建設機械及びその制御方法
【課題】 エンジン高回転時でのメータアウト絞りでの余分なエネルギーの消費を防止することを可能としつつ、応答遅れを防止すること。
【解決手段】 本発明による建設機械は、アクチュエータの操作を検出する操作検出手段と、油圧ポンプから前記アクチュエータへの圧油の供給流量の不足を検出又は予測する流量不足検出／予測手段と、前記アクチュエータの操作が検出され、且つ、前記油圧ポンプから前記アクチュエータへの圧油の供給流量の不足が検出又は予測された場合に、前記油圧ポンプに接続されるエンジン又はモータの回転数を増加させる制御手段とを備えることを特徴とする。
【解決手段】 本発明による建設機械は、アクチュエータの操作を検出する操作検出手段と、油圧ポンプから前記アクチュエータへの圧油の供給流量の不足を検出又は予測する流量不足検出／予測手段と、前記アクチュエータの操作が検出され、且つ、前記油圧ポンプから前記アクチュエータへの圧油の供給流量の不足が検出又は予測された場合に、前記油圧ポンプに接続されるエンジン又はモータの回転数を増加させる制御手段とを備えることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建設機械及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、低負荷時の無駄なエネルギーの消費を防止するために、メインポンプの吐出圧が所定閾値を下回った場合に、エンジンの目標回転速度を低減する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−７７８７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、エンジンの回転数を低減した状態で（例えばアイドル回転時に）アクチュエータが操作され、アタッチメントが自由落下方向に動かされた場合、油圧ポンプの吐出流量がアクチュエータの変位に追いつかず応答遅れが発生する場合がある。これに対して、流量制御弁のメータアウト絞りの開度を小さくすることで自由落下速度を制御する方法もある。しかしながら、このような方法では、エンジン高回転時にはこの絞りが管路損失となって余分なエネルギーの消費を招く。
【０００５】
そこで、本発明は、エンジン高回転時でのメータアウト絞りでの余分なエネルギーの消費を防止することを可能としつつ、上述のような応答遅れを防止することを可能とする建設機械及びその制御方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の一局面によれば、アクチュエータの操作を検出する操作検出手段と、
油圧ポンプから前記アクチュエータへの圧油の供給流量の不足を検出又は予測する流量不足検出／予測手段と、
前記アクチュエータの操作が検出され、且つ、前記油圧ポンプから前記アクチュエータへの圧油の供給流量の不足が検出又は予測された場合に、前記油圧ポンプに接続されるエンジン又はモータの回転数を増加させる制御手段とを備えることを特徴とする、建設機械が提供される。
【０００７】
また、本発明の他の一局面によれば、エンジンがアイドル回転数で動作している状況下で、アクチュエータの操作を検出するステップと、
前記アクチュエータの操作が検出された場合に、油圧ポンプから前記アクチュエータへの圧油の供給流量の不足を検出又は予測するステップと、
前記油圧ポンプから前記アクチュエータへの圧油の供給流量の不足が検出又は予測された場合に、前記油圧ポンプに接続されるエンジンの回転数を増加させるステップとを含む、建設機械の制御方法が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、エンジン高回転時でのメータアウト絞りでの余分なエネルギーの消費を防止することを可能としつつ、上述のような応答遅れを防止することを可能とする建設機械及びその制御方法が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係る建設機械１の構成例を示す図である。
【図２】建設機械１に搭載される油圧ポンプ制御装置１００の油圧回路図の一例を示す図である。
【図３】図２の領域ＩＩＩの拡大図である。
【図４】全馬力制御の特性を示すＰ−Ｑ線図である。
【図５】アームを単独操作した場合における油圧ポンプ制御装置１００の状態を示す図である。
【図６】本実施例のメインコントローラ５４により実行される主要処理の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。
【００１１】
図１は、本発明に係る建設機械１の構成例を示す図である。図１において、建設機械１は、クローラ式の下部走行体２の上に、旋回機構を介して、上部旋回体３をＸ軸周りに旋回自在に搭載している。また、上部旋回体３は、前方中央部に、ブーム４、アーム５及びバケット６、並びに、これらをそれぞれ駆動する油圧アクチュエータとしてのブームシリンダ７、アームシリンダ８及びバケットシリンダ９から構成される掘削アタッチメントを備える。掘削アタッチメントは、ブレーカや破砕機等のような他のアタッチメントであってもよい。
【００１２】
図２は、建設機械１に搭載される油圧ポンプ制御装置１００の油圧回路図の一例を示す図である。油圧ポンプ制御装置１００は、エンジン又は電動モータによって駆動される、一回転当たりの吐出量（ｃｃ／ｒｅｖ）が可変である二つの油圧ポンプ１０L、１０Rから、切換弁１１Ｌ、１２Ｌ、１３Ｌ及び１５Ｌを連通するセンターバイパス管路３０L、又は、切換弁１１Ｒ、１２R、１３Ｒ、１４及び１５Ｒを連通するセンターバイパス管路３０Rを経てタンク２２まで圧油を循環させる。
【００１３】
また、切換弁１１Ｌは、油圧ポンプ１０Lが吐出する圧油を走行用油圧モータ４２Lで循環させるために圧油の流れを切り換えるスプール弁である。
【００１４】
切換弁１１Ｒは、走行直進弁であり、下部走行体２を駆動する走行用油圧モータ４２L、４２Rと、上部旋回体３の何れかの油圧アクチュエータ（例えば、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又は旋回用油圧モータ４４である。）とが同時に操作された場合に、下部走行体２の直進性を高めるために油圧ポンプ１０Ｌから左右の走行用油圧モータ４２L、４２Rに圧油を循環させるために圧油の流れを切り換えるスプール弁である。
【００１５】
また、切換弁１２Ｌは、油圧ポンプ１０Ｌが吐出する圧油を旋回用油圧モータ４４で循環させるために圧油の流れを切り換えるスプール弁であり、切換弁１２Ｒは、油圧ポンプ１０Rが吐出する圧油を走行用油圧モータ４２Rで循環させるために圧油の流れを切り換えるスプール弁である。
【００１６】
また、切換弁１３Ｌ、１３Ｒはそれぞれ、油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒが吐出する圧油をブームシリンダ７へ供給し、また、ブームシリンダ７内の圧油をタンク２２へ排出するために圧油の流れを切り換えるスプール弁であり、切換弁１３Ｒは、ブーム操作レバー５６が操作された場合に作動するスプール弁（以下、「第一速ブーム切換弁１３Ｒ」とする。）であり、切換弁１３Ｌは、ブーム操作レバー５６が所定操作量以上で操作された場合に油圧ポンプ１０Ｌの吐出する圧油を合流させるためのスプール弁（以下、「第二速ブーム切換弁１３Ｌ」とする。）である。
【００１７】
切換弁１４は、油圧ポンプ１０Ｒが吐出する圧油をバケットシリンダ９へ供給し、また、バケットシリンダ９内の圧油をタンク２２へ排出するためのスプール弁である。
【００１８】
また、切換弁１５Ｌ、１５Ｒはそれぞれ、油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒが吐出する圧油をアームシリンダ８へ供給し、また、アームシリンダ８内の圧油をタンク２２へ排出するために圧油の流れを切り換えるスプール弁であり、切換弁１５Ｌは、アーム操作レバー５０が操作された場合に作動するスプール弁（以下、「第一速アーム切換弁１５Ｌ」とする。）であり、切換弁１５Ｒは、アーム操作レバー５０が所定操作量以上で操作された場合に油圧ポンプ１０Ｒの吐出する圧油を合流させるためのスプール弁（以下、「第二速アーム切換弁１５Ｒ」とする。）である。
【００１９】
