油圧駆動制御装置およびそれを具備する油圧ショベル
目標とする出力トルク点においてエンジンを安定的に運転させることができるとともに、軽負荷時における作業速度の低下を防止することができ、また低燃費化をも図ることのできる油圧駆動制御装置およびそれを具備する油圧ショベルを提供する。 エンジン制御装置２３はエンジン１６の出力特性がマッチング点Ｍ３に対応するエンジン回転数Ｎ３を含む所定のエンジン回転数領域（Ｎ２〜Ｎ６）で等馬力特性または略等馬力特性となるようにエンジン１６の出力を制御するとともに、油圧ポンプ吸収トルク制御装置２７は、エンジン回転数の増減に伴い油圧ポンプ１７の吸収トルクを増減させてマッチング点Ｍ３に対応するエンジン１６の出力トルクＴ３と油圧ポンプ１７の吸収トルクとを一致させるように油圧ポンプ１７の吸収トルクを制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作業機械の油圧駆動系を制御する油圧駆動制御装置およびそれを具備する油圧ショベルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンにより駆動される油圧ポンプと、この油圧ポンプから吐出される圧油により作動される油圧アクチュエータとを備え、作業モードに応じてエンジンの出力特性を設定し、かつその設定されたエンジン出力特性に対応させて油圧ポンプの特性を制御するように構成される油圧駆動制御装置およびそれを具備する油圧ショベルが知られている（例えば、特許文献１参照。）。ここで、この特許文献１にて提案されている油圧駆動制御装置においては、ポンプ負荷によるエンジン回転数変動を、エンジン回転数センサからの実エンジン回転数信号と、燃料ダイヤルに付設のポテンショメータからのスロットル信号とで検出し、コントローラがそれら信号を受けて演算し、その結果をＴＶＣ（トルク・バリアブル・コントロール）弁へ信号として送り、かかるＴＶＣ弁による油圧ポンプの吐出油量の制御により、エンジンの出力トルクと油圧ポンプの吸収トルクとを常に最適にマッチングさせるようにされている。また、ポンプ負荷が過大になり、エンジン回転数が低下すると、所謂エンジン回転センシング制御によって油圧ポンプの吐出油量を減少させることにより、定格出力点に対応するエンジン回転数に実エンジン回転数を瞬時に復帰させて、油圧ポンプがエンジンの最大馬力を安定的に吸収して高効率で作業が行えるようにされている。
【０００３】
【特許文献１】特開平２−３８６３０号公報
【０００４】
この種の従来の油圧駆動制御装置において、例えば、スピードとパワーの両方が必要とされる作業に対応させるべく設定されたアクティブモードでは、図８に示されるように、エンジンの設定エンジン回転数（無負荷最高回転数）がＮ７に設定され、これにより、レギュレーションラインＲ１を有するエンジン出力トルク特性ラインＥＬ１が設定される。このアクティブモードにおいては、エンジンの出力が最大となる出力トルク点Ｍ４（以下、「マッチング点Ｍ４」と称する。）での出力トルク値Ｔ４を油圧ポンプが吸収するように油圧ポンプ吸収トルク特性ラインＰＬ１が設定され、これにより、エンジンの出力トルクと油圧ポンプの吸収トルクとをマッチング点Ｍ４において一致させるようにされている。一方、燃費の低減を図りつつ通常の掘削作業に対応させるべく設定されたエコノミーモードでは、同図に示されるように、設定エンジン回転数（無負荷最高回転数）がアクティブモードにおける設定エンジン回転数Ｎ７よりも所定回転数だけ低いエンジン回転数Ｎ５に設定され、これにより、前記レギュレーションラインＲ１よりも低速側に設定されるレギュレーションラインＲ５０を有するエンジン出力トルク特性ラインＥＬ５０が設定される。このエコノミーモードでは、エンジンの燃費効率が比較的高い、言い換えればエンジンの燃料消費率（ｇ／ｋｗ・ｈ）が比較的低い出力トルク点Ｍ３（以下、「マッチング点Ｍ３」と称する。）に対応する出力トルク値Ｔ３を油圧ポンプが吸収してエンジンを効率良く運転させるために、その油圧ポンプの吸収トルクを等馬力特性ラインＰＬ５０に沿って制御するようにされ、エンジンの出力トルクと油圧ポンプの吸収トルクとをマッチング点Ｍ３において一致させることができるようにされている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記従来の油圧駆動制御装置では、アクティブモードからエコノミーモードに切り替えることで省燃費化を図ることができるものの、かかるモードの切り替えにより設定エンジン回転数がＮ７からＮ５に低下するために、軽負荷作業時において油圧ポンプの吐出油量がその低下した設定エンジン回転数の差分（Ｎ７−Ｎ５）に比例して減少してしまい、作業速度が遅くなるという問題点がある。また、急激な負荷変動があった場合、エンジンの出力トルクと油圧ポンプの吸収トルクとがマッチング点Ｍ３において安定的に一致するまでに、等馬力特性ラインＰＬ５０とエンジン出力トルク特性ラインＥＬ５０とで囲まれる部分（図８中においてハッチングで示される部分）の面積に相当するエンジン出力が余分に出力されるため、無駄な燃料消費がなされるという問題点がある。また、特にマッチング点Ｍ３近傍のエンジン回転数領域において、等馬力特性ラインＰＬ５０およびエンジン出力トルク特性ラインＥＬ５０が、エンジン回転数の増減変化に対し油圧ポンプの吸収トルクおよびエンジンの出力トルクをそれぞれ減増させるといった具合に、互いに同特性となっているために、油圧ポンプの吸収トルクを等馬力特性ラインＰＬ５０に沿うように制御しても、かかる制御ではエンジンの出力トルクと油圧ポンプの吸収トルクとをマッチング点Ｍ３において一致させる上での精度および安定性に問題があり、このため、目標とする出力トルク点、つまりマッチング点Ｍ３においてエンジンを安定的に運転させることが難しいという問題点がある。
【０００６】
本発明は、このような問題点を解消するためになされたもので、目標とする出力トルク点においてエンジンを安定的に運転させることができるとともに、軽負荷時における作業速度の低下を防止することができ、また低燃費化をも図ることのできる油圧駆動制御装置およびそれを具備する油圧ショベルを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、
エンジンと、このエンジンにより駆動される油圧ポンプと、この油圧ポンプから吐出される圧油により作動される油圧アクチュエータと、前記エンジンの出力を制御するエンジン制御手段と、前記油圧ポンプの吸収トルクを制御する油圧ポンプ吸収トルク制御手段とを備える油圧駆動制御装置において、
前記エンジンの出力トルクと前記油圧ポンプの吸収トルクとを一致させるマッチング点を作業内容に応じて予め定め、前記エンジン制御手段は、前記エンジンの出力特性が、前記マッチング点に対応するエンジン回転数を含む所定のエンジン回転数領域で等馬力特性または略等馬力特性となるように前記エンジンの出力を制御するとともに、前記油圧ポンプ吸収トルク制御手段は、エンジン回転数の増減に伴い前記油圧ポンプの吸収トルクを増減させて前記マッチング点に対応する前記エンジンの出力トルクと前記油圧ポンプの吸収トルクとを一致させるように前記油圧ポンプの吸収トルクを制御することを特徴とするものである。
【０００８】
第１発明において、前記エンジンの出力トルクとエンジン回転数との関係を記憶する記憶手段と、前記エンジンの実エンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段とが設けられ、前記エンジン制御手段は、前記記憶手段に記憶されている前記エンジンの出力トルクとエンジン回転数との関係と、前記エンジン回転数検出手段により検出される実エンジン回転数とから、前記エンジンに出力させるべきトルク値を求め、この求められたトルク値に基づいて前記エンジンの出力を制御するのが好ましい（第２発明）。
