該油圧ショベルには、エンジン負荷を平準化させるための制御システムとして、エンジン１に動力伝達機構５を介して連結され、エンジン動力によりポンプ作用する一方、モータ作用してエンジン動力を補助する油圧ポンプ・モータ７と、該油圧ポンプ・モータ７のポンプ作用時に油圧ポンプ・モータ７の吐出油を蓄圧する一方、モータ作用時の油圧ポンプ・モータ７に圧油供給するアキュムレータ８と、油圧アクチュエータＡ１・・・Ａｎの行なう作業負荷を検出する作業負荷検出手段（該作業負荷検出手段は、前述したように、本実施の形態では、第一、第二メインポンプ２、３が要求するトルクを検出する要求トルク検出手段であって、エンジン回転数設定具１６、操作具操作検出手段Ｌ１・・・Ｌｎ、および第一、第二ポンプ圧力センサ１３、１４により構成される）とが設けられていると共に、該作業負荷検出手段により検出される作業負荷に応じて油圧ポンプ・モータ７をポンプ作用或いはモータ作用させることでエンジン１にかかる負荷を平準化させる制御、即ちエンジン負荷平準化制御を行なう制御装置１０が設けられている。
【００２３】
この結果、前記制御装置１０の行なうエンジン負荷平準化制御によって、油圧アクチュエータＡ１・・・Ａｎの行なう作業負荷が変動しても、エンジン１に連結された油圧ポンプ・モータ７がポンプ作用或いはモータ作用してエンジン１にかかる負荷を平準化することになり、もって、エンジン１のトルク変動を可及的に抑制できて、燃費低減や排ガス低減、および騒音の低減に大きく貢献できる。
【００２４】
しかも、本発明のエンジン負荷平準化の制御システムは、油圧システムと電気システムとを組み合わせてエンジンの平準化を図るもののように、電動機や大容量のバッテリ、インバータやコンバータ等の高価な機器を必要とせず、コストの抑制に大きく貢献できると共に、従来の油圧システムが採用されている作業機械への組込みが容易であって、汎用性に優れる。また、大型の作業機械においても、油圧ポンプ・モータ７及びアキュムレータ８の容量を大型化するだけで、簡単に対応することができる。
【００２５】
さらにこのものでは、油圧ポンプ・モータ７とアキュムレータ８とを連結する油路に配されて油の流れを制御する電磁弁９を、制御装置１０からの制御指令によって切換えることで、油圧ポンプ・モータ７をポンプ作用或いはモータ作用させる構成になっているから、油圧ポンプ・モータ７のポンプ作用、モータ作用の切換えを、上記電磁弁９を用いて簡単に行うことができる。
【００２６】
また、作業負荷を検出する作業負荷検出手段として、本実施の形態では、第一、第二メインポンプ２、３が要求するトルクを検出する要求トルク検出手段（エンジン回転数設定具１６、操作具操作検出手段Ｌ１・・・Ｌｎ、および第一、第二ポンプ圧力センサ１３、１４）が用いられていると共に、制御装置１０は、上記要求トルク検出手段により検出されたメインポンプ要求トルクの交流成分Ｔを求め、該メインポンプ要求トルクの交流成分Ｔの正負を予め設定されるエンジン出力トルク目標値Ｔｓを基準として判定し、交流成分Ｔが正の場合（交流成分Ｔがエンジン出力トルク目標値Ｔｓよりも大きい場合）には油圧ポンプ・モータ７をモータ作用させる一方、交流成分が負の場合（交流成分Ｔがエンジン出力トルク目標値Ｔｓよりも小さい場合）にはポンプ作用させる構成になっているから、第一、第二メインポンプ２、３が要求するトルクに応じて適切に油圧ポンプ・モータ７をモータ作用、ポンプ作用させることができると共に、エンジン１の出力トルクを、エンジン１の特性に応じて予め設定されたエンジン出力トルク目標値Ｔｓを保持するように制御することができる。
【００２７】
そのうえ、前記油圧ポンプ・モータ７は、制御装置１０により容量が制御される容量可変型のものであると共に、制御装置１０は、メインポンプ要求トルクの交流成分Ｔとアキュムレータ８の圧力とに基づいて、油圧ポンプ・モータ７がメインポンプ要求トルクの交流成分Ｔとエンジン出力トルク目標値Ｔｓとの差に相当する分のトルクを供給或いは吸収するように油圧ポンプ・モータ７の容量可変手段７ａを制御する構成であるから、油圧ポンプ・モータ７によってエンジン負荷を平準化するためのトルクを過不足無く供給或いは吸収できることになり、正確且つ迅速なエンジン負荷平準化制御を行うことができる。
【００２８】