センターバイパス管路３０L、３０Rは、それぞれ、最も下流にある切換弁１５Ｌ、１５Ｒとタンク２２との間にネガティブコントロール絞り２０L、２０Ｒを備え、油圧ポンプ１０L、１０Rが吐出した圧油の流れを制限することにより、ネガティブコントロール絞り２０L、２０Rの上流において、油圧ポンプ用レギュレータ４０L、４０Rを制御するための制御圧（以下、「ネガコン圧」とする。）を発生させる圧油管路である。
【００２０】
破線で示される制御圧管路３２L、３２Rは、ネガティブコントロール絞り２０L、２０Rの上流で発生させたネガコン圧を油圧ポンプ用レギュレータ４０L、４０Rに伝達するための制御圧管路である。
【００２１】
ここで、図３を参照しながら、油圧ポンプ用レギュレータ４０Ｌ、４０Ｒについて説明する。なお、図３は、図２における領域ＩＩＩの拡大図である。
【００２２】
油圧ポンプ用レギュレータ４０Rは、油圧ポンプ１０Rの吐出量を制御すべく、油圧ポンプ１０Ｒのポンプ容量を変化させるための斜板（ヨーク）を傾転駆動するための傾転アクチュエータ４１Ｒと、傾転アクチュエータ４１Ｒに圧油の給排を行うためのスプール弁機構６０Ｒと、全馬力制御時にスプール弁機構６０Ｒのスプール弁６００Ｒを変位させるための全馬力制御部５３Ｒと、ネガティブコントロール制御時にスプール弁６００Ｒを変位させるためのネガコン制御部６１Ｒと、傾転アクチュエータ４１Ｒの駆動変位をスプール弁６００Ｒにフィードバックするためのフィードバックレバー６２Ｒとからなる駆動機構である。
【００２３】
傾転アクチュエータ４１Ｒは、一端に大径受圧部ＰＲ１を有すると共に他端に小径受圧部ＰＲ２を有する作動ピストン４１０Ｒと、大径受圧部ＰＲ１に対応する受圧室４１１Ｒと、小径受圧部ＰＲ２に対応する受圧室４１２Ｒとからなり、受圧室４１１Ｒにはスプール弁６００Ｒを介して油圧ポンプ１０Ｒの吐出圧Ｐ２が導入され、或いは受圧室４１１Ｒからスプール弁６００Ｒを介して圧油が排出され、また、受圧室４１２Ｒには油圧ポンプ１０Ｒの吐出圧Ｐ２が導入される。作動ピストン４１０Ｒは、受圧室４１１Ｒに圧油が導入されて受圧室４１２Ｒ側に変位すると油圧ポンプ１０Ｒの斜板（ヨーク）を小流量側に傾転駆動する。
【００２４】
スプール弁機構６０Ｒは、油圧ポンプ１０Ｒの吐出圧Ｐ２が導入される第一ポート、タンク２２に連通する第二ポート、及び受圧室４１１Ｒに連通する出力ポートを有し、第一ポートと出力ポートとを連通する第一位置、第二ポートと出力ポートとを連通する第二位置、又は第一ポート及び第二ポートの何れをも出力ポートに連通しない中立位置に選択的に切り換えられるスプール弁６００Ｒと、スプール弁６００Ｒを第二位置に変位させる方向に付勢するばね６０１Ｒとからなる。
【００２５】
全馬力制御部５３Ｒは、スプール弁６００Ｒを第一位置に変位させる方向に押圧可能なサーボピストン５３０Ｒと、サーボピストン５３０Ｒを押圧状態から復帰させるばね５３１Ｒと、サーボピストン５３０Ｒに設けられた受圧部ＰＲ３に対応し油圧ポンプ１０Ｒの吐出圧Ｐ２が導入される受圧室５３２Ｒと、受圧部ＰＲ４に対応し油圧ポンプ１０Ｌの吐出圧Ｐ１が導入される受圧室５３３Ｒと、受圧部ＰＲ５に対応し後述する電磁比例弁５５の制御圧が導入される受圧室５３４Ｒとからなる。
【００２６】
ネガコン制御部６１Ｒは、スプール弁６００Ｒを第一位置に変位させる方向に押圧可能なサーボピストン６１０Ｒと、サーボピストン６１０Ｒを押圧状態から復帰させるばね６１１Ｒと、サーボピストン６１０Ｒに設けられた受圧部ＰＲ６に対応し制御圧管路３２Ｒの制御圧が導入される受圧室６１２Ｒとからなる。
【００２７】
フィードバックレバー６２Ｒは、サーボピストン５３０Ｒ又はサーボピストン６１０Ｒの変位によってスプール弁６００Ｒが第一位置又は第二位置に切り換えられ、受圧室４１１Ｒに圧油が導入され或いは受圧室４１１Ｒから圧油が排出されることにより作動ピストン４１０Ｒが移動したときにその移動量を物理的にスプール弁６００Ｒにフィードバックし、中立位置に復帰させるためのリンク機構である。
【００２８】
なお、油圧ポンプ用レギュレータ４０Ｌは、全馬力制御部５３Ｌにおいて、受圧室５３２Ｌに油圧ポンプ１０Ｌの吐出圧Ｐ１が導入される点、受圧室５３３Ｌに油圧ポンプ１０Ｒの吐出圧Ｐ２が導入される点、及び受圧室５３４Ｒに後述する電磁比例弁５７の制御圧が導入される点で油圧ポンプ用レギュレータ４０Ｒと相違するが、その他の点では共通するため説明を省略する。
【００２９】
このような構成により、油圧ポンプ用レギュレータ４０Ｌ、４０Ｒは、サーボピストン５３０Ｌ、５３０Ｒ又はサーボピストン６１０Ｌ、６１０Ｒに導入される制御圧が大きいほど油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒの吐出量を減少させ、導入される制御圧が小さいほど油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒの吐出量を増大させるようにする。
【００３０】
図２に示すように、建設機械１における何れの油圧アクチュエータも利用されていない場合（以下、「待機モード」とする。）、油圧ポンプ１０L、１０Rが吐出する圧油は、センターバイパス管路３０L、３０Rを通ってネガティブコントロール絞り２０L、２０Rに至り、ネガティブコントロール絞り２０L、２０Rの上流で発生するネガコン圧を増大させる。
【００３１】
その結果、油圧ポンプ用レギュレータ４０L、４０Rは、ネガコン制御部６１Ｌ、６１Ｒに導入されたネガコン圧によりスプール弁６００Ｌ、６００Ｒを第一位置に変位させ、傾転アクチュエータ４１Ｌ、４１Ｒを駆動して、油圧ポンプ１０L、１０Rの吐出量を減少させ、吐出した圧油がセンターバイパス管路３０Ｌ、３０Ｒを通過する際の圧力損失（ポンピングロス）を抑制するようにする。
【００３２】
一方、建設機械１における何れかの油圧アクチュエータが利用された場合、油圧ポンプ１０L、１０Rが吐出する圧油は、その油圧アクチュエータに対応する切換弁を介してその油圧アクチュエータに流れ込み、ネガティブコントロール絞り２０L、２０Rに至る量を減少或いは消滅させ、ネガティブコントロール絞り２０L、２０Rの上流で発生するネガコン圧を低下させる。
【００３３】
その結果、油圧ポンプ用レギュレータ４０L、４０Rは、油圧ポンプ１０L、１０Rの吐出量を増大させ、各油圧アクチュエータに十分な圧油を循環させ、各アクチュエータの駆動を確かなものとする。
【００３４】
上述のような構成により、油圧ポンプ制御装置１００は、待機モードにおいては、油圧ポンプ１０L、１０Rにおける無駄なエネルギー消費（油圧ポンプ１０L、１０Rの吐出する圧油がセンターバイパス管路３０Ｌ、３０Ｒで発生させるポンピングロス）を抑制しながらも、各種油圧アクチュエータを作動させる場合には、油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒから必要十分な圧油を各種油圧アクチュエータに供給できるようにする。
【００３５】
アーム操作レバー５０は、コントロールポンプ５２が吐出する圧油を利用してレバー操作量に応じた制御圧を、第一速アーム切換弁１５Ｌのパイロットポート、及び第二速アーム切換弁１５Ｒのパイロットポートにその制御圧を導入させる装置である。
【００３６】
ブーム操作レバー５６は、アーム操作レバー５０と同様、コントロールポンプ５２が吐出する圧油を利用してレバー操作量に応じた制御圧を、切換弁１３Ｌ，１３Ｒのパイロットポートにその制御圧を導入させる装置である。
【００３７】
全馬力制御部５３Ｌ、５３Ｒは、油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒの合計吸収馬力がエンジン又は電動モータの出力馬力を超えることがないよう油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒの吐出量をそれぞれの吐出圧に応じて制御する機構であり、油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒにおける吐出圧Ｐ１、Ｐ２の導入を受けて、油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒが吐出量Ｑ１、Ｑ２で圧油を吐出するよう、油圧ポンプ用レギュレータ４０L、４０Rのスプール弁６００Ｌ、６００Ｒを変位させて傾転アクチュエータ４１Ｌ、４１Ｒを駆動して、油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒの斜板（ヨーク）を傾転駆動させる。なお、吐出圧Ｐ１、Ｐ２と吐出量Ｑ１、Ｑ２との間の関係は、所定のＰ（吐出圧）−Ｑ（吐出量）線図で予め決定されているものとする。