【０００９】
次に、第３発明による油圧ショベルは、
第１発明または第２発明に係る油圧駆動制御装置を具備することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
第１発明においては、エンジンの出力トルクと油圧ポンプの吸収トルクとを一致させるマッチング点が作業内容に応じて予め設定される。また、エンジンの出力トルク特性は、エンジン制御手段によるエンジンの出力制御により、マッチング点に対応するエンジン回転数を含む所定のエンジン回転数領域においてエンジン回転数の増加／減少に伴いエンジンの出力トルクを等馬力特性または略等馬力特性に従って減少／増加させる特性とされる。一方、油圧ポンプの吸収トルク特性は、油圧ポンプ吸収トルク制御手段による油圧ポンプの吸収トルク制御により、マッチング点に対応するエンジンの出力トルクと、油圧ポンプの吸収トルクとを一致させ、かつエンジン回転数の増減に伴い油圧ポンプの吸収トルクを増減させる特性とされる。したがって、エンジンの出力トルク特性と油圧ポンプの吸収トルク特性とがマッチング点において交差されることになる。このように、エンジン回転数の変化に感応し、かつそのエンジン回転数の変化に対して互いに逆特性を成すエンジン出力トルク特性および油圧ポンプ吸収トルク特性がマッチング点において交差されることにより、作業負荷の高まりに応じてエンジンの出力トルクがマッチング点に向けて増加傾向にある場合、マッチング点に対応するエンジン回転数にエンジンの実回転数が収束されることになる。この際、エンジンの出力トルクはエンジンそれ自身の等馬力特性または略等馬力特性に従って変化されるので、エンジン回転数の変動に対してエンジンの出力トルクの変動が緩やかなものになる。したがって、エンジンの出力トルクと油圧ポンプの吸収トルクとがマッチング点において正確かつ安定的に一致されるので、目標とする出力トルク点、つまりマッチング点においてエンジンを安定的に運転させることができる。さらに、マッチング点に対応するエンジン回転数に実エンジン回転数が収束される際には、エンジンの出力がそのマッチング点において必要とされるエンジン出力に保たれるから、エンジンが出力過剰に陥ることはない。したがって、低燃費化を図ることができる。
【００１１】
また、第１発明においては、エンジンの出力トルクと油圧ポンプの吸収トルクとがマッチング点で一致されている状態で作業負荷が減少傾向に転じると、実エンジン回転数は一旦エンジンそれ自身の等馬力特性または略等馬力特性に従って増加され、更に作業負荷が減少すると、実エンジン回転数は無負荷最高回転数（設定エンジン回転数）に向けて上昇される。このため、等馬力特性または略等馬力特性によるエンジン回転数の増分を見込んで設定エンジン回転数を比較的高く設定することが可能になるので、軽負荷時における作業速度の低下を防止することができる。
【００１２】
第２発明の構成を採用することにより、エンジンの出力制御の自由度を向上させることができる。
【００１３】
第３発明によれば、目標とする出力トルク点、つまりマッチング点においてエンジンを安定的に運転させることができるとともに、軽負荷時における作業速度の低下を防止することができ、また低燃費化をも図ることのできる油圧ショベルを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は本発明の一実施形態に係る油圧ショベルの側面図である。
【図２】図２は本実施形態における油圧駆動制御装置の概略システム構成図である。
【図３】図３はアクティブモード時におけるエンジン出力トルク特性マップである。
【図４】図４はエコノミーモード時におけるエンジン出力トルク特性マップである。
【図５】図５は油圧ポンプ吸収トルク特性マップである。
【図６】図６はアクティブモード時におけるエンジン出力トルク特性と油圧ポンプ吸収トルク特性との関係を表わす図である。
【図７】図７はエコノミーモード時におけるエンジン出力トルク特性と油圧ポンプ吸収トルク特性との関係を表わす図である。
【図８】図８は従来の油圧駆動制御装置に係るエンジン出力トルク特性と油圧ポンプ吸収トルク特性との関係を表わす図である。
【符号の説明】
【００１５】
１ 油圧ショベル
２ａ 走行用油圧モータ
２ｂ 走行装置
３ 旋回装置
３ａ 旋回用油圧モータ
５ 作業機
１０ ブームシリンダ
１１ アームシリンダ
１２ バケットシリンダ
１５ 油圧駆動制御装置
１６ エンジン
１７ 油圧ポンプ
１９ 燃料噴射装置
２０ コントローラ
２０ａ 記憶装置
２１ 燃料ダイヤル
２１ａ ポテンショメータ
２２ エンジン回転数センサ
２３ エンジン制御装置
２７ 油圧ポンプ吸収トルク制御装置
Ｍ３ マッチング点（エコノミーモード）
Ｍ４ マッチング点（アクティブモード）
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に、本発明による油圧駆動制御装置およびそれを具備する油圧ショベル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。
【００１７】
図１には、本発明の一実施形態に係る油圧ショベルの側面図が示されている。また、図２には、本実施形態における油圧駆動制御装置の概略システム構成図が示されている。
【００１８】
本実施形態の油圧ショベル１は、図１に示されるように、走行用油圧モータ２ａにより駆動される走行装置２ｂを備えてなる下部走行体２と、旋回用油圧モータ３ａにより駆動される旋回装置３と、この旋回装置３を介して前記下部走行体２上に配される上部旋回体４と、この上部旋回体４の前部中央位置に取着される作業機５と、その上部旋回体４の前部左方位置に設けられる運転室６を備えて構成されている。前記作業機５は、上部旋回体４側から順にブーム７、アーム８およびバケット９がそれぞれ回動可能に連結されてなり、これらブーム７、アーム８およびバケット９のそれぞれに対応するように油圧シリンダ（ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１およびバケットシリンダ１２）が配置されている。
【００１９】
この油圧ショベル１に具備される油圧駆動制御装置１５は、図２に示されるように、ディーゼル式のエンジン１６と、このエンジン１６により駆動される油圧ポンプ（可変容量型斜板式ピストンポンプ）１７と、前記運転室６内に設置されるモニタパネル１８を備えている。
【００２０】
前記エンジン１６には、蓄圧（コモンレール）式の燃料噴射装置１９が付設されている。この燃料噴射装置１９は、それ自体公知のものであって、図示による説明は省略するが、燃料圧送ポンプによりコモンレール室に燃料を蓄圧し、電磁弁の開閉によりインジェクタから燃料を噴射する方式のものであり、コントローラ２０から前記電磁弁への駆動信号（指令電流）により燃料噴射特性が決定され、エンジン１６の低速域から高速域まで任意の噴射特性を得ることができるようにされている。本実施形態では、燃料噴射装置１９、コントローラ２０および各種センサ類を含む機器にて所謂電子制御噴射システムが構築されており、かかる電子制御噴射システムでは、目標噴射特性をデジタル値でマップ化することにより、図３および図４のそれぞれに示されるようなエンジン出力トルク特性を得ることができるようにされている。
【００２１】