尚、本発明は上記実施の形態に限定されないことは勿論であって、例えば、油圧アクチュエータの行なう作業負荷を検出する作業負荷検出手段として、エンジン回転数を検出するエンジン回転数センサを用いることもできる。つまり、エンジン回転数は作業負荷が大きくなるにつれて低下するため、該エンジン回転数によって作業負荷を検出することができるが、この場合には、エンジン回転数に応じて油圧ポンプ・モータをポンプ作用或いはモータ作用させることになる。また、本発明は、油圧ショベルに限定されることなく、油圧アクチュエータを備えた各種作業機械に実施できることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】制御システムを示す図である。
【図２】制御装置の制御を示すブロック図である。
【図３】メインポンプ要求トルクの交流成分の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
１ エンジン
２、３ 第一、第二メインポンプ
５ 動力伝達機構
７ 油圧ポンプ・モータ
８ アキュムレータ
９ 電磁弁
１０ 制御装置
１３、１４ 第一、第二ポンプ圧力センサ
１５ アキュムレータ圧力センサ
１６ エンジン回転数設定具
Ａ１・・・Ａｎ 油圧アクチュエータ
Ｌ１・・・Ｌｎ 操作具操作検出手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧ショベル等の油圧アクチュエータを備えた作業機械において、エンジンにかかる負荷を平準化することができる作業機械における制御システムの技術分野に属するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、油圧ショベル等の作業機械は、走行や作業を行なうための各種油圧アクチュエータを備えていると共に、これら油圧アクチュエータの圧油供給源になる油圧ポンプや、該油圧ポンプの動力源になるエンジンを備えて構成されている。ところで、油圧ショベルのような作業機械は作業負荷の変動が大きく、このため、エンジンにかかる負荷が大きく変動して、燃費低減や排ガス低減の妨げになるという問題があるうえ、エンジン回転数の変動に伴う騒音の問題もある。
一方、近年、油圧ショベルのような作業機械においても、油圧システムと電気システムとを組み合わせたハイブリッドシステムの採用が試みられているが、この様なハイブリッドシステムの作業機械において、従来、エンジンにかかる負荷を平準化するために、エンジンにより駆動する電動機と、該電動機による発電電力を充電するバッテリとを設け、油圧ポンプの吸収トルクがエンジントルクより小さい場合には、余剰トルクにより前記電動機の発電作動の制御を行ない、油圧ポンプの吸収トルクがエンジントルクより大きい場合には、不足分のトルクを発生するように電動機のモータ作動を行なうようにした技術が提唱されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−２７５９４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかるに、前記特許文献１のように、電動機とバッテリとを用いてエンジンにかかる負荷を平準化する場合、電動機や大容量のバッテリ、インバータやコンバータ等が必要であって、コストが高くなるうえ、従来の油圧システムが採用されている作業機械に、この様な電動機を用いたシステムを組込むことは事実上不可能であるという問題があり、ここに本発明が解決しようとする課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、上記の如き実情に鑑みこれらの課題を解決することを目的として創作されたものであって、請求項１の発明は、エンジンと、該エンジンにより駆動されるメインポンプと、該メインポンプを油圧供給源にする各種油圧アクチュエータとを備えてなる作業機械において、前記エンジンに動力伝達機構を介して連結され、エンジン動力によりポンプ作用する一方、モータ作用してエンジン動力を補助する油圧ポンプ・モータと、該油圧ポンプ・モータのポンプ作用時に油圧ポンプ・モータの吐出油を蓄圧する一方、モータ作用時の油圧ポンプ・モータに圧油供給するアキュムレータと、前記油圧アクチュエータの行なう作業負荷を検出する作業負荷検出手段と、該作業負荷検出手段より検出される作業負荷に応じて油圧ポンプ・モータをポンプ作用或いはモータ作用させてエンジンにかかる負荷を平準化させるエンジン負荷平準化制御を行なう制御装置とを設けたことを特徴とする作業機械における制御システムである。