【００３８】
図４は、全馬力制御の特性を示すＰ−Ｑ線図であり、油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒの双方に適用される通常時Ｐ−Ｑ線図である。
【００３９】
図４に示すように、例えば、アーム操作レバー５０のレバー操作量が所定値以上となり、ネガティブコントロール絞り２０Ｌの上流におけるネガコン圧が所定値未満となり（油圧ポンプ１０Ｌに対し最大吐出量を要求することになる。）、油圧ポンプ１０Ｌの吐出量の制御がネガコン圧による制御から全馬力制御部５３Ｌによる制御に移行した場合、油圧ポンプ１０Ｌの吐出圧ＰがＰ１、油圧ポンプ１０Ｒの吐出圧がＰ２であれば、全馬力制御部５３Ｌは、油圧ポンプ１０Ｌの吐出量Ｑが（Ｐ１＋Ｐ２）／２におけるＱ１（＝Ｑ２）となるよう、油圧ポンプ用レギュレータ４０Lの傾転アクチュエータ４１Ｌに対して相応の圧油を供給する。
【００４０】
また、油圧ポンプ１０Ｒの吐出量の制御もネガコン圧による制御から全馬力制御部５３Ｒによる制御に移行し、油圧ポンプ１０Ｌの吐出圧ＰがＰ１、油圧ポンプ１０Ｒの吐出圧ＰがＰ２であれば、全馬力制御部５３Ｒは、油圧ポンプ１０Ｒの吐出量Ｑが（Ｐ１＋Ｐ２）／２におけるＱ２（＝Ｑ１）となるよう、油圧ポンプ用レギュレータ４０Ｒの傾転アクチュエータ４１Ｒに対して相応の制御圧を供給する。
【００４１】
メインコントローラ５４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ(Random Access Memory)、ＲＯＭ（Read Only Memory）等を備えたコンピュータであり、以下で説明する各種制御を実行する。
【００４２】
また、メインコントローラ５４は、アーム操作レバー５０を開き方向に操作した場合に発生する制御圧を測定する圧力センサＳ１、及び、アーム操作レバー５０を閉じ方向に操作した場合に発生する制御圧を測定する圧力センサＳ２の出力に基づいてアーム操作レバー５０のレバー操作量を検出する。
【００４３】
同様に、メインコントローラ５４は、ブーム操作レバー５６を上げ方向に操作した場合に発生する制御圧を測定する圧力センサＳ３、及び、ブーム操作レバー５６を下げ方向に操作した場合に発生する制御圧を測定する圧力センサＳ４の出力に基づいてブーム操作レバー５６のレバー操作量を検出する。
【００４４】
更に、メインコントローラ５４は、油圧ポンプ１０Ｌの吐出圧を測定する圧力センサＳ５、及び、油圧ポンプ１０Ｒの吐出圧を測定する圧力センサＳ６の出力に基づいて油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒにおける圧油の吐出状態を検出する。
【００４５】
図５は、アーム操作レバー５０を閉じ方向に最大限傾倒させた場合における油圧ポンプ制御装置１００の状態を示し、油圧ポンプ１０Ｌは、全馬力制御部５３Ｌの制御の下、第一速アーム切換弁１５Ｌを経てアームシリンダ８のヘッド側に最大吐出量で圧油を供給しながら、アームシリンダ８のロッド側からアームシリンダ８内の圧油を圧油タンク２２に排出させ、同時に、油圧ポンプ１０Ｒは、主としてセンターバイパス管路３０Ｒを通過する圧油を、第二速アーム切換弁１５Ｒ経由でアームシリンダ８のヘッド側に合流させている。
【００４６】
ところで、このような建設機械１において、エンジンのアイドル回転時にアクチュエータの操作を行うことで、アタッチメントを自由落下方向に動かした場合（例えば、図５に示すように、アーム操作レバー５０を閉じ方向に操作して、アーム５を自由落下方向に動かした場合）、油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒの吐出流量がアクチュエータの変位に追いつかず応答遅れが発生する場合がある。尚、このような応答遅れは、アーム５の自由落下方向への操作に限らず、他の操作(例えば、バケット６の閉じ操作や、ブーム４の一速下げ操作等)でも生じる。これに対して、流量制御弁（例えばアーム５の場合、第一速アーム切換弁１５Ｌ）で管路を絞ることで(即ちメータアウト絞りにより)自由落下速度を制御する方法もある。しかしながら、このような方法では、エンジン高回転時にはこの絞りが管路損失となって余分なエネルギーの消費を招く。
【００４７】
そこで、本実施例では、以下で詳説するように、エンジン高回転時でのメータアウト絞りでの余分なエネルギーの消費を防止するためにメータアウト絞りの開度を大きく維持した場合でも、上述のような応答遅れを防止することを可能とする。
【００４８】
図６は、本実施例のメインコントローラ５４により実行される主要処理の一例を示すフローチャートである。
【００４９】
ステップ６００では、現在設定されているエンジン回転数Ｎｅ＿ｓｅｔが所定の閾値Ｎｅ＿ｔｈ以上か否かが判定される。エンジン回転数Ｎｅ＿ｓｅｔは、例えばユーザがスロットルボリューム（図示せず）を操作することで設定される。所定の閾値Ｎｅ＿ｔｈは、上述の応答遅れの原因となるような油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒの吐出流量の不足を起こさないエンジン回転数である。所定の閾値Ｎｅ＿ｔｈは、油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒの性能等のような各種要因に依存するので、試験等により適合されてもよい。現在設定されているエンジン回転数Ｎｅ＿ｓｅｔが所定の閾値Ｎｅ＿ｔｈ以上である場合には、ステップ６０８に進み、現在設定されているエンジン回転数Ｎｅ＿ｓｅｔが所定の閾値Ｎｅ＿ｔｈ未満である場合は、ステップ６０２に進む。尚、アイドル回転数は、所定の閾値Ｎｅ＿ｔｈよりも小さい。従って、現在設定されているエンジン回転数Ｎｅ＿ｓｅｔがアイドル回転数である場合には、ステップ６０２に進むことになる。
【００５０】
ステップ６０２では、作業機の動作があるか否か、即ち各種アクチュエータ（ブームシリンダ７、アームシリンダ８及びバケットシリンダ９等）の操作が検出された否かが判定される。この作業機の動作の有無は、圧力センサＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４の出力値に基づいて判断されてもよい(図示しないバケット操作レバーについても同様である)。また、作業機の動作の有無は、ネガコン圧の変動を監視することで判断されてもよい。この場合、ネガコン圧は、例えばセンターバイパス管路３０L、３０Rにおけるネガティブコントロール絞り２０L、２０Ｒの手前側に圧力センサを配置することで監視されてもよい。或いは、作業機の動作の有無は、メインの圧力センサＳ５及び圧力センサＳ６の出力値の変動を検出することで、判断されてもよい。或いは、アーム操作レバー５０やブーム操作レバー５６等が電気レバーである場合、作業機の動作の有無は、圧力センサＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４に代えて、電気レバーからの電気信号に基づいて判断されてもよい。或いは、アーム操作レバー５０やブーム操作レバー５６等のリンク機構部に回動センサが付いている場合には、作業機の動作の有無は、当該回動センサの出力信号に基づいて判断されてもよい。作業機の動作がある場合には、ステップ６０４に進み、作業機の動作がない場合には、ステップ６０８に進む。
【００５１】