ここで、エンジン１６のスロットル量を設定するために燃料ダイヤル２１が設けられ、この燃料ダイヤル２１に付設されるポテンショメータ２１ａからのスロットル信号はコントローラ２０に入力される。また、エンジン１６の実エンジン回転数はエンジン回転数センサ（本発明における「エンジン回転数検出手段」に相当する。）２２にて検出され、その検出信号はコントローラ２０に入力される。また、図３において記号ＥＬ１のラインで示されるエンジン出力トルク特性では、設定エンジン回転数（無負荷最高回転数）がＮ７とされ、エンジン回転数Ｎ４と出力トルク値Ｔ４とで特定される出力トルク点Ｍ４においてエンジン１６の出力（馬力）が最大となり、エンジン回転数がＮ１のときに最大出力トルク値Ｔ１となり、エンジン回転数Ｎ４をやや超えてから設定エンジン回転数Ｎ７までの間のエンジン回転数領域おいてレギュレーションラインＲ１が設定されている。一方、図４において記号ＥＬ２のラインで示されるエンジン出力トルク特性では、設定エンジン回転数（無負荷最高回転数）がＮ７とされ、エンジン回転数がＮ３のときの出力トルク値がＴ３とされ、エンジン回転数Ｎ３を含む所定のエンジン回転数領域（Ｎ２〜Ｎ６）においてエンジン回転数の変化に対しエンジン出力を略一定に保つようにエンジン出力トルクを変化させる特性の等馬力特性ラインＴＬが設定され、エンジン回転数Ｎ６から設定エンジン回転数Ｎ７までの間のエンジン回転数領域において前記レギュレーションラインＲ１と基本的に同様のレギュレーションラインＲ１′が設定されている。なお、ここで、燃料噴射装置１９、コントローラ２０、ポテンショメータ２１ａおよびエンジン回転数センサ２２を含んでなるエンジン制御装置２３が本発明における「エンジン制御手段」に相当する。
【００２２】
前記油圧ポンプ１７は、図２に示されるように、コントロールバルブ２４を介して各油圧アクチュエータ（走行用油圧モータ２ａ、旋回用油圧モータ３ａ、ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１およびバケットシリンダ１２）２５に接続されている。また、このコントロールバルブ２４においては、運転室６内に配される各種操作レバー２６の操作により所定の油路切換動作が行われるようにされており、運転者によるそれら操作レバー２６の所定の操作にて下部走行体２の走行動作や、上部旋回体４の旋回動作、作業機５の屈曲起伏動作が行われるようになっている。
【００２３】
前記油圧ポンプ１７には、油圧ポンプ吸収トルク制御装置（本発明における「油圧ポンプ吸収トルク制御手段」に相当する。）２７が付設されている。この油圧ポンプ吸収トルク制御装置２７は、油圧ポンプ１７の斜板の傾転角を調整するサーボ弁２８に対して圧油を供給する油圧回路中に、作業負荷〔油圧作動部（走行装置２ｂ、旋回装置３、作業機５）に係わる負荷〕を感知し吐出油量を制御するロードセンシング弁２９（以下、「ＬＳ弁２９」という。）と、作業負荷がエンジン馬力（ポンプ出力）を超えないように制御するパワーコントロール弁３０（以下、「ＰＣ弁３０」という。）と、コントローラ２０からの指令電流を受けてその指令電流に応じたパイロット圧を前記ＬＳ弁２９に付与して油圧ポンプ１７の吐出油量の大きさを決定する電磁比例制御弁３１（以下、「ＬＳ−ＥＰＣ弁３１」という。）と、コントローラ２０からの指令電流を受けてその指令電流に応じたパイロット圧を前記ＰＣ弁３０に付与して油圧ポンプ１７の吸収トルクを制御する電磁比例制御弁３２（以下、「ＰＣ−ＥＰＣ弁３２」という。）とが組み込まれて構成されている。なお、前記ＬＳ−ＥＰＣ弁３１およびＰＣ−ＥＰＣ弁３２には、それぞれ、油圧ポンプ１７とコントロールバルブ２４との間の流路に介挿される自己圧減圧弁３３によって調圧された圧油が供給されるようになっている。
【００２４】
ここで、前記ＬＳ弁２９は、油圧ポンプ１７の吐出圧（自己圧）ＰＰとコントロールバルブ２４の出口圧力ＰＬＳとの差圧ΔＰＬＳ（＝ＰＰ−ＰＬＳ；以下、「ＬＳ差圧」と称する。）により、油圧ポンプ１７の吐出油量Ｑを制御する。このＬＳ弁２９には、油圧ポンプ１７の吐出圧ＰＰ、コントロールバルブ２４の出口圧力ＰＬＳ、およびＬＳ−ＥＰＣ弁３１からのパイロット圧が入力され、ＬＳ差圧ΔＰＬＳと吐出油量Ｑとの関係は、コントローラ２０のＬＳ−ＥＰＣ弁３１に対する指令電流値に応じて変化されるようになっている。一方、前記ＰＣ弁３０は、油圧ポンプ１７の吐出圧ＰＰが高いときには、コントロールバルブ２４の操作ストロークがいかに増大しても、吐出圧ＰＰに応じて所定の流量以上は流れないように制御して、油圧ポンプ１７が吸収している馬力がエンジン１６の馬力を超えないように等馬力制御を行う弁である。つまり、作業中負荷が大きくなり油圧ポンプ１７の吐出圧ＰＰが上昇すると、油圧ポンプ１７の吐出油量Ｑを減少させる、一方、油圧ポンプ１７の吐出圧ＰＰが低下すると、油圧ポンプ１７の吐出油量Ｑを増加させる。この場合、油圧ポンプ１７の吐出圧ＰＰと油圧ポンプ１７の吐出油量Ｑとの関係は、コントローラ２０からＰＣ−ＥＰＣ弁３２に与えられる指令電流値をパラメータとして変化されるようになっている。
【００２５】
また、コントローラ２０は、エンジン回転数センサ２２により実エンジン回転数をセンシングし、作業負荷の増大により実エンジン回転数が低下すると、油圧ポンプ１７の吐出油量を減少させてエンジン回転数を回復させるような機能を持っている。すなわち、作業負荷が増大し実エンジン回転数が設定値よりも低下すると、コントローラ２０からのＰＣ−ＥＰＣ弁３２への指令電流がエンジン回転数の低下量に応じて増大し、油圧ポンプ１７の斜板角が減少する。要するに、油圧ポンプ吸収トルク制御装置２７は、油圧ポンプ１７の吸収トルクが所定値に到達し更に増加傾向にある場合に、油圧ポンプ１７の吸収トルクをエンジン１６の設定エンジン回転数（無負荷最高回転数）と実エンジン回転数との偏差の増加／減少に応じて減少／増加させる、つまり油圧ポンプ１７の吸収トルクをエンジン回転数の増加／減少に伴い増加／減少する。
【００２６】
こうして、油圧ポンプ吸収トルク制御装置２７による油圧ポンプ１７の吸収トルクの制御により、油圧ポンプ１７の吸収トルク特性が、例えば、後述するマッチング点Ｍ４に対応するエンジン１６の出力トルクＴ４と、油圧ポンプ１７の吸収トルクとを一致させ、かつエンジン回転数の増減に伴い油圧ポンプ１７の吸収トルクを増減させる特性とされる（図５中記号ＰＬ１で示される油圧ポンプ吸収トルク特性ラインを参照）。また、例えば、油圧ポンプ１７の吸収トルク特性が、後述するマッチング点Ｍ３に対応するエンジン１６の出力トルクＴ３と、油圧ポンプ１７の吸収トルクとを一致させ、かつエンジン回転数の増減に伴い油圧ポンプ１７の吸収トルクを増減させる特性とされる（図５中記号ＰＬ２で示される油圧ポンプ吸収トルク特性ラインを参照）。
【００２７】
前記モニタパネル１８には、作業内容に応じて設定されるアクティブモードおよびエコノミーモードの各モードに対応するようにアクティブモード選択スイッチ３４およびエコノミーモード選択スイッチ３５がそれぞれ設けられている。ここで、アクティブモードは、スピードとパワーの両方が必要とされる作業に対応させるべく設定された作業モードであり、一方、エコノミーモードは、燃費の低減を図りつつ通常の掘削作業に対応させるべく設定された作業モードである。
【００２８】