請求項２の発明は、制御システムは、油圧ポンプ・モータとアキュムレータとを連結する油路に配されて油の流れを制御するバルブ手段を備えると共に、制御装置は、該バルブ手段に制御指令を出力して油圧ポンプ・モータをポンプ作用或いはモータ作用させることを特徴とする請求項１に記載の作業機械における制御システムである。
請求項３の発明は、作業負荷検出手段は、メインポンプが要求するトルクを検出する要求トルク検出手段であると共に、制御装置は、エンジン負荷平準化制御を行なうにあたり、前記要求トルク検出手段により検出されたメインポンプ要求トルクの交流成分を求め、該メインポンプ要求トルクの交流成分の正負を予め設定されるエンジン出力トルク目標値を基準として判定し、交流成分が正の場合には油圧ポンプ・モータをモータ作用させる一方、交流成分が負の場合にはポンプ作用させることを特徴とする請求項１または２に記載の作業機械における制御システムである。
請求項４の発明は、油圧ポンプ・モータは、制御装置により容量が制御される容量可変型の油圧ポンプ・モータであると共に、制御装置は、メインポンプ要求トルクの交流成分とアキュムレータの圧力とに基づいて、油圧ポンプ・モータがメインポンプ要求トルクとエンジン出力トルク目標値との差に相当する分のトルクを供給或いは吸収するように油圧ポンプ・モータの容量を制御することを特徴とする請求項３に記載の作業機械における制御システムである。
【発明の効果】
【０００５】
請求項１の発明とすることにより、油圧アクチュエータの行なう作業負荷が変動しても、エンジンに連結された油圧ポンプ・モータがポンプ作用或いはモータ作用してエンジンにかかる負荷を平準化することになり、もって、エンジンのトルク変動を可及的に抑制できて、燃費低減や排ガス低減、および騒音の低減に大きく貢献できる。しかもこのものは、電動機や大容量のバッテリ、インバータやコンバータ等の高価な機器を必要とせず、コストの抑制に大きく貢献できると共に、従来の油圧システムが採用されている作業機械への組込みが容易であって、汎用性に優れる。
請求項２の発明とすることにより、油圧ポンプ・モータのポンプ作用、モータ作用の切換えを、油圧ポンプ・モータとアキュムレータとを連結する油路に配されるバルブ手段を用いて簡単に行うことができる。
請求項３の発明とすることにより、メインポンプが要求するトルクに応じて適切に油圧ポンプ・モータをモータ作用、ポンプ作用させることができると共に、エンジンの出力トルクを、予め設定されたエンジン出力トルク目標値を保持するように制御することができる。
請求項４の発明とすることにより、油圧ポンプ・モータによってエンジン負荷を平準化するためのトルクを過不足無く供給或いは吸収できることになり、正確且つ迅速なエンジン負荷平準化制御を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
次に、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。図１は、作業機械の一例である油圧ショベルに設けられる制御システムを示す図であって、１はエンジン、２、３は第一、第二メインポンプ、４は油タンク、Ａ１・・・Ａｎは走行や作業を行なうための各種油圧アクチュエータ（例えば、走行用油圧モータ、旋回用油圧モータ、ブームシリンダ、アームシリンダ、バケットシリンダ等）である。ここで、前記第一、第二メインポンプ２、３は、ギア等の動力伝達機構５を介してエンジン１に連結されていて、該エンジン１の動力により駆動して前記油圧アクチュエータＡ１・・・Ａｎの油圧供給源になる可変容量型の油圧ポンプであって、本発明のメインポンプに相当する。尚、２ａ、３ａは第一、第二メインポンプ２、３の容量可変手段である。
【０００７】
さらに、６はコントロールバルブユニットであって、該コントロールバルブユニット６には、各油圧アクチュエータ用操作具（図示しないが、操作レバー、操作ペダル等）の操作に基づいて前記各油圧アクチュエータＡ１・・・Ａｎに対する油供給排出制御をそれぞれ行なうコントロールバルブ（図示せず）が組み込まれている。
【０００８】
さらに、７はエンジン１に前記動力伝達機構５を介して連結される可変容量型の油圧ポンプ・モータ、８は油圧エネルギーを蓄圧するアキュムレータ、９は油圧ポンプ・モータ７とアキュムレータ８とを連結する油路に配されて油の流れを制御する電磁弁（本発明のバルブ手段に相当する）である。そして、前記油圧ポンプ・モータ７は、後述するように、制御装置１０から電磁弁９に出力される制御指令に基づいて、エンジン動力によりポンプ作用して上記アキュムレータ８に圧油供給する一方、アキュムレータ８からの圧油供給によりモータ作用してエンジン動力を補助するように構成されている。