ステップ６０４では、油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒの吐出流量に不足が生じるか否かが判定される。この判定は、例えば油圧ポンプ１０Ｌの吐出圧を測定する圧力センサＳ５、及び、油圧ポンプ１０Ｒの吐出圧を測定する圧力センサＳ６の出力に基づいて実行されてもよい。例えば、油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒの吐出圧が所定の閾値Ｐ＿ｔｈ以下であるか否かが判定されてもよい。所定の閾値Ｐ＿ｔｈは、上述の応答遅れが生じる際の油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒの吐出圧に対応してよく、試験等により適合されてもよい。この場合、上述の応答遅れが生じる際の油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒの吐出圧は、各種アクチュエータに応じて異なりうるので、操作されたアクチュエータ（ステップ６０２にて判断）に応じて所定の閾値Ｐ＿ｔｈが可変されてもよい。また、所定の閾値Ｐ＿ｔｈは、現在設定されているエンジン回転数Ｎｅ＿ｓｅｔに応じて可変されてもよい。これは、上述の応答遅れが生じる際の油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒの吐出圧は、現在のエンジン回転数Ｎｅ＿ｓｅｔに依存して変化しうるためである。また、油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒの吐出流量に不足が生じるか否かは、油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒの吐出圧（油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒと切換弁１１Ｌ，１１Ｒとの間の圧力）に代えて、各種アクチュエータとその切換弁との間の圧力を検出することで判定されてもよい。このような圧力が低下した場合も、油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒの吐出流量が不足すると判断できるためである。油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒの吐出流量に不足が生じると判定した場合は、ステップ６０６に進み、油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒの吐出流量に不足が生じないと判定した場合は、ステップ６０８に進む。
【００５２】
ステップ６０６では、目標エンジン回転数Ｎｅ＿ｔａｒｇｅｔが所定の閾値Ｎｅ＿ｔｈに設定される。これにより、エンジン回転数が所定の閾値Ｎｅ＿ｔｈまで上昇される。ここで、所定の閾値Ｎｅ＿ｔｈとは、上述の応答遅れの原因となるような油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒの吐出流量の不足を起こさないエンジン回転数である。従って、ステップ６０６によりエンジン回転数が所定の閾値Ｎｅ＿ｔｈまで上昇されることで、上述の如く、上述の応答遅れが防止される。尚、目標エンジン回転数Ｎｅ＿ｔａｒｇｅｔが所定の閾値Ｎｅ＿ｔｈに設定される状態は、その後、ステップ６０２で否定判定されるまで維持される。即ち操作が終了した段階で、目標エンジン回転数Ｎｅ＿ｔａｒｇｅｔが現在設定されているエンジン回転数Ｎｅ＿ｓｅｔに戻される。
【００５３】
ステップ６０８では、目標エンジン回転数Ｎｅ＿ｔａｒｇｅｔが現在設定されているエンジン回転数Ｎｅ＿ｓｅｔに維持される。このように図６に示す処理によれば、ステップ６００で否定判定された場合でも、ステップ６０２，６０４，６０６のいずれかで否定判定された場合には、上述の応答遅れが生じないと判断され、目標エンジン回転数Ｎｅ＿ｔａｒｇｅｔが現在設定されているエンジン回転数Ｎｅ＿ｓｅｔに維持される。
【００５４】
尚、図６に示す例では、油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒの吐出流量に不足が生じるか否かを判定することで、現時点より先に油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒの吐出流量に不足が生じる状態を予測するものであった。かかる構成によれば、上述の応答遅れを事前に防止することができる。しかしながら、油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒの吐出流量に不足が現に生じている状態を検出する構成であってもよい。この場合には、実際に油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒの吐出流量に不足が生じた場合にだけ、エンジン回転数が上昇されることになる。
【００５５】
以上説明した本実施例の建設機械１によれば、とりわけ、以下のような優れた効果が奏される。
【００５６】
上述の如く、本実施例によれば、油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒからアクチュエータ（ブームシリンダ７、アームシリンダ８等）への圧油の供給流量の不足が検出又は予測された場合に、油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒに接続されるエンジンの回転数を増加されるので、メータアウト絞りの開度を大きくした場合でも、圧油の供給流量の不足に起因した応答遅れを効果的に防止することができる。これにより、メータアウト絞りの開度を大きく設定することが可能であり、エンジン高回転時の吐出流量が不足しない状況下では、余分なエネルギーが消費されるのを防止することが可能である。
【００５７】
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
【００５８】
例えば、図６に示す例では、油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒがエンジンに連結されている構成を想定し、エンジンの回転数を上昇させることで圧油の供給流量の不足を防止している。しかしながら、油圧ポンプ１０Ｌ及び／又は１０Ｒが、エンジンとは切り離された電動モータにより駆動される場合、エンジンの回転数に代えて又は加えて、電動モータの回転数を同様に増加させればよい。
【符号の説明】
【００５９】
１ 建設機械
２ 下部走行体
３ 上部旋回体
４ ブーム
５ アーム
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
１０Ｌ、１０Ｒ 油圧ポンプ
１１Ｌ、１１Ｒ 切換弁
１２Ｌ、１２Ｒ 切換弁
１３Ｌ、１３Ｒ 切換弁
１４ 切換弁
１５Ｌ、１５Ｒ 切換弁
２０Ｌ、２０Ｒ ネガティブコントロール絞り
２２ タンク
３０Ｌ、３０Ｒ センターバイパス管路
３２Ｌ、３２Ｒ 制御圧管路
４０Ｌ、４０Ｒ 油圧ポンプ用レギュレータ
４１Ｌ、４１Ｒ 傾転アクチュエータ
４２Ｌ、４２Ｒ 走行用油圧モータ
４４ 旋回用油圧モータ
５０ アーム操作レバー
５２ コントロールポンプ
５３Ｌ、５３Ｒ 全馬力制御部
５４ メインコントローラ
５５，５７ 電磁比例弁
５６ ブーム操作レバー
６０Ｒ スプール弁機構
６１Ｌ、６１Ｒ ネガコン制御部
１００ 油圧ポンプ制御装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建設機械及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、低負荷時の無駄なエネルギーの消費を防止するために、メインポンプの吐出圧が所定閾値を下回った場合に、エンジンの目標回転速度を低減する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−７７８７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、エンジンの回転数を低減した状態で（例えばアイドル回転時に）アクチュエータが操作され、アタッチメントが自由落下方向に動かされた場合、油圧ポンプの吐出流量がアクチュエータの変位に追いつかず応答遅れが発生する場合がある。これに対して、流量制御弁のメータアウト絞りの開度を小さくすることで自由落下速度を制御する方法もある。しかしながら、このような方法では、エンジン高回転時にはこの絞りが管路損失となって余分なエネルギーの消費を招く。
【０００５】
そこで、本発明は、エンジン高回転時でのメータアウト絞りでの余分なエネルギーの消費を防止することを可能としつつ、上述のような応答遅れを防止することを可能とする建設機械及びその制御方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の一局面によれば、アクチュエータの操作を検出する操作検出手段と、