前記コントローラ２０は、各種センサやスイッチ類からの入力信号を変換・整形する入力インターフェイス（図示省略）と、決められた手順に従って入力データの算術演算または論理演算を行うマイクロコンピュータ（図示省略）と、その演算結果をアクチュエータ駆動信号に変換し更にそのアクチュエータ駆動信号を電力増幅したものを指令電流として出力する出力インターフェイス（図示省略）と、記憶装置（本発明における「記憶手段」に相当する。）２０ａとを備えて構成されている。前記記憶装置２０ａは、主に、所定プログラムや各種テーブル、各種マップ等を記憶する読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）と、所定プログラムを実行するに必要なワーキングメモリとしての書き込み可能メモリ（ＲＡＭ）とより構成されている。この記憶装置２０ａには、例えば、図３において記号ＥＬ１のラインで示されるエンジン出力トルク特性のマップデータや、図４において記号ＥＬ２のラインで示されるエンジン出力トルク特性のマップデータ、図５において記号ＰＬ１のラインで示される油圧ポンプ吸収トルク特性のマップデータ、図５において記号ＰＬ２のラインで示される油圧ポンプ吸収トルク特性のマップデータなどが記憶されている。
【００２９】
このコントローラ２０には、前記各種作業モード選択スイッチ３４，３５のＯＮ操作により出力される各種作業モード選択信号が入力されるようになっている。そして、コントローラ２０は、例えば、作業モード選択スイッチ３４のＯＮ操作によってアクティブモードが選択されるとともに、燃料ダイヤル２１によってスロットル量がフルに設定されている場合、記憶装置２０ａに記憶されている図３に示されるエンジン出力トルク特性マップを読み出し、この図３に示されるエンジン出力トルク特性マップと、エンジン回転数センサ２２により検出される実エンジン回転数とから、エンジン１６に出力させるべきトルク値を求め、この求められたトルク値に基づいて燃料噴射装置１９に噴射させるべき燃料噴射量を求め、この求められた燃料噴射量を満足するような駆動信号（指令電流）を燃料噴射装置１９における電磁弁に向けて出力する。また、コントローラ２０は、例えば、作業モード選択スイッチ３５のＯＮ操作によってエコノミーモードが選択されるとともに、燃料ダイヤル２１によってスロットル量がフルに設定されている場合、記憶装置２０ａに記憶されている図４に示されるエンジン出力トルク特性マップを読み出し、この図４に示されるエンジン出力トルク特性マップと、エンジン回転数センサ２２により検出される実エンジン回転数とから、エンジン１６に出力させるべきトルク値を求め、この求められたトルク値に基づいて燃料噴射装置１９に噴射させるべき燃料噴射量を求め、この求められた燃料噴射量を満足するような駆動信号（指令電流）を燃料噴射装置１９における電磁弁に向けて出力する。
【００３０】
また、コントローラ２０は、作業モード選択スイッチ３４のＯＮ操作によってアクティブモードが選択されると、記憶装置２０ａに記憶されている図５において記号ＰＬ１のラインで示される油圧ポンプ吸収トルク特性マップを読み出し、この図５において記号ＰＬ１のラインで示される油圧ポンプ吸収トルク特性マップと、エンジン回転数センサ２２により検出される実エンジン回転数とに基づいて、ＰＣ−ＥＰＣ弁３２に対する指令電流を制御して油圧ポンプ１７の斜板角を調整する。また、コントローラ２０は、作業モード選択スイッチ３５のＯＮ操作によってエコノミーモードが選択されると、記憶装置２０ａに記憶されている図５において記号ＰＬ２のラインで示される油圧ポンプ吸収トルク特性マップを読み出し、この図５において記号ＰＬ２のラインで示される油圧ポンプ吸収トルク特性マップと、エンジン回転数センサ２２により検出される実エンジン回転数とに基づいて、ＰＣ−ＥＰＣ弁３２に対する指令電流を制御して油圧ポンプ１７の斜板角を調整する。
【００３１】
次に、前記各作業モードにおける油圧駆動制御装置１５の作動について、図６および図７を用いて以下に説明する。なお、以下の説明では、燃料ダイヤル２１によってエンジン１６のスロットル量がフルに設定されているものとする。
【００３２】
（アクティブモードが選択された場合：図６参照）
運転者がアクティブモード選択スイッチ３４をＯＮすると、図６に示されるように、レギュレーションラインＲ１を有するエンジン出力トルク特性ラインＥＬ１が設定される。また、エンジン１６の出力が最大となる出力トルク点においてエンジン１６の出力トルクと油圧ポンプ１７の吸収トルクとを一致させるべく図６中記号Ｍ４で示されるマッチング点が設定される。また、このマッチング点Ｍ４においてエンジン１６の出力トルクＴ４と油圧ポンプの吸収トルクとを一致させる油圧ポンプ吸収トルク特性ラインＰＬ１が設定される。
【００３３】
このアクティブモードが選択されている状態において、作業負荷が軽く油圧ポンプ１７の吐出圧（負荷圧）が低い間は、エンジン１６が、その負荷の大きさに応じてエンジン出力トルク特性ラインＥＬ１におけるレギュレーションラインＲ１の線上で運転される。作業負荷が増大し油圧ポンプ１７の負荷圧が高まると、遂にはエンジン１６の出力が最大となるマッチング点Ｍ４においてエンジン１６の出力トルクＴ４と油圧ポンプ１７の吸収トルクとが一致され、油圧ポンプ１７がエンジン１６の最大馬力を吸収して作業が行われる。こうして、スピードとパワーの両方が必要とされる作業を良好に行うことができる。
【００３４】
（エコノミーモードが選択された場合：図７参照）
運転者がエコノミーモード選択スイッチ３５をＯＮすると、図７に示されるように、エンジン１６の設定エンジン回転数が前述のアクティブモード時と同様にＮ７に設定される。また、エンジン１６の出力トルクと油圧ポンプ１７の吸収トルクとを一致させるべく図７中記号Ｍ３で示されるマッチング点が設定され、このマッチング点Ｍ３に対応するエンジン回転数Ｎ３を含む所定のエンジン回転数領域（Ｎ２〜Ｎ６）において、エンジン回転数の変化に対しエンジン出力を略一定に保つようにエンジン１６の出力トルクを変化させる特性の等馬力特性ラインＴＬが設定される。こうして、エンジン回転数がＮ２からＮ６においては等馬力特性ラインＴＬに従って出力トルクが変化し、エンジン回転数がＮ６からＮ７までは前記レギュレーションラインＲ１と基本的に同特性のレギュレーションラインＲ１′に従って出力トルクが変化する特性のエンジン出力トルク特性ラインＥＬ２が設定される。また、このエコノミーモードにおいては、マッチング点Ｍ３に対応するエンジン１６の出力トルクＴ３と、油圧ポンプ１７の吸収トルクとを一致させ、かつエンジン回転数の増減に伴い油圧ポンプ１７の吸収トルクを増減させる特性の油圧ポンプ吸収トルク特性ラインＰＬ２が設定される。つまり、エンジン回転数の変化に感応し、かつそのエンジン回転数の変化に対して互いに逆特性を成す油圧ポンプ吸収トルク特性ラインＰＬ２および等馬力特性ラインＴＬがマッチング点Ｍ３において交差される。
【００３５】
このエコノミーモードが選択されている状態において、作業負荷が軽く油圧ポンプ１７の吐出圧（負荷圧）が低い間は、エンジン１６が、その負荷の大きさに応じてエンジン出力トルク特性ラインＥＬ２におけるレギュレーションラインＲ１′の線上で運転される。作業負荷が増大し油圧ポンプ１７の負荷圧が高まると、エンジン１６が、その負荷の大きさに応じてエンジン出力トルク特性ラインＥＬ２における等馬力特性ラインＴＬの線上で運転される。その後、更に作業負荷が増大して油圧ポンプ１７の負荷圧がより高まると、遂にはマッチング点Ｍ３においてエンジン１６の出力トルクと油圧ポンプ１７の吸収トルクとが一致され、エンジン回転数Ｎ３におけるエンジン馬力を油圧ポンプ１７が吸収して作業が行われる。このマッチング点Ｍ３においてエンジン１６の出力トルクと油圧ポンプ１７の吸収トルクとが一致された状態で何らかの外乱により、（１）マッチング点Ｍ３に対応するエンジン回転数Ｎ３から実エンジン回転数が上昇した場合、エンジン１６の出力トルクが減少するので油圧ポンプ１７の吸収トルクに負けて実エンジン回転数が低下する、一方、（２）エンジン回転数Ｎ３から実エンジン回転数が低下した場合、エンジン１６の出力トルクが増加するので油圧ポンプ１７の吸収トルクに勝ってエンジン回転数が上昇することになる。このように、常にマッチング点Ｍ３に戻ろうとする収束力を効果的に働かせることができるので、作業負荷の高まりによりエンジン１６の出力トルクがマッチング点Ｍ３に対応する出力トルク値Ｔ３に向けて増加傾向にある場合、マッチング点Ｍ３に対応するエンジン回転数Ｎ３にエンジン１６の実エンジン回転数が収束されることになる。この際、エンジン１６の出力トルクはエンジン１６それ自身の等馬力特性ラインＴＬに従って変化されるので、エンジン回転数の変動に対してエンジン１６の出力トルクの変動が緩やかなものとなる。したがって、エンジン１６の出力トルクと油圧ポンプ１７の吸収トルクとがマッチング点Ｍ３において正確かつ安定的に合致されることになり、目標とする出力トルク点（マッチング点Ｍ３）においてエンジン１６を安定的に運転させることができる。