【０００９】
つまり、前記電磁弁９は、第一、第二ソレノイド９ａ、９ｂおよび第一〜第四ポート９ｃ〜９ｆを備えた電磁比例式の三位置切換弁であって、第一ポート９ｃは前記油圧ポンプ・モータ７の入口側ポート７ａに、第二ポート９ｄは油圧ポンプ・モータ７の出口側ポート７ｂに、第三ポート９ｅは前記アキュムレータ８に、第四ポート９ｆは油タンク４に接続されている。また、油圧ポンプ・モータ７の入口側ポート７ａは、前述したように電磁弁９の第一ポート９ｃに接続されると共に、入口側チェック弁１１を介して油タンク４に接続されているが、該入口側チェック弁１１は、油タンク４から油圧ポンプ・モータ７の入口側ポート７ａへの油の流れは許容するが、油圧ポンプ・モータ７の入口側ポート７ａ及び電磁弁９の第一ポート９ｃから油タンク４への油の流れは阻止するように構成されている。さらに、油圧ポンプ・モータ７の出口側ポート７ｂと電磁弁９の第二ポート９ｄとの間には、油圧ポンプ・モータ７の出口側ポート７ｂから電磁弁９の第二ポート９ｄへの油の流れは許容するが、逆方向の流れは阻止する出口側チェック弁１２が配されている。
【００１０】
そして、前記電磁弁９は、第一、第二ソレノイド９ａ、９ｂが共に非励磁の状態では、油圧ポンプ・モータ７とアキュムレータ８とを遮断する中立位置Ｎに位置している。この状態では、油圧ポンプ・モータ７の入口側ポート７ａおよび出口側ポート７ｂは、共に油タンク４に連通している。
【００１１】
一方、制御装置１０からの制御指令に基づいて第一ソレノイド９ａが励磁すると、電磁弁９は、油圧ポンプ・モータ７の出口側ポート７ｂとアキュムレータ８とを接続する第一位置Ｘに切換わる。この状態では、油圧ポンプ・モータ７は、エンジン動力により駆動して、入口側ポート７ａから油タンク４の油を吸込んで出口側ポート７ｂから吐出するポンプ作用を行なうと共に、該油圧ポンプ・モータ７の吐出油は、電磁弁９を経由してアキュムレータ８に蓄圧されるようになっている。
【００１２】
これに対し、制御装置１０からの制御指令に基づいて第二ソレノイド９ｂが励磁すると、電磁弁９は、アキュムレータ８と油圧ポンプ・モータ７の入口側ポート７ａとを接続すると共に、油圧ポンプ・モータ７の出口側ポート７ｂと油タンク４とを接続する第二位置Ｙに切換わる。この状態では、アキュムレータ８の圧油が油圧ポンプ・モータ７の入口側ポート７ａに流入すると共に、出口側ポート７ｂから流出する油が油タンク４に流れ、これにより油圧ポンプ・モータ７は、モータ作用してエンジン動力を補助するようになっている。尚、７ｃは油圧ポンプ・モータ７の容量可変手段であって、該容量可変手段７ｃは、制御装置１０から出力される制御指令に基づいて制御される。
【００１３】
一方、前記制御装置１０は、マイクロコンピュータ等を用いて構成されるものであって、入力側に、前記第一、第二メインポンプ２、３の吐出圧をそれぞれ検出する第一、第二ポンプ圧力センサ１３、１４、アキュムレータ８の圧力を検出するアキュムレータ圧力検出センサ１５、エンジン回転数設定具１６、各油圧アクチュエータ用操作具の操作を検出する操作具操作検出手段Ｌ１・・・Ｌｎ等が接続され、また、出力側に、前記第一、第二メインポンプ２、３の容量可変手段２ａ、３ａ、油圧ポンプ・モータ７の容量可変手段７ｃ、電磁弁９等が接続されている。尚、制御装置１０から容量可変手段２ａ、３ａ、７ｃへの制御指令は、図示しない電油変換弁を介して出力されるが、本実施の形態では、第一、第二メインポンプ２、３および油圧ポンプ・モータ７は、何れも斜板角度によって容量が変化する斜板式アキシャルピストン形のものであって、制御装置１０から容量可変手段２ａ、３ａ、７ｃへの制御指令は斜板角指令となる。
【００１４】
また、前記エンジン回転数設定具１６は、オペレータがエンジン１の無負荷時回転数を任意に設定するための操作具（アクセルダイヤル、アクセルレバー等）であって、該エンジン回転数設定具１６により設定されるエンジン１の無負荷時回転数に応じて、第一、第二メインポンプ２、３の最大出力値が設定されるようになっている。つまり、エンジン回転数設定具１６によって、エンジン１の無負荷時回転数が設定されると共に、該無負荷時回転数に応じた第一、第二メインポンプ２、３の最大出力値が設定されるようになっている。