油圧ポンプから前記アクチュエータへの圧油の供給流量の不足を検出又は予測する流量不足検出／予測手段と、
前記アクチュエータの操作が検出され、且つ、前記油圧ポンプから前記アクチュエータへの圧油の供給流量の不足が検出又は予測された場合に、前記油圧ポンプに接続されるエンジン又はモータの回転数を増加させる制御手段とを備えることを特徴とする、建設機械が提供される。
【０００７】
また、本発明の他の一局面によれば、エンジンがアイドル回転数で動作している状況下で、アクチュエータの操作を検出するステップと、
前記アクチュエータの操作が検出された場合に、油圧ポンプから前記アクチュエータへの圧油の供給流量の不足を検出又は予測するステップと、
前記油圧ポンプから前記アクチュエータへの圧油の供給流量の不足が検出又は予測された場合に、前記油圧ポンプに接続されるエンジンの回転数を増加させるステップとを含む、建設機械の制御方法が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、エンジン高回転時でのメータアウト絞りでの余分なエネルギーの消費を防止することを可能としつつ、上述のような応答遅れを防止することを可能とする建設機械及びその制御方法が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係る建設機械１の構成例を示す図である。
【図２】建設機械１に搭載される油圧ポンプ制御装置１００の油圧回路図の一例を示す図である。
【図３】図２の領域ＩＩＩの拡大図である。
【図４】全馬力制御の特性を示すＰ−Ｑ線図である。
【図５】アームを単独操作した場合における油圧ポンプ制御装置１００の状態を示す図である。
【図６】本実施例のメインコントローラ５４により実行される主要処理の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。
【００１１】
図１は、本発明に係る建設機械１の構成例を示す図である。図１において、建設機械１は、クローラ式の下部走行体２の上に、旋回機構を介して、上部旋回体３をＸ軸周りに旋回自在に搭載している。また、上部旋回体３は、前方中央部に、ブーム４、アーム５及びバケット６、並びに、これらをそれぞれ駆動する油圧アクチュエータとしてのブームシリンダ７、アームシリンダ８及びバケットシリンダ９から構成される掘削アタッチメントを備える。掘削アタッチメントは、ブレーカや破砕機等のような他のアタッチメントであってもよい。
【００１２】
図２は、建設機械１に搭載される油圧ポンプ制御装置１００の油圧回路図の一例を示す図である。油圧ポンプ制御装置１００は、エンジン又は電動モータによって駆動される、一回転当たりの吐出量（ｃｃ／ｒｅｖ）が可変である二つの油圧ポンプ１０L、１０Rから、切換弁１１Ｌ、１２Ｌ、１３Ｌ及び１５Ｌを連通するセンターバイパス管路３０L、又は、切換弁１１Ｒ、１２R、１３Ｒ、１４及び１５Ｒを連通するセンターバイパス管路３０Rを経てタンク２２まで圧油を循環させる。
【００１３】
また、切換弁１１Ｌは、油圧ポンプ１０Lが吐出する圧油を走行用油圧モータ４２Lで循環させるために圧油の流れを切り換えるスプール弁である。
【００１４】
切換弁１１Ｒは、走行直進弁であり、下部走行体２を駆動する走行用油圧モータ４２L、４２Rと、上部旋回体３の何れかの油圧アクチュエータ（例えば、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又は旋回用油圧モータ４４である。）とが同時に操作された場合に、下部走行体２の直進性を高めるために油圧ポンプ１０Ｌから左右の走行用油圧モータ４２L、４２Rに圧油を循環させるために圧油の流れを切り換えるスプール弁である。
【００１５】
また、切換弁１２Ｌは、油圧ポンプ１０Ｌが吐出する圧油を旋回用油圧モータ４４で循環させるために圧油の流れを切り換えるスプール弁であり、切換弁１２Ｒは、油圧ポンプ１０Rが吐出する圧油を走行用油圧モータ４２Rで循環させるために圧油の流れを切り換えるスプール弁である。
【００１６】
また、切換弁１３Ｌ、１３Ｒはそれぞれ、油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒが吐出する圧油をブームシリンダ７へ供給し、また、ブームシリンダ７内の圧油をタンク２２へ排出するために圧油の流れを切り換えるスプール弁であり、切換弁１３Ｒは、ブーム操作レバー５６が操作された場合に作動するスプール弁（以下、「第一速ブーム切換弁１３Ｒ」とする。）であり、切換弁１３Ｌは、ブーム操作レバー５６が所定操作量以上で操作された場合に油圧ポンプ１０Ｌの吐出する圧油を合流させるためのスプール弁（以下、「第二速ブーム切換弁１３Ｌ」とする。）である。
【００１７】
切換弁１４は、油圧ポンプ１０Ｒが吐出する圧油をバケットシリンダ９へ供給し、また、バケットシリンダ９内の圧油をタンク２２へ排出するためのスプール弁である。
【００１８】
また、切換弁１５Ｌ、１５Ｒはそれぞれ、油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒが吐出する圧油をアームシリンダ８へ供給し、また、アームシリンダ８内の圧油をタンク２２へ排出するために圧油の流れを切り換えるスプール弁であり、切換弁１５Ｌは、アーム操作レバー５０が操作された場合に作動するスプール弁（以下、「第一速アーム切換弁１５Ｌ」とする。）であり、切換弁１５Ｒは、アーム操作レバー５０が所定操作量以上で操作された場合に油圧ポンプ１０Ｒの吐出する圧油を合流させるためのスプール弁（以下、「第二速アーム切換弁１５Ｒ」とする。）である。
【００１９】
センターバイパス管路３０L、３０Rは、それぞれ、最も下流にある切換弁１５Ｌ、１５Ｒとタンク２２との間にネガティブコントロール絞り２０L、２０Ｒを備え、油圧ポンプ１０L、１０Rが吐出した圧油の流れを制限することにより、ネガティブコントロール絞り２０L、２０Rの上流において、油圧ポンプ用レギュレータ４０L、４０Rを制御するための制御圧（以下、「ネガコン圧」とする。）を発生させる圧油管路である。
【００２０】
破線で示される制御圧管路３２L、３２Rは、ネガティブコントロール絞り２０L、２０Rの上流で発生させたネガコン圧を油圧ポンプ用レギュレータ４０L、４０Rに伝達するための制御圧管路である。
【００２１】
ここで、図３を参照しながら、油圧ポンプ用レギュレータ４０Ｌ、４０Ｒについて説明する。なお、図３は、図２における領域ＩＩＩの拡大図である。
【００２２】
油圧ポンプ用レギュレータ４０Rは、油圧ポンプ１０Rの吐出量を制御すべく、油圧ポンプ１０Ｒのポンプ容量を変化させるための斜板（ヨーク）を傾転駆動するための傾転アクチュエータ４１Ｒと、傾転アクチュエータ４１Ｒに圧油の給排を行うためのスプール弁機構６０Ｒと、全馬力制御時にスプール弁機構６０Ｒのスプール弁６００Ｒを変位させるための全馬力制御部５３Ｒと、ネガティブコントロール制御時にスプール弁６００Ｒを変位させるためのネガコン制御部６１Ｒと、傾転アクチュエータ４１Ｒの駆動変位をスプール弁６００Ｒにフィードバックするためのフィードバックレバー６２Ｒとからなる駆動機構である。
【００２３】
傾転アクチュエータ４１Ｒは、一端に大径受圧部ＰＲ１を有すると共に他端に小径受圧部ＰＲ２を有する作動ピストン４１０Ｒと、大径受圧部ＰＲ１に対応する受圧室４１１Ｒと、小径受圧部ＰＲ２に対応する受圧室４１２Ｒとからなり、受圧室４１１Ｒにはスプール弁６００Ｒを介して油圧ポンプ１０Ｒの吐出圧Ｐ２が導入され、或いは受圧室４１１Ｒからスプール弁６００Ｒを介して圧油が排出され、また、受圧室４１２Ｒには油圧ポンプ１０Ｒの吐出圧Ｐ２が導入される。作動ピストン４１０Ｒは、受圧室４１１Ｒに圧油が導入されて受圧室４１２Ｒ側に変位すると油圧ポンプ１０Ｒの斜板（ヨーク）を小流量側に傾転駆動する。
【００２４】
スプール弁機構６０Ｒは、油圧ポンプ１０Ｒの吐出圧Ｐ２が導入される第一ポート、タンク２２に連通する第二ポート、及び受圧室４１１Ｒに連通する出力ポートを有し、第一ポートと出力ポートとを連通する第一位置、第二ポートと出力ポートとを連通する第二位置、又は第一ポート及び第二ポートの何れをも出力ポートに連通しない中立位置に選択的に切り換えられるスプール弁６００Ｒと、スプール弁６００Ｒを第二位置に変位させる方向に付勢するばね６０１Ｒとからなる。