【００３６】
本実施形態におけるエコノミーモードでは、作業負荷が増大してエンジン１６の実エンジン回転数がマッチング点Ｍ３に対応するエンジン回転数Ｎ３に収束される際に、エンジン１６が等馬力特性ラインＴＬの線上で運転され、エンジン１６の出力（馬力）がそのマッチング点Ｍ３において必要とされるエンジン出力（エンジン馬力）に保たれるので、エンジン１６が出力過剰に陥ることはない。したがって、当該エコノミーモードによれば、アクティブモードと比較して総量として燃費低減を図ることができる。
【００３７】
また、本実施形態におけるエコノミーモードにおいては、エンジン１６の出力トルクと油圧ポンプ１７の吸収トルクとがマッチング点Ｍ３で一致されている状態で作業負荷が減少傾向に転じると、実エンジン回転数は一旦エンジン１６それ自身の等馬力特性ラインＴＬに従ってＮ３からＮ６にまで増加され、更に作業負荷が減少すると、実エンジン回転数はレギュレーションラインＲ１′に従ってＮ６から設定エンジン回転数Ｎ７に向けて上昇される。このため、従来のエコノミーモードでは、設定エンジン回転数がＮ７よりも所定回転数低いＮ５であるのに対し、本実施形態におけるエコノミーモードでは、等馬力特性ラインＴＬによるエンジン回転数の増分を見込んで、エンジン１６の設定エンジン回転数を前述のアクティブモードでのそれと同じＮ７に設定することが可能になり、軽負荷時における作業速度の低下を防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
油圧ショベルは勿論のこと、その他、ホイールローダ、農業用トラクタ、産業車両など、エンジンを駆動源とする油圧駆動系を備える作業機械の油圧駆動制御装置として利用することできる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作業機械の油圧駆動系を制御する油圧駆動制御装置およびそれを具備する油圧ショベルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンにより駆動される油圧ポンプと、この油圧ポンプから吐出される圧油により作動される油圧アクチュエータとを備え、作業モードに応じてエンジンの出力特性を設定し、かつその設定されたエンジン出力特性に対応させて油圧ポンプの特性を制御するように構成される油圧駆動制御装置およびそれを具備する油圧ショベルが知られている（例えば、特許文献１参照。）。ここで、この特許文献１にて提案されている油圧駆動制御装置においては、ポンプ負荷によるエンジン回転数変動を、エンジン回転数センサからの実エンジン回転数信号と、燃料ダイヤルに付設のポテンショメータからのスロットル信号とで検出し、コントローラがそれら信号を受けて演算し、その結果をＴＶＣ（トルク・バリアブル・コントロール）弁へ信号として送り、かかるＴＶＣ弁による油圧ポンプの吐出油量の制御により、エンジンの出力トルクと油圧ポンプの吸収トルクとを常に最適にマッチングさせるようにされている。また、ポンプ負荷が過大になり、エンジン回転数が低下すると、所謂エンジン回転センシング制御によって油圧ポンプの吐出油量を減少させることにより、定格出力点に対応するエンジン回転数に実エンジン回転数を瞬時に復帰させて、油圧ポンプがエンジンの最大馬力を安定的に吸収して高効率で作業が行えるようにされている。
【０００３】
【特許文献１】特開平２−３８６３０号公報
【０００４】
この種の従来の油圧駆動制御装置において、例えば、スピードとパワーの両方が必要とされる作業に対応させるべく設定されたアクティブモードでは、図８に示されるように、エンジンの設定エンジン回転数（無負荷最高回転数）がＮ７に設定され、これにより、レギュレーションラインＲ１を有するエンジン出力トルク特性ラインＥＬ１が設定される。このアクティブモードにおいては、エンジンの出力が最大となる出力トルク点Ｍ４（以下、「マッチング点Ｍ４」と称する。）での出力トルク値Ｔ４を油圧ポンプが吸収するように油圧ポンプ吸収トルク特性ラインＰＬ１が設定され、これにより、エンジンの出力トルクと油圧ポンプの吸収トルクとをマッチング点Ｍ４において一致させるようにされている。一方、燃費の低減を図りつつ通常の掘削作業に対応させるべく設定されたエコノミーモードでは、同図に示されるように、設定エンジン回転数（無負荷最高回転数）がアクティブモードにおける設定エンジン回転数Ｎ７よりも所定回転数だけ低いエンジン回転数Ｎ５に設定され、これにより、前記レギュレーションラインＲ１よりも低速側に設定されるレギュレーションラインＲ５０を有するエンジン出力トルク特性ラインＥＬ５０が設定される。このエコノミーモードでは、エンジンの燃費効率が比較的高い、言い換えればエンジンの燃料消費率（ｇ／ｋｗ・ｈ）が比較的低い出力トルク点Ｍ３（以下、「マッチング点Ｍ３」と称する。）に対応する出力トルク値Ｔ３を油圧ポンプが吸収してエンジンを効率良く運転させるために、その油圧ポンプの吸収トルクを等馬力特性ラインＰＬ５０に沿って制御するようにされ、エンジンの出力トルクと油圧ポンプの吸収トルクとをマッチング点Ｍ３において一致させることができるようにされている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記従来の油圧駆動制御装置では、アクティブモードからエコノミーモードに切り替えることで省燃費化を図ることができるものの、かかるモードの切り替えにより設定エンジン回転数がＮ７からＮ５に低下するために、軽負荷作業時において油圧ポンプの吐出油量がその低下した設定エンジン回転数の差分（Ｎ７−Ｎ５）に比例して減少してしまい、作業速度が遅くなるという問題点がある。また、急激な負荷変動があった場合、エンジンの出力トルクと油圧ポンプの吸収トルクとがマッチング点Ｍ３において安定的に一致するまでに、等馬力特性ラインＰＬ５０とエンジン出力トルク特性ラインＥＬ５０とで囲まれる部分（図８中においてハッチングで示される部分）の面積に相当するエンジン出力が余分に出力されるため、無駄な燃料消費がなされるという問題点がある。また、特にマッチング点Ｍ３近傍のエンジン回転数領域において、等馬力特性ラインＰＬ５０およびエンジン出力トルク特性ラインＥＬ５０が、エンジン回転数の増減変化に対し油圧ポンプの吸収トルクおよびエンジンの出力トルクをそれぞれ減増させるといった具合に、互いに同特性となっているために、油圧ポンプの吸収トルクを等馬力特性ラインＰＬ５０に沿うように制御しても、かかる制御ではエンジンの出力トルクと油圧ポンプの吸収トルクとをマッチング点Ｍ３において一致させる上での精度および安定性に問題があり、このため、目標とする出力トルク点、つまりマッチング点Ｍ３においてエンジンを安定的に運転させることが難しいという問題点がある。
【０００６】