【００１５】
次いで、前記制御装置１０の行なうエンジン負荷平準化の制御について、図２に示す制御ブロック図に基づいて説明する。該図２において、１７はメインポンプ容量演算部であって、該メインポンプ容量演算部１７は、前記エンジン回転数設定具１６、操作具操作検出手段Ｌ１・・・Ｌｎ、第一、第二ポンプ圧力センサ１３、１４からの信号を入力し、これら入力信号に基づいて、メインポンプ最大出力値と操作具操作量とポンプ吐出圧とに対応したポンプ流量にするべく、第一、第二メインポンプ２、３の容量（一回転あたりの押しのけ容積）を演算する。そして、該メインポンプ容量演算部１７で演算された第一、第二メインポンプ２、３の容量は、斜板角指令として第一、第二メインポンプ２、３の容量可変手段２ａ、３ａに出力されると共に、後述する第一、第二メインポンプトルク演算部１８、１９に入力される。
【００１６】
前記第一メインポンプトルク演算部１８は、メインポンプ容量演算部１７から出力される第一メインポンプ２の容量と、第一ポンプ圧力センサ１３により検出される第一メインポンプ２の吐出圧とを入力し、これら入力値に基づいて、第一メインポンプ２が要求する第一メインポンプ要求トルクを演算する。該第一メインポンプ要求トルクは、第一メインポンプ２の容量と吐出圧とを乗じることにより演算される。また、第二メインポンプトルク演算部１９は、前記第一メインポンプトルク演算部１８と同様にして、第二メインポンプ３が要求する第二メインポンプ要求トルクを演算する。そして、これら第一、第二メインポンプトルク演算部１８、１９で演算された第一、第二メインポンプ２、３の要求トルクは、加算器２０に出力される。尚、本実施の形態において、本発明の負荷検出手段は、油圧アクチュエータＡ１・・・Ａｎの油圧供給源である第一、第二メインポンプ２、３が要求するトルクを検出する要求トルク検出手段であると共に、該要求トルク検出手段は、本実施の形態では、エンジン回転数設定具１６、操作具操作検出手段Ｌ１・・・Ｌｎ、および第一、第二ポンプ圧力センサ１３、１４により構成されている。
【００１７】
前記加算器２０は、第一、第二メインポンプトルク演算部１８、１９から出力される第一、第二メインポンプ２、３の要求トルクを入力し、これら第一メインポンプ２の要求トルクと第二メインポンプ３の要求トルクとを合計して、該合計された要求トルクをメインポンプ要求トルクとしてフィルタ２１に出力する。
【００１８】
前記フィルタ２１は、加算器２０から入力されるメインポンプ要求トルクの交流成分Ｔを抽出して、電磁弁制御部２２および油圧ポンプ・モータ容量演算部２３に出力する。ここで、前記フィルタ２１で抽出されたメインポンプ要求トルクの交流成分Ｔの一例を図３に示すが、該交流成分は、予め設定されるエンジン出力トルク目標値Ｔｓを基準として「正、負」が判定される。該エンジン出力トルク目標値Ｔｓは、エンジン１の特性に応じて適宜設定されるが、本実施の形態では、前記エンジン回転数設定具１６により設定されるエンジン１の無負荷時回転数に応じて設定されている。
【００１９】
前記電磁弁制御部２２は、フィルタ２１から入力されるメインポンプ要求トルクの交流成分Ｔに基づいて、前記電磁弁９に対する制御指令を演算して、電磁弁９の第一ソレノイド９ａ或いは第二ソレノイド９ｂに励磁指令を出力する。つまり、メインポンプ要求トルクの交流成分Ｔが「正」の場合（交流成分Ｔがエンジン出力トルク目標値Ｔｓよりも大きい場合）には、電磁弁９を第二位置Ｙに切換えるべく、第二ソレノイド９ｂに対して励磁の制御指令が出力される。尚、該第二ソレノイド９ｂへの励磁指令は、アキュムレータ８の圧力が最低作動圧力として予め設定される第一設定圧力以下になった場合には、停止される。一方、メインポンプ要求トルクの交流成分Ｔが「負」の場合（交流成分Ｔがエンジン出力トルク目標値Ｔｓよりも小さい場合）には、電磁弁９を第一位置Ｘに切換えるべく、第一ソレノイド９ａに対して励磁の制御指令が出力される。尚、該第一ソレノイド９ａへの励磁指令は、アキュムレータ８の圧力が最高作動圧力として予め設定される第二設定圧力以上になった場合には、停止される。また、メインポンプ要求トルクの交流成分Ｔとエンジン出力トルク目標値Ｔｓとが等しい場合には、電磁弁９に対する励磁指令は出力されない。
【００２０】