【００２５】
全馬力制御部５３Ｒは、スプール弁６００Ｒを第一位置に変位させる方向に押圧可能なサーボピストン５３０Ｒと、サーボピストン５３０Ｒを押圧状態から復帰させるばね５３１Ｒと、サーボピストン５３０Ｒに設けられた受圧部ＰＲ３に対応し油圧ポンプ１０Ｒの吐出圧Ｐ２が導入される受圧室５３２Ｒと、受圧部ＰＲ４に対応し油圧ポンプ１０Ｌの吐出圧Ｐ１が導入される受圧室５３３Ｒと、受圧部ＰＲ５に対応し後述する電磁比例弁５５の制御圧が導入される受圧室５３４Ｒとからなる。
【００２６】
ネガコン制御部６１Ｒは、スプール弁６００Ｒを第一位置に変位させる方向に押圧可能なサーボピストン６１０Ｒと、サーボピストン６１０Ｒを押圧状態から復帰させるばね６１１Ｒと、サーボピストン６１０Ｒに設けられた受圧部ＰＲ６に対応し制御圧管路３２Ｒの制御圧が導入される受圧室６１２Ｒとからなる。
【００２７】
フィードバックレバー６２Ｒは、サーボピストン５３０Ｒ又はサーボピストン６１０Ｒの変位によってスプール弁６００Ｒが第一位置又は第二位置に切り換えられ、受圧室４１１Ｒに圧油が導入され或いは受圧室４１１Ｒから圧油が排出されることにより作動ピストン４１０Ｒが移動したときにその移動量を物理的にスプール弁６００Ｒにフィードバックし、中立位置に復帰させるためのリンク機構である。
【００２８】
なお、油圧ポンプ用レギュレータ４０Ｌは、全馬力制御部５３Ｌにおいて、受圧室５３２Ｌに油圧ポンプ１０Ｌの吐出圧Ｐ１が導入される点、受圧室５３３Ｌに油圧ポンプ１０Ｒの吐出圧Ｐ２が導入される点、及び受圧室５３４Ｒに後述する電磁比例弁５７の制御圧が導入される点で油圧ポンプ用レギュレータ４０Ｒと相違するが、その他の点では共通するため説明を省略する。
【００２９】
このような構成により、油圧ポンプ用レギュレータ４０Ｌ、４０Ｒは、サーボピストン５３０Ｌ、５３０Ｒ又はサーボピストン６１０Ｌ、６１０Ｒに導入される制御圧が大きいほど油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒの吐出量を減少させ、導入される制御圧が小さいほど油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒの吐出量を増大させるようにする。
【００３０】
図２に示すように、建設機械１における何れの油圧アクチュエータも利用されていない場合（以下、「待機モード」とする。）、油圧ポンプ１０L、１０Rが吐出する圧油は、センターバイパス管路３０L、３０Rを通ってネガティブコントロール絞り２０L、２０Rに至り、ネガティブコントロール絞り２０L、２０Rの上流で発生するネガコン圧を増大させる。
【００３１】
その結果、油圧ポンプ用レギュレータ４０L、４０Rは、ネガコン制御部６１Ｌ、６１Ｒに導入されたネガコン圧によりスプール弁６００Ｌ、６００Ｒを第一位置に変位させ、傾転アクチュエータ４１Ｌ、４１Ｒを駆動して、油圧ポンプ１０L、１０Rの吐出量を減少させ、吐出した圧油がセンターバイパス管路３０Ｌ、３０Ｒを通過する際の圧力損失（ポンピングロス）を抑制するようにする。
【００３２】
一方、建設機械１における何れかの油圧アクチュエータが利用された場合、油圧ポンプ１０L、１０Rが吐出する圧油は、その油圧アクチュエータに対応する切換弁を介してその油圧アクチュエータに流れ込み、ネガティブコントロール絞り２０L、２０Rに至る量を減少或いは消滅させ、ネガティブコントロール絞り２０L、２０Rの上流で発生するネガコン圧を低下させる。
【００３３】
その結果、油圧ポンプ用レギュレータ４０L、４０Rは、油圧ポンプ１０L、１０Rの吐出量を増大させ、各油圧アクチュエータに十分な圧油を循環させ、各アクチュエータの駆動を確かなものとする。
【００３４】
上述のような構成により、油圧ポンプ制御装置１００は、待機モードにおいては、油圧ポンプ１０L、１０Rにおける無駄なエネルギー消費（油圧ポンプ１０L、１０Rの吐出する圧油がセンターバイパス管路３０Ｌ、３０Ｒで発生させるポンピングロス）を抑制しながらも、各種油圧アクチュエータを作動させる場合には、油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒから必要十分な圧油を各種油圧アクチュエータに供給できるようにする。
【００３５】
アーム操作レバー５０は、コントロールポンプ５２が吐出する圧油を利用してレバー操作量に応じた制御圧を、第一速アーム切換弁１５Ｌのパイロットポート、及び第二速アーム切換弁１５Ｒのパイロットポートにその制御圧を導入させる装置である。
【００３６】
ブーム操作レバー５６は、アーム操作レバー５０と同様、コントロールポンプ５２が吐出する圧油を利用してレバー操作量に応じた制御圧を、切換弁１３Ｌ，１３Ｒのパイロットポートにその制御圧を導入させる装置である。
【００３７】
全馬力制御部５３Ｌ、５３Ｒは、油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒの合計吸収馬力がエンジン又は電動モータの出力馬力を超えることがないよう油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒの吐出量をそれぞれの吐出圧に応じて制御する機構であり、油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒにおける吐出圧Ｐ１、Ｐ２の導入を受けて、油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒが吐出量Ｑ１、Ｑ２で圧油を吐出するよう、油圧ポンプ用レギュレータ４０L、４０Rのスプール弁６００Ｌ、６００Ｒを変位させて傾転アクチュエータ４１Ｌ、４１Ｒを駆動して、油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒの斜板（ヨーク）を傾転駆動させる。なお、吐出圧Ｐ１、Ｐ２と吐出量Ｑ１、Ｑ２との間の関係は、所定のＰ（吐出圧）−Ｑ（吐出量）線図で予め決定されているものとする。
【００３８】
図４は、全馬力制御の特性を示すＰ−Ｑ線図であり、油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒの双方に適用される通常時Ｐ−Ｑ線図である。
【００３９】
図４に示すように、例えば、アーム操作レバー５０のレバー操作量が所定値以上となり、ネガティブコントロール絞り２０Ｌの上流におけるネガコン圧が所定値未満となり（油圧ポンプ１０Ｌに対し最大吐出量を要求することになる。）、油圧ポンプ１０Ｌの吐出量の制御がネガコン圧による制御から全馬力制御部５３Ｌによる制御に移行した場合、油圧ポンプ１０Ｌの吐出圧ＰがＰ１、油圧ポンプ１０Ｒの吐出圧がＰ２であれば、全馬力制御部５３Ｌは、油圧ポンプ１０Ｌの吐出量Ｑが（Ｐ１＋Ｐ２）／２におけるＱ１（＝Ｑ２）となるよう、油圧ポンプ用レギュレータ４０Lの傾転アクチュエータ４１Ｌに対して相応の圧油を供給する。
【００４０】
また、油圧ポンプ１０Ｒの吐出量の制御もネガコン圧による制御から全馬力制御部５３Ｒによる制御に移行し、油圧ポンプ１０Ｌの吐出圧ＰがＰ１、油圧ポンプ１０Ｒの吐出圧ＰがＰ２であれば、全馬力制御部５３Ｒは、油圧ポンプ１０Ｒの吐出量Ｑが（Ｐ１＋Ｐ２）／２におけるＱ２（＝Ｑ１）となるよう、油圧ポンプ用レギュレータ４０Ｒの傾転アクチュエータ４１Ｒに対して相応の制御圧を供給する。
【００４１】
メインコントローラ５４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ(Random Access Memory)、ＲＯＭ（Read Only Memory）等を備えたコンピュータであり、以下で説明する各種制御を実行する。
【００４２】
また、メインコントローラ５４は、アーム操作レバー５０を開き方向に操作した場合に発生する制御圧を測定する圧力センサＳ１、及び、アーム操作レバー５０を閉じ方向に操作した場合に発生する制御圧を測定する圧力センサＳ２の出力に基づいてアーム操作レバー５０のレバー操作量を検出する。
【００４３】