本発明は、このような問題点を解消するためになされたもので、目標とする出力トルク点においてエンジンを安定的に運転させることができるとともに、軽負荷時における作業速度の低下を防止することができ、また低燃費化をも図ることのできる油圧駆動制御装置およびそれを具備する油圧ショベルを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、
エンジンと、このエンジンにより駆動される油圧ポンプと、この油圧ポンプから吐出される圧油により作動される油圧アクチュエータと、前記エンジンの出力を制御するエンジン制御手段と、前記油圧ポンプの吸収トルクを制御する油圧ポンプ吸収トルク制御手段とを備える油圧駆動制御装置において、
前記エンジンの出力トルクと前記油圧ポンプの吸収トルクとを一致させるマッチング点を作業内容に応じて予め定め、前記エンジン制御手段は、前記エンジンの出力特性が、前記マッチング点に対応するエンジン回転数を含む所定のエンジン回転数領域で等馬力特性または略等馬力特性となるように前記エンジンの出力を制御するとともに、前記油圧ポンプ吸収トルク制御手段は、エンジン回転数の増減に伴い前記油圧ポンプの吸収トルクを増減させて前記マッチング点に対応する前記エンジンの出力トルクと前記油圧ポンプの吸収トルクとを一致させるように前記油圧ポンプの吸収トルクを制御することを特徴とするものである。
【０００８】
第１発明において、前記エンジンの出力トルクとエンジン回転数との関係を記憶する記憶手段と、前記エンジンの実エンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段とが設けられ、前記エンジン制御手段は、前記記憶手段に記憶されている前記エンジンの出力トルクとエンジン回転数との関係と、前記エンジン回転数検出手段により検出される実エンジン回転数とから、前記エンジンに出力させるべきトルク値を求め、この求められたトルク値に基づいて前記エンジンの出力を制御するのが好ましい（第２発明）。
【０００９】
次に、第３発明による油圧ショベルは、
第１発明または第２発明に係る油圧駆動制御装置を具備することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
第１発明においては、エンジンの出力トルクと油圧ポンプの吸収トルクとを一致させるマッチング点が作業内容に応じて予め設定される。また、エンジンの出力トルク特性は、エンジン制御手段によるエンジンの出力制御により、マッチング点に対応するエンジン回転数を含む所定のエンジン回転数領域においてエンジン回転数の増加／減少に伴いエンジンの出力トルクを等馬力特性または略等馬力特性に従って減少／増加させる特性とされる。一方、油圧ポンプの吸収トルク特性は、油圧ポンプ吸収トルク制御手段による油圧ポンプの吸収トルク制御により、マッチング点に対応するエンジンの出力トルクと、油圧ポンプの吸収トルクとを一致させ、かつエンジン回転数の増減に伴い油圧ポンプの吸収トルクを増減させる特性とされる。したがって、エンジンの出力トルク特性と油圧ポンプの吸収トルク特性とがマッチング点において交差されることになる。このように、エンジン回転数の変化に感応し、かつそのエンジン回転数の変化に対して互いに逆特性を成すエンジン出力トルク特性および油圧ポンプ吸収トルク特性がマッチング点において交差されることにより、作業負荷の高まりに応じてエンジンの出力トルクがマッチング点に向けて増加傾向にある場合、マッチング点に対応するエンジン回転数にエンジンの実回転数が収束されることになる。この際、エンジンの出力トルクはエンジンそれ自身の等馬力特性または略等馬力特性に従って変化されるので、エンジン回転数の変動に対してエンジンの出力トルクの変動が緩やかなものになる。したがって、エンジンの出力トルクと油圧ポンプの吸収トルクとがマッチング点において正確かつ安定的に一致されるので、目標とする出力トルク点、つまりマッチング点においてエンジンを安定的に運転させることができる。さらに、マッチング点に対応するエンジン回転数に実エンジン回転数が収束される際には、エンジンの出力がそのマッチング点において必要とされるエンジン出力に保たれるから、エンジンが出力過剰に陥ることはない。したがって、低燃費化を図ることができる。
【００１１】
また、第１発明においては、エンジンの出力トルクと油圧ポンプの吸収トルクとがマッチング点で一致されている状態で作業負荷が減少傾向に転じると、実エンジン回転数は一旦エンジンそれ自身の等馬力特性または略等馬力特性に従って増加され、更に作業負荷が減少すると、実エンジン回転数は無負荷最高回転数（設定エンジン回転数）に向けて上昇される。このため、等馬力特性または略等馬力特性によるエンジン回転数の増分を見込んで設定エンジン回転数を比較的高く設定することが可能になるので、軽負荷時における作業速度の低下を防止することができる。
【００１２】
第２発明の構成を採用することにより、エンジンの出力制御の自由度を向上させることができる。
【００１３】
第３発明によれば、目標とする出力トルク点、つまりマッチング点においてエンジンを安定的に運転させることができるとともに、軽負荷時における作業速度の低下を防止することができ、また低燃費化をも図ることのできる油圧ショベルを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は本発明の一実施形態に係る油圧ショベルの側面図である。
【図２】図２は本実施形態における油圧駆動制御装置の概略システム構成図である。
【図３】図３はアクティブモード時におけるエンジン出力トルク特性マップである。
【図４】図４はエコノミーモード時におけるエンジン出力トルク特性マップである。
【図５】図５は油圧ポンプ吸収トルク特性マップである。
【図６】図６はアクティブモード時におけるエンジン出力トルク特性と油圧ポンプ吸収トルク特性との関係を表わす図である。
【図７】図７はエコノミーモード時におけるエンジン出力トルク特性と油圧ポンプ吸収トルク特性との関係を表わす図である。
【図８】図８は従来の油圧駆動制御装置に係るエンジン出力トルク特性と油圧ポンプ吸収トルク特性との関係を表わす図である。
【符号の説明】
【００１５】
１ 油圧ショベル
２ａ 走行用油圧モータ
２ｂ 走行装置
３ 旋回装置
３ａ 旋回用油圧モータ
５ 作業機
１０ ブームシリンダ
１１ アームシリンダ
１２ バケットシリンダ
１５ 油圧駆動制御装置
１６ エンジン
１７ 油圧ポンプ
１９ 燃料噴射装置
２０ コントローラ
２０ａ 記憶装置
２１ 燃料ダイヤル
２１ａ ポテンショメータ
２２ エンジン回転数センサ
２３ エンジン制御装置
２７ 油圧ポンプ吸収トルク制御装置
Ｍ３ マッチング点（エコノミーモード）
Ｍ４ マッチング点（アクティブモード）
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に、本発明による油圧駆動制御装置およびそれを具備する油圧ショベル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。
【００１７】
図１には、本発明の一実施形態に係る油圧ショベルの側面図が示されている。また、図２には、本実施形態における油圧駆動制御装置の概略システム構成図が示されている。
【００１８】