さらに、前記油圧ポンプ・モータ容量演算部２３は、フィルタ２１から入力されるメインポンプ要求トルクの交流成分Ｔと、アキュムレータ圧力センサ１５から入力されるアキュムレータ８の圧力とに基づいて、油圧ポンプ・モータ７の容量を演算する。この場合、メインポンプ要求トルクの交流成分Ｔとエンジン出力トルク目標値Ｔｓとの差ΔＴ（ΔＴ＝Ｔ−Ｔｓ）を求め、該差ΔＴに相当する分のトルクを油圧ポンプ・モータ７が供給（差ΔＴが「＋」の場合）或いは吸収（差ΔＴが「−」の場合）するように、油圧ポンプ・モータ７の容量を演算する。
【００２１】
つまり、メインポンプ要求トルクの交流成分Ｔが「正」の場合（交流成分Ｔがエンジン出力トルク目標値Ｔｓよりも大きい場合）には、電磁弁制御部２２から出力される制御指令により電磁弁９が第二位置Ｙに切換わり、これにより油圧ポンプ・モータ７は、前述したように、アキュムレータ８からの圧油供給によりモータ作用してエンジン動力を補助する。この場合、油圧ポンプ・モータ容量演算部２３からの制御指令により、油圧ポンプ・モータ７の容量は、メインポンプ要求トルクの交流成分Ｔとエンジン出力トルク目標値Ｔｓとの差ΔＴに相当する分のトルクをエンジン１に供給するように制御される。一方、メインポンプ要求トルクの交流成分Ｔが「負」の場合（交流成分Ｔがエンジン出力トルク目標値Ｔｓよりも小さい場合）には、電磁弁制御部２２から出力される制御指令により電磁弁９が第一位置Ｙに切換わり、これにより油圧ポンプ・モータ７は、前述したように、ポンプ作用してアキュムレータ８に吐出油を供給する。この場合、油圧ポンプ・モータ容量演算部２３からの制御指令により、油圧ポンプ・モータ７の容量は、交流成分Ｔとエンジン出力トルク目標値Ｔｓとの差ΔＴに相当する分のトルクをエンジン１から吸収するように制御される。而して、エンジン１には、第一、第二メインポンプ２、３が要求するトルクの変動にかかわらず、エンジン出力トルク目標値Ｔｓを出力する分の負荷がかかることになり、この様にして、油圧ポンプ・モータ７をポンプ作用或いはモータ作用させてエンジン負荷を平準化するエンジン負荷平準化制御が実行される構成になっている。
【００２２】
叙述の如く構成された本形態において、油圧ショベルには、エンジン１と、該エンジン１により駆動される第一、第二メインポンプ２、３と、該第一、第二メインポンプ２、３を油圧供給源にする各種油圧アクチュエータＡ１・・・Ａｎとが設けられているが、さらに該油圧ショベルには、エンジン負荷を平準化させるための制御システムとして、エンジン１に動力伝達機構５を介して連結され、エンジン動力によりポンプ作用する一方、モータ作用してエンジン動力を補助する油圧ポンプ・モータ７と、該油圧ポンプ・モータ７のポンプ作用時に油圧ポンプ・モータ７の吐出油を蓄圧する一方、モータ作用時の油圧ポンプ・モータ７に圧油供給するアキュムレータ８と、油圧アクチュエータＡ１・・・Ａｎの行なう作業負荷を検出する作業負荷検出手段（該作業負荷検出手段は、前述したように、本実施の形態では、第一、第二メインポンプ２、３が要求するトルクを検出する要求トルク検出手段であって、エンジン回転数設定具１６、操作具操作検出手段Ｌ１・・・Ｌｎ、および第一、第二ポンプ圧力センサ１３、１４により構成される）とが設けられていると共に、該作業負荷検出手段により検出される作業負荷に応じて油圧ポンプ・モータ７をポンプ作用或いはモータ作用させることでエンジン１にかかる負荷を平準化させる制御、即ちエンジン負荷平準化制御を行なう制御装置１０が設けられている。
【００２３】
この結果、前記制御装置１０の行なうエンジン負荷平準化制御によって、油圧アクチュエータＡ１・・・Ａｎの行なう作業負荷が変動しても、エンジン１に連結された油圧ポンプ・モータ７がポンプ作用或いはモータ作用してエンジン１にかかる負荷を平準化することになり、もって、エンジン１のトルク変動を可及的に抑制できて、燃費低減や排ガス低減、および騒音の低減に大きく貢献できる。
【００２４】
しかも、本発明のエンジン負荷平準化の制御システムは、油圧システムと電気システムとを組み合わせてエンジンの平準化を図るもののように、電動機や大容量のバッテリ、インバータやコンバータ等の高価な機器を必要とせず、コストの抑制に大きく貢献できると共に、従来の油圧システムが採用されている作業機械への組込みが容易であって、汎用性に優れる。また、大型の作業機械においても、油圧ポンプ・モータ７及びアキュムレータ８の容量を大型化するだけで、簡単に対応することができる。
【００２５】