同様に、メインコントローラ５４は、ブーム操作レバー５６を上げ方向に操作した場合に発生する制御圧を測定する圧力センサＳ３、及び、ブーム操作レバー５６を下げ方向に操作した場合に発生する制御圧を測定する圧力センサＳ４の出力に基づいてブーム操作レバー５６のレバー操作量を検出する。
【００４４】
更に、メインコントローラ５４は、油圧ポンプ１０Ｌの吐出圧を測定する圧力センサＳ５、及び、油圧ポンプ１０Ｒの吐出圧を測定する圧力センサＳ６の出力に基づいて油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒにおける圧油の吐出状態を検出する。
【００４５】
図５は、アーム操作レバー５０を閉じ方向に最大限傾倒させた場合における油圧ポンプ制御装置１００の状態を示し、油圧ポンプ１０Ｌは、全馬力制御部５３Ｌの制御の下、第一速アーム切換弁１５Ｌを経てアームシリンダ８のヘッド側に最大吐出量で圧油を供給しながら、アームシリンダ８のロッド側からアームシリンダ８内の圧油を圧油タンク２２に排出させ、同時に、油圧ポンプ１０Ｒは、主としてセンターバイパス管路３０Ｒを通過する圧油を、第二速アーム切換弁１５Ｒ経由でアームシリンダ８のヘッド側に合流させている。
【００４６】
ところで、このような建設機械１において、エンジンのアイドル回転時にアクチュエータの操作を行うことで、アタッチメントを自由落下方向に動かした場合（例えば、図５に示すように、アーム操作レバー５０を閉じ方向に操作して、アーム５を自由落下方向に動かした場合）、油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒの吐出流量がアクチュエータの変位に追いつかず応答遅れが発生する場合がある。尚、このような応答遅れは、アーム５の自由落下方向への操作に限らず、他の操作(例えば、バケット６の閉じ操作や、ブーム４の一速下げ操作等)でも生じる。これに対して、流量制御弁（例えばアーム５の場合、第一速アーム切換弁１５Ｌ）で管路を絞ることで(即ちメータアウト絞りにより)自由落下速度を制御する方法もある。しかしながら、このような方法では、エンジン高回転時にはこの絞りが管路損失となって余分なエネルギーの消費を招く。
【００４７】
そこで、本実施例では、以下で詳説するように、エンジン高回転時でのメータアウト絞りでの余分なエネルギーの消費を防止するためにメータアウト絞りの開度を大きく維持した場合でも、上述のような応答遅れを防止することを可能とする。
【００４８】
図６は、本実施例のメインコントローラ５４により実行される主要処理の一例を示すフローチャートである。
【００４９】
ステップ６００では、現在設定されているエンジン回転数Ｎｅ＿ｓｅｔが所定の閾値Ｎｅ＿ｔｈ以上か否かが判定される。エンジン回転数Ｎｅ＿ｓｅｔは、例えばユーザがスロットルボリューム（図示せず）を操作することで設定される。所定の閾値Ｎｅ＿ｔｈは、上述の応答遅れの原因となるような油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒの吐出流量の不足を起こさないエンジン回転数である。所定の閾値Ｎｅ＿ｔｈは、油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒの性能等のような各種要因に依存するので、試験等により適合されてもよい。現在設定されているエンジン回転数Ｎｅ＿ｓｅｔが所定の閾値Ｎｅ＿ｔｈ以上である場合には、ステップ６０８に進み、現在設定されているエンジン回転数Ｎｅ＿ｓｅｔが所定の閾値Ｎｅ＿ｔｈ未満である場合は、ステップ６０２に進む。尚、アイドル回転数は、所定の閾値Ｎｅ＿ｔｈよりも小さい。従って、現在設定されているエンジン回転数Ｎｅ＿ｓｅｔがアイドル回転数である場合には、ステップ６０２に進むことになる。
【００５０】
ステップ６０２では、作業機の動作があるか否か、即ち各種アクチュエータ（ブームシリンダ７、アームシリンダ８及びバケットシリンダ９等）の操作が検出された否かが判定される。この作業機の動作の有無は、圧力センサＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４の出力値に基づいて判断されてもよい(図示しないバケット操作レバーについても同様である)。また、作業機の動作の有無は、ネガコン圧の変動を監視することで判断されてもよい。この場合、ネガコン圧は、例えばセンターバイパス管路３０L、３０Rにおけるネガティブコントロール絞り２０L、２０Ｒの手前側に圧力センサを配置することで監視されてもよい。或いは、作業機の動作の有無は、メインの圧力センサＳ５及び圧力センサＳ６の出力値の変動を検出することで、判断されてもよい。或いは、アーム操作レバー５０やブーム操作レバー５６等が電気レバーである場合、作業機の動作の有無は、圧力センサＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４に代えて、電気レバーからの電気信号に基づいて判断されてもよい。或いは、アーム操作レバー５０やブーム操作レバー５６等のリンク機構部に回動センサが付いている場合には、作業機の動作の有無は、当該回動センサの出力信号に基づいて判断されてもよい。作業機の動作がある場合には、ステップ６０４に進み、作業機の動作がない場合には、ステップ６０８に進む。
【００５１】
ステップ６０４では、油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒの吐出流量に不足が生じるか否かが判定される。この判定は、例えば油圧ポンプ１０Ｌの吐出圧を測定する圧力センサＳ５、及び、油圧ポンプ１０Ｒの吐出圧を測定する圧力センサＳ６の出力に基づいて実行されてもよい。例えば、油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒの吐出圧が所定の閾値Ｐ＿ｔｈ以下であるか否かが判定されてもよい。所定の閾値Ｐ＿ｔｈは、上述の応答遅れが生じる際の油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒの吐出圧に対応してよく、試験等により適合されてもよい。この場合、上述の応答遅れが生じる際の油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒの吐出圧は、各種アクチュエータに応じて異なりうるので、操作されたアクチュエータ（ステップ６０２にて判断）に応じて所定の閾値Ｐ＿ｔｈが可変されてもよい。また、所定の閾値Ｐ＿ｔｈは、現在設定されているエンジン回転数Ｎｅ＿ｓｅｔに応じて可変されてもよい。これは、上述の応答遅れが生じる際の油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒの吐出圧は、現在のエンジン回転数Ｎｅ＿ｓｅｔに依存して変化しうるためである。また、油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒの吐出流量に不足が生じるか否かは、油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒの吐出圧（油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒと切換弁１１Ｌ，１１Ｒとの間の圧力）に代えて、各種アクチュエータとその切換弁との間の圧力を検出することで判定されてもよい。このような圧力が低下した場合も、油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒの吐出流量が不足すると判断できるためである。油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒの吐出流量に不足が生じると判定した場合は、ステップ６０６に進み、油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒの吐出流量に不足が生じないと判定した場合は、ステップ６０８に進む。
【００５２】