本実施形態の油圧ショベル１は、図１に示されるように、走行用油圧モータ２ａにより駆動される走行装置２ｂを備えてなる下部走行体２と、旋回用油圧モータ３ａにより駆動される旋回装置３と、この旋回装置３を介して前記下部走行体２上に配される上部旋回体４と、この上部旋回体４の前部中央位置に取着される作業機５と、その上部旋回体４の前部左方位置に設けられる運転室６を備えて構成されている。前記作業機５は、上部旋回体４側から順にブーム７、アーム８およびバケット９がそれぞれ回動可能に連結されてなり、これらブーム７、アーム８およびバケット９のそれぞれに対応するように油圧シリンダ（ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１およびバケットシリンダ１２）が配置されている。
【００１９】
この油圧ショベル１に具備される油圧駆動制御装置１５は、図２に示されるように、ディーゼル式のエンジン１６と、このエンジン１６により駆動される油圧ポンプ（可変容量型斜板式ピストンポンプ）１７と、前記運転室６内に設置されるモニタパネル１８を備えている。
【００２０】
前記エンジン１６には、蓄圧（コモンレール）式の燃料噴射装置１９が付設されている。この燃料噴射装置１９は、それ自体公知のものであって、図示による説明は省略するが、燃料圧送ポンプによりコモンレール室に燃料を蓄圧し、電磁弁の開閉によりインジェクタから燃料を噴射する方式のものであり、コントローラ２０から前記電磁弁への駆動信号（指令電流）により燃料噴射特性が決定され、エンジン１６の低速域から高速域まで任意の噴射特性を得ることができるようにされている。本実施形態では、燃料噴射装置１９、コントローラ２０および各種センサ類を含む機器にて所謂電子制御噴射システムが構築されており、かかる電子制御噴射システムでは、目標噴射特性をデジタル値でマップ化することにより、図３および図４のそれぞれに示されるようなエンジン出力トルク特性を得ることができるようにされている。
【００２１】
ここで、エンジン１６のスロットル量を設定するために燃料ダイヤル２１が設けられ、この燃料ダイヤル２１に付設されるポテンショメータ２１ａからのスロットル信号はコントローラ２０に入力される。また、エンジン１６の実エンジン回転数はエンジン回転数センサ（本発明における「エンジン回転数検出手段」に相当する。）２２にて検出され、その検出信号はコントローラ２０に入力される。また、図３において記号ＥＬ１のラインで示されるエンジン出力トルク特性では、設定エンジン回転数（無負荷最高回転数）がＮ７とされ、エンジン回転数Ｎ４と出力トルク値Ｔ４とで特定される出力トルク点Ｍ４においてエンジン１６の出力（馬力）が最大となり、エンジン回転数がＮ１のときに最大出力トルク値Ｔ１となり、エンジン回転数Ｎ４をやや超えてから設定エンジン回転数Ｎ７までの間のエンジン回転数領域おいてレギュレーションラインＲ１が設定されている。一方、図４において記号ＥＬ２のラインで示されるエンジン出力トルク特性では、設定エンジン回転数（無負荷最高回転数）がＮ７とされ、エンジン回転数がＮ３のときの出力トルク値がＴ３とされ、エンジン回転数Ｎ３を含む所定のエンジン回転数領域（Ｎ２〜Ｎ６）においてエンジン回転数の変化に対しエンジン出力を略一定に保つようにエンジン出力トルクを変化させる特性の等馬力特性ラインＴＬが設定され、エンジン回転数Ｎ６から設定エンジン回転数Ｎ７までの間のエンジン回転数領域において前記レギュレーションラインＲ１と基本的に同様のレギュレーションラインＲ１′が設定されている。なお、ここで、燃料噴射装置１９、コントローラ２０、ポテンショメータ２１ａおよびエンジン回転数センサ２２を含んでなるエンジン制御装置２３が本発明における「エンジン制御手段」に相当する。
【００２２】
前記油圧ポンプ１７は、図２に示されるように、コントロールバルブ２４を介して各油圧アクチュエータ（走行用油圧モータ２ａ、旋回用油圧モータ３ａ、ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１およびバケットシリンダ１２）２５に接続されている。また、このコントロールバルブ２４においては、運転室６内に配される各種操作レバー２６の操作により所定の油路切換動作が行われるようにされており、運転者によるそれら操作レバー２６の所定の操作にて下部走行体２の走行動作や、上部旋回体４の旋回動作、作業機５の屈曲起伏動作が行われるようになっている。
【００２３】
前記油圧ポンプ１７には、油圧ポンプ吸収トルク制御装置（本発明における「油圧ポンプ吸収トルク制御手段」に相当する。）２７が付設されている。この油圧ポンプ吸収トルク制御装置２７は、油圧ポンプ１７の斜板の傾転角を調整するサーボ弁２８に対して圧油を供給する油圧回路中に、作業負荷〔油圧作動部（走行装置２ｂ、旋回装置３、作業機５）に係わる負荷〕を感知し吐出油量を制御するロードセンシング弁２９（以下、「ＬＳ弁２９」という。）と、作業負荷がエンジン馬力（ポンプ出力）を超えないように制御するパワーコントロール弁３０（以下、「ＰＣ弁３０」という。）と、コントローラ２０からの指令電流を受けてその指令電流に応じたパイロット圧を前記ＬＳ弁２９に付与して油圧ポンプ１７の吐出油量の大きさを決定する電磁比例制御弁３１（以下、「ＬＳ−ＥＰＣ弁３１」という。）と、コントローラ２０からの指令電流を受けてその指令電流に応じたパイロット圧を前記ＰＣ弁３０に付与して油圧ポンプ１７の吸収トルクを制御する電磁比例制御弁３２（以下、「ＰＣ−ＥＰＣ弁３２」という。）とが組み込まれて構成されている。なお、前記ＬＳ−ＥＰＣ弁３１およびＰＣ−ＥＰＣ弁３２には、それぞれ、油圧ポンプ１７とコントロールバルブ２４との間の流路に介挿される自己圧減圧弁３３によって調圧された圧油が供給されるようになっている。
【００２４】
ここで、前記ＬＳ弁２９は、油圧ポンプ１７の吐出圧（自己圧）ＰＰとコントロールバルブ２４の出口圧力ＰＬＳとの差圧ΔＰＬＳ（＝ＰＰ−ＰＬＳ；以下、「ＬＳ差圧」と称する。）により、油圧ポンプ１７の吐出油量Ｑを制御する。このＬＳ弁２９には、油圧ポンプ１７の吐出圧ＰＰ、コントロールバルブ２４の出口圧力ＰＬＳ、およびＬＳ−ＥＰＣ弁３１からのパイロット圧が入力され、ＬＳ差圧ΔＰＬＳと吐出油量Ｑとの関係は、コントローラ２０のＬＳ−ＥＰＣ弁３１に対する指令電流値に応じて変化されるようになっている。一方、前記ＰＣ弁３０は、油圧ポンプ１７の吐出圧ＰＰが高いときには、コントロールバルブ２４の操作ストロークがいかに増大しても、吐出圧ＰＰに応じて所定の流量以上は流れないように制御して、油圧ポンプ１７が吸収している馬力がエンジン１６の馬力を超えないように等馬力制御を行う弁である。つまり、作業中負荷が大きくなり油圧ポンプ１７の吐出圧ＰＰが上昇すると、油圧ポンプ１７の吐出油量Ｑを減少させる、一方、油圧ポンプ１７の吐出圧ＰＰが低下すると、油圧ポンプ１７の吐出油量Ｑを増加させる。この場合、油圧ポンプ１７の吐出圧ＰＰと油圧ポンプ１７の吐出油量Ｑとの関係は、コントローラ２０からＰＣ−ＥＰＣ弁３２に与えられる指令電流値をパラメータとして変化されるようになっている。
【００２５】
また、コントローラ２０は、エンジン回転数センサ２２により実エンジン回転数をセンシングし、作業負荷の増大により実エンジン回転数が低下すると、油圧ポンプ１７の吐出油量を減少させてエンジン回転数を回復させるような機能を持っている。すなわち、作業負荷が増大し実エンジン回転数が設定値よりも低下すると、コントローラ２０からのＰＣ−ＥＰＣ弁３２への指令電流がエンジン回転数の低下量に応じて増大し、油圧ポンプ１７の斜板角が減少する。要するに、油圧ポンプ吸収トルク制御装置２７は、油圧ポンプ１７の吸収トルクが所定値に到達し更に増加傾向にある場合に、油圧ポンプ１７の吸収トルクをエンジン１６の設定エンジン回転数（無負荷最高回転数）と実エンジン回転数との偏差の増加／減少に応じて減少／増加させる、つまり油圧ポンプ１７の吸収トルクをエンジン回転数の増加／減少に伴い増加／減少する。
【００２６】