さらにこのものでは、油圧ポンプ・モータ７とアキュムレータ８とを連結する油路に配されて油の流れを制御する電磁弁９を、制御装置１０からの制御指令によって切換えることで、油圧ポンプ・モータ７をポンプ作用或いはモータ作用させる構成になっているから、油圧ポンプ・モータ７のポンプ作用、モータ作用の切換えを、上記電磁弁９を用いて簡単に行うことができる。
【００２６】
また、作業負荷を検出する作業負荷検出手段として、本実施の形態では、第一、第二メインポンプ２、３が要求するトルクを検出する要求トルク検出手段（エンジン回転数設定具１６、操作具操作検出手段Ｌ１・・・Ｌｎ、および第一、第二ポンプ圧力センサ１３、１４）が用いられていると共に、制御装置１０は、上記要求トルク検出手段により検出されたメインポンプ要求トルクの交流成分Ｔを求め、該メインポンプ要求トルクの交流成分Ｔの正負を予め設定されるエンジン出力トルク目標値Ｔｓを基準として判定し、交流成分Ｔが正の場合（交流成分Ｔがエンジン出力トルク目標値Ｔｓよりも大きい場合）には油圧ポンプ・モータ７をモータ作用させる一方、交流成分が負の場合（交流成分Ｔがエンジン出力トルク目標値Ｔｓよりも小さい場合）にはポンプ作用させる構成になっているから、第一、第二メインポンプ２、３が要求するトルクに応じて適切に油圧ポンプ・モータ７をモータ作用、ポンプ作用させることができると共に、エンジン１の出力トルクを、エンジン１の特性に応じて予め設定されたエンジン出力トルク目標値Ｔｓを保持するように制御することができる。
【００２７】
そのうえ、前記油圧ポンプ・モータ７は、制御装置１０により容量が制御される容量可変型のものであると共に、制御装置１０は、メインポンプ要求トルクの交流成分Ｔとアキュムレータ８の圧力とに基づいて、油圧ポンプ・モータ７がメインポンプ要求トルクの交流成分Ｔとエンジン出力トルク目標値Ｔｓとの差に相当する分のトルクを供給或いは吸収するように油圧ポンプ・モータ７の容量可変手段７ａを制御する構成であるから、油圧ポンプ・モータ７によってエンジン負荷を平準化するためのトルクを過不足無く供給或いは吸収できることになり、正確且つ迅速なエンジン負荷平準化制御を行うことができる。
【００２８】
尚、本発明は上記実施の形態に限定されないことは勿論であって、例えば、油圧アクチュエータの行なう作業負荷を検出する作業負荷検出手段として、エンジン回転数を検出するエンジン回転数センサを用いることもできる。つまり、エンジン回転数は作業負荷が大きくなるにつれて低下するため、該エンジン回転数によって作業負荷を検出することができるが、この場合には、エンジン回転数に応じて油圧ポンプ・モータをポンプ作用或いはモータ作用させることになる。また、本発明は、油圧ショベルに限定されることなく、油圧アクチュエータを備えた各種作業機械に実施できることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】制御システムを示す図である。
【図２】制御装置の制御を示すブロック図である。
【図３】メインポンプ要求トルクの交流成分の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
１ エンジン
２、３ 第一、第二メインポンプ
５ 動力伝達機構
７ 油圧ポンプ・モータ
８ アキュムレータ
９ 電磁弁
１０ 制御装置
１３、１４ 第一、第二ポンプ圧力センサ
１５ アキュムレータ圧力センサ
１６ エンジン回転数設定具
Ａ１・・・Ａｎ 油圧アクチュエータ
Ｌ１・・・Ｌｎ 操作具操作検出手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、該エンジンにより駆動されるメインポンプと、該メインポンプを油圧供給源にする各種油圧アクチュエータとを備えてなる作業機械において、
前記エンジンに動力伝達機構を介して連結され、エンジン動力によりポンプ作用する一方、モータ作用してエンジン動力を補助する油圧ポンプ・モータと、
該油圧ポンプ・モータのポンプ作用時に油圧ポンプ・モータの吐出油を蓄圧する一方、モータ作用時の油圧ポンプ・モータに圧油供給するアキュムレータと、
前記油圧アクチュエータの行なう作業負荷を検出する作業負荷検出手段と、
該作業負荷検出手段より検出される作業負荷に応じて油圧ポンプ・モータをポンプ作用或いはモータ作用させてエンジンにかかる負荷を平準化させるエンジン負荷平準化制御を行なう制御装置とを設けたことを特徴とする作業機械における制御システム。
【請求項２】