ステップ６０６では、目標エンジン回転数Ｎｅ＿ｔａｒｇｅｔが所定の閾値Ｎｅ＿ｔｈに設定される。これにより、エンジン回転数が所定の閾値Ｎｅ＿ｔｈまで上昇される。ここで、所定の閾値Ｎｅ＿ｔｈとは、上述の応答遅れの原因となるような油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒの吐出流量の不足を起こさないエンジン回転数である。従って、ステップ６０６によりエンジン回転数が所定の閾値Ｎｅ＿ｔｈまで上昇されることで、上述の如く、上述の応答遅れが防止される。尚、目標エンジン回転数Ｎｅ＿ｔａｒｇｅｔが所定の閾値Ｎｅ＿ｔｈに設定される状態は、その後、ステップ６０２で否定判定されるまで維持される。即ち操作が終了した段階で、目標エンジン回転数Ｎｅ＿ｔａｒｇｅｔが現在設定されているエンジン回転数Ｎｅ＿ｓｅｔに戻される。
【００５３】
ステップ６０８では、目標エンジン回転数Ｎｅ＿ｔａｒｇｅｔが現在設定されているエンジン回転数Ｎｅ＿ｓｅｔに維持される。このように図６に示す処理によれば、ステップ６００で否定判定された場合でも、ステップ６０２，６０４，６０６のいずれかで否定判定された場合には、上述の応答遅れが生じないと判断され、目標エンジン回転数Ｎｅ＿ｔａｒｇｅｔが現在設定されているエンジン回転数Ｎｅ＿ｓｅｔに維持される。
【００５４】
尚、図６に示す例では、油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒの吐出流量に不足が生じるか否かを判定することで、現時点より先に油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒの吐出流量に不足が生じる状態を予測するものであった。かかる構成によれば、上述の応答遅れを事前に防止することができる。しかしながら、油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒの吐出流量に不足が現に生じている状態を検出する構成であってもよい。この場合には、実際に油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒの吐出流量に不足が生じた場合にだけ、エンジン回転数が上昇されることになる。
【００５５】
以上説明した本実施例の建設機械１によれば、とりわけ、以下のような優れた効果が奏される。
【００５６】
上述の如く、本実施例によれば、油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒからアクチュエータ（ブームシリンダ７、アームシリンダ８等）への圧油の供給流量の不足が検出又は予測された場合に、油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒに接続されるエンジンの回転数を増加されるので、メータアウト絞りの開度を大きくした場合でも、圧油の供給流量の不足に起因した応答遅れを効果的に防止することができる。これにより、メータアウト絞りの開度を大きく設定することが可能であり、エンジン高回転時の吐出流量が不足しない状況下では、余分なエネルギーが消費されるのを防止することが可能である。
【００５７】
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
【００５８】
例えば、図６に示す例では、油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒがエンジンに連結されている構成を想定し、エンジンの回転数を上昇させることで圧油の供給流量の不足を防止している。しかしながら、油圧ポンプ１０Ｌ及び／又は１０Ｒが、エンジンとは切り離された電動モータにより駆動される場合、エンジンの回転数に代えて又は加えて、電動モータの回転数を同様に増加させればよい。
【符号の説明】
【００５９】
１ 建設機械
２ 下部走行体
３ 上部旋回体
４ ブーム
５ アーム
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
１０Ｌ、１０Ｒ 油圧ポンプ
１１Ｌ、１１Ｒ 切換弁
１２Ｌ、１２Ｒ 切換弁
１３Ｌ、１３Ｒ 切換弁
１４ 切換弁
１５Ｌ、１５Ｒ 切換弁
２０Ｌ、２０Ｒ ネガティブコントロール絞り
２２ タンク
３０Ｌ、３０Ｒ センターバイパス管路
３２Ｌ、３２Ｒ 制御圧管路
４０Ｌ、４０Ｒ 油圧ポンプ用レギュレータ
４１Ｌ、４１Ｒ 傾転アクチュエータ
４２Ｌ、４２Ｒ 走行用油圧モータ
４４ 旋回用油圧モータ
５０ アーム操作レバー
５２ コントロールポンプ
５３Ｌ、５３Ｒ 全馬力制御部
５４ メインコントローラ
５５，５７ 電磁比例弁
５６ ブーム操作レバー
６０Ｒ スプール弁機構
６１Ｌ、６１Ｒ ネガコン制御部
１００ 油圧ポンプ制御装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクチュエータの操作を検出する操作検出手段と、
油圧ポンプから前記アクチュエータへの圧油の供給流量の不足を検出又は予測する流量不足検出／予測手段と、
前記アクチュエータの操作が検出され、且つ、前記油圧ポンプから前記アクチュエータへの圧油の供給流量の不足が検出又は予測された場合に、前記油圧ポンプに接続されるエンジン又はモータの回転数を増加させる制御手段とを備えることを特徴とする、建設機械。
【請求項２】
前記制御手段は、エンジンがアイドル回転数で動作している状況下で、前記アクチュエータの操作が検出され、且つ、前記油圧ポンプから前記アクチュエータへの圧油の供給流量の不足が検出又は予測された場合に、前記油圧ポンプに接続されるエンジンの回転数を増加させる、請求項１に記載の建設機械。
【請求項３】
前記流量不足検出／予測手段は、前記油圧ポンプの吐出圧が所定閾値を下回った場合に、前記油圧ポンプから前記アクチュエータへの圧油の供給流量の不足を検出又は予測する、請求項１又は２に記載の建設機械。
【請求項４】
エンジンがアイドル回転数で動作している状況下で、アクチュエータの操作を検出するステップと、
前記アクチュエータの操作が検出された場合に、油圧ポンプから前記アクチュエータへの圧油の供給流量の不足を検出又は予測するステップと、
前記油圧ポンプから前記アクチュエータへの圧油の供給流量の不足が検出又は予測された場合に、前記油圧ポンプに接続されるエンジンの回転数を増加させるステップとを含む、建設機械の制御方法。
【請求項１】
アクチュエータの操作を検出する操作検出手段と、
油圧ポンプから前記アクチュエータへの圧油の供給流量の不足を検出又は予測する流量不足検出／予測手段と、
前記アクチュエータの操作が検出され、且つ、前記油圧ポンプから前記アクチュエータへの圧油の供給流量の不足が検出又は予測された場合に、前記油圧ポンプに接続されるエンジン又はモータの回転数を増加させる制御手段とを備えることを特徴とする、建設機械。
【請求項２】
前記制御手段は、エンジンがアイドル回転数で動作している状況下で、前記アクチュエータの操作が検出され、且つ、前記油圧ポンプから前記アクチュエータへの圧油の供給流量の不足が検出又は予測された場合に、前記油圧ポンプに接続されるエンジンの回転数を増加させる、請求項１に記載の建設機械。
【請求項３】
前記流量不足検出／予測手段は、前記油圧ポンプの吐出圧が所定閾値を下回った場合に、前記油圧ポンプから前記アクチュエータへの圧油の供給流量の不足を検出又は予測する、請求項１又は２に記載の建設機械。
【請求項４】
エンジンがアイドル回転数で動作している状況下で、アクチュエータの操作を検出するステップと、
前記アクチュエータの操作が検出された場合に、油圧ポンプから前記アクチュエータへの圧油の供給流量の不足を検出又は予測するステップと、
前記油圧ポンプから前記アクチュエータへの圧油の供給流量の不足が検出又は予測された場合に、前記油圧ポンプに接続されるエンジンの回転数を増加させるステップとを含む、建設機械の制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−２１９６５３（Ｐ２０１２−２１９６５３Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８３６８０（Ｐ２０１１−８３６８０）
【出願日】平成２３年４月５日（２０１１．４．５）
【出願人】（５０２２４６５２８）住友建機株式会社 (346)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月５日（２０１１．４．５）
【出願人】（５０２２４６５２８）住友建機株式会社 (346)
【Ｆターム（参考）】
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