制御システムは、油圧ポンプ・モータとアキュムレータとを連結する油路に配されて油の流れを制御するバルブ手段を備えると共に、制御装置は、該バルブ手段に制御指令を出力して油圧ポンプ・モータをポンプ作用或いはモータ作用させることを特徴とする請求項１に記載の作業機械における制御システム。
【請求項３】
作業負荷検出手段は、メインポンプが要求するトルクを検出する要求トルク検出手段であると共に、制御装置は、エンジン負荷平準化制御を行なうにあたり、前記要求トルク検出手段により検出されたメインポンプ要求トルクの交流成分を求め、該メインポンプ要求トルクの交流成分の正負を予め設定されるエンジン出力トルク目標値を基準として判定し、交流成分が正の場合には油圧ポンプ・モータをモータ作用させる一方、交流成分が負の場合にはポンプ作用させることを特徴とする請求項１または２に記載の作業機械における制御システム。
【請求項４】
油圧ポンプ・モータは、制御装置により容量が制御される容量可変型の油圧ポンプ・モータであると共に、制御装置は、メインポンプ要求トルクの交流成分とアキュムレータの圧力とに基づいて、油圧ポンプ・モータがメインポンプ要求トルクとエンジン出力トルク目標値との差に相当する分のトルクを供給或いは吸収するように油圧ポンプ・モータの容量を制御することを特徴とする請求項３に記載の作業機械における制御システム。
【請求項１】
エンジンと、該エンジンにより駆動されるメインポンプと、該メインポンプを油圧供給源にする各種油圧アクチュエータとを備えてなる作業機械において、
前記エンジンに動力伝達機構を介して連結され、エンジン動力によりポンプ作用する一方、モータ作用してエンジン動力を補助する油圧ポンプ・モータと、
該油圧ポンプ・モータのポンプ作用時に油圧ポンプ・モータの吐出油を蓄圧する一方、モータ作用時の油圧ポンプ・モータに圧油供給するアキュムレータと、
前記油圧アクチュエータの行なう作業負荷を検出する作業負荷検出手段と、
該作業負荷検出手段より検出される作業負荷に応じて油圧ポンプ・モータをポンプ作用或いはモータ作用させてエンジンにかかる負荷を平準化させるエンジン負荷平準化制御を行なう制御装置とを設けたことを特徴とする作業機械における制御システム。
【請求項２】
制御システムは、油圧ポンプ・モータとアキュムレータとを連結する油路に配されて油の流れを制御するバルブ手段を備えると共に、制御装置は、該バルブ手段に制御指令を出力して油圧ポンプ・モータをポンプ作用或いはモータ作用させることを特徴とする請求項１に記載の作業機械における制御システム。
【請求項３】
作業負荷検出手段は、メインポンプが要求するトルクを検出する要求トルク検出手段であると共に、制御装置は、エンジン負荷平準化制御を行なうにあたり、前記要求トルク検出手段により検出されたメインポンプ要求トルクの交流成分を求め、該メインポンプ要求トルクの交流成分の正負を予め設定されるエンジン出力トルク目標値を基準として判定し、交流成分が正の場合には油圧ポンプ・モータをモータ作用させる一方、交流成分が負の場合にはポンプ作用させることを特徴とする請求項１または２に記載の作業機械における制御システム。
【請求項４】
油圧ポンプ・モータは、制御装置により容量が制御される容量可変型の油圧ポンプ・モータであると共に、制御装置は、メインポンプ要求トルクの交流成分とアキュムレータの圧力とに基づいて、油圧ポンプ・モータがメインポンプ要求トルクとエンジン出力トルク目標値との差に相当する分のトルクを供給或いは吸収するように油圧ポンプ・モータの容量を制御することを特徴とする請求項３に記載の作業機械における制御システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１０−１２１３７３（Ｐ２０１０−１２１３７３Ａ）
【公開日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２９６７６７（Ｐ２００８−２９６７６７）
【出願日】平成２０年１１月２０日（２００８．１１．２０）
【出願人】（０００１９０２９７）キャタピラージャパン株式会社 (1,189)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月２０日（２００８．１１．２０）
【出願人】（０００１９０２９７）キャタピラージャパン株式会社 (1,189)
【Ｆターム（参考）】
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