こうして、油圧ポンプ吸収トルク制御装置２７による油圧ポンプ１７の吸収トルクの制御により、油圧ポンプ１７の吸収トルク特性が、例えば、後述するマッチング点Ｍ４に対応するエンジン１６の出力トルクＴ４と、油圧ポンプ１７の吸収トルクとを一致させ、かつエンジン回転数の増減に伴い油圧ポンプ１７の吸収トルクを増減させる特性とされる（図５中記号ＰＬ１で示される油圧ポンプ吸収トルク特性ラインを参照）。また、例えば、油圧ポンプ１７の吸収トルク特性が、後述するマッチング点Ｍ３に対応するエンジン１６の出力トルクＴ３と、油圧ポンプ１７の吸収トルクとを一致させ、かつエンジン回転数の増減に伴い油圧ポンプ１７の吸収トルクを増減させる特性とされる（図５中記号ＰＬ２で示される油圧ポンプ吸収トルク特性ラインを参照）。
【００２７】
前記モニタパネル１８には、作業内容に応じて設定されるアクティブモードおよびエコノミーモードの各モードに対応するようにアクティブモード選択スイッチ３４およびエコノミーモード選択スイッチ３５がそれぞれ設けられている。ここで、アクティブモードは、スピードとパワーの両方が必要とされる作業に対応させるべく設定された作業モードであり、一方、エコノミーモードは、燃費の低減を図りつつ通常の掘削作業に対応させるべく設定された作業モードである。
【００２８】
前記コントローラ２０は、各種センサやスイッチ類からの入力信号を変換・整形する入力インターフェイス（図示省略）と、決められた手順に従って入力データの算術演算または論理演算を行うマイクロコンピュータ（図示省略）と、その演算結果をアクチュエータ駆動信号に変換し更にそのアクチュエータ駆動信号を電力増幅したものを指令電流として出力する出力インターフェイス（図示省略）と、記憶装置（本発明における「記憶手段」に相当する。）２０ａとを備えて構成されている。前記記憶装置２０ａは、主に、所定プログラムや各種テーブル、各種マップ等を記憶する読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）と、所定プログラムを実行するに必要なワーキングメモリとしての書き込み可能メモリ（ＲＡＭ）とより構成されている。この記憶装置２０ａには、例えば、図３において記号ＥＬ１のラインで示されるエンジン出力トルク特性のマップデータや、図４において記号ＥＬ２のラインで示されるエンジン出力トルク特性のマップデータ、図５において記号ＰＬ１のラインで示される油圧ポンプ吸収トルク特性のマップデータ、図５において記号ＰＬ２のラインで示される油圧ポンプ吸収トルク特性のマップデータなどが記憶されている。
【００２９】
このコントローラ２０には、前記各種作業モード選択スイッチ３４，３５のＯＮ操作により出力される各種作業モード選択信号が入力されるようになっている。そして、コントローラ２０は、例えば、作業モード選択スイッチ３４のＯＮ操作によってアクティブモードが選択されるとともに、燃料ダイヤル２１によってスロットル量がフルに設定されている場合、記憶装置２０ａに記憶されている図３に示されるエンジン出力トルク特性マップを読み出し、この図３に示されるエンジン出力トルク特性マップと、エンジン回転数センサ２２により検出される実エンジン回転数とから、エンジン１６に出力させるべきトルク値を求め、この求められたトルク値に基づいて燃料噴射装置１９に噴射させるべき燃料噴射量を求め、この求められた燃料噴射量を満足するような駆動信号（指令電流）を燃料噴射装置１９における電磁弁に向けて出力する。また、コントローラ２０は、例えば、作業モード選択スイッチ３５のＯＮ操作によってエコノミーモードが選択されるとともに、燃料ダイヤル２１によってスロットル量がフルに設定されている場合、記憶装置２０ａに記憶されている図４に示されるエンジン出力トルク特性マップを読み出し、この図４に示されるエンジン出力トルク特性マップと、エンジン回転数センサ２２により検出される実エンジン回転数とから、エンジン１６に出力させるべきトルク値を求め、この求められたトルク値に基づいて燃料噴射装置１９に噴射させるべき燃料噴射量を求め、この求められた燃料噴射量を満足するような駆動信号（指令電流）を燃料噴射装置１９における電磁弁に向けて出力する。
【００３０】
また、コントローラ２０は、作業モード選択スイッチ３４のＯＮ操作によってアクティブモードが選択されると、記憶装置２０ａに記憶されている図５において記号ＰＬ１のラインで示される油圧ポンプ吸収トルク特性マップを読み出し、この図５において記号ＰＬ１のラインで示される油圧ポンプ吸収トルク特性マップと、エンジン回転数センサ２２により検出される実エンジン回転数とに基づいて、ＰＣ−ＥＰＣ弁３２に対する指令電流を制御して油圧ポンプ１７の斜板角を調整する。また、コントローラ２０は、作業モード選択スイッチ３５のＯＮ操作によってエコノミーモードが選択されると、記憶装置２０ａに記憶されている図５において記号ＰＬ２のラインで示される油圧ポンプ吸収トルク特性マップを読み出し、この図５において記号ＰＬ２のラインで示される油圧ポンプ吸収トルク特性マップと、エンジン回転数センサ２２により検出される実エンジン回転数とに基づいて、ＰＣ−ＥＰＣ弁３２に対する指令電流を制御して油圧ポンプ１７の斜板角を調整する。
【００３１】
次に、前記各作業モードにおける油圧駆動制御装置１５の作動について、図６および図７を用いて以下に説明する。なお、以下の説明では、燃料ダイヤル２１によってエンジン１６のスロットル量がフルに設定されているものとする。
【００３２】
（アクティブモードが選択された場合：図６参照）
運転者がアクティブモード選択スイッチ３４をＯＮすると、図６に示されるように、レギュレーションラインＲ１を有するエンジン出力トルク特性ラインＥＬ１が設定される。また、エンジン１６の出力が最大となる出力トルク点においてエンジン１６の出力トルクと油圧ポンプ１７の吸収トルクとを一致させるべく図６中記号Ｍ４で示されるマッチング点が設定される。また、このマッチング点Ｍ４においてエンジン１６の出力トルクＴ４と油圧ポンプの吸収トルクとを一致させる油圧ポンプ吸収トルク特性ラインＰＬ１が設定される。
【００３３】
このアクティブモードが選択されている状態において、作業負荷が軽く油圧ポンプ１７の吐出圧（負荷圧）が低い間は、エンジン１６が、その負荷の大きさに応じてエンジン出力トルク特性ラインＥＬ１におけるレギュレーションラインＲ１の線上で運転される。作業負荷が増大し油圧ポンプ１７の負荷圧が高まると、遂にはエンジン１６の出力が最大となるマッチング点Ｍ４においてエンジン１６の出力トルクＴ４と油圧ポンプ１７の吸収トルクとが一致され、油圧ポンプ１７がエンジン１６の最大馬力を吸収して作業が行われる。こうして、スピードとパワーの両方が必要とされる作業を良好に行うことができる。
【００３４】
（エコノミーモードが選択された場合：図７参照）
運転者がエコノミーモード選択スイッチ３５をＯＮすると、図７に示されるように、エンジン１６の設定エンジン回転数が前述のアクティブモード時と同様にＮ７に設定される。また、エンジン１６の出力トルクと油圧ポンプ１７の吸収トルクとを一致させるべく図７中記号Ｍ３で示されるマッチング点が設定され、このマッチング点Ｍ３に対応するエンジン回転数Ｎ３を含む所定のエンジン回転数領域（Ｎ２〜Ｎ６）において、エンジン回転数の変化に対しエンジン出力を略一定に保つようにエンジン１６の出力トルクを変化させる特性の等馬力特性ラインＴＬが設定される。こうして、エンジン回転数がＮ２からＮ６においては等馬力特性ラインＴＬに従って出力トルクが変化し、エンジン回転数がＮ６からＮ７までは前記レギュレーションラインＲ１と基本的に同特性のレギュレーションラインＲ１′に従って出力トルクが変化する特性のエンジン出力トルク特性ラインＥＬ２が設定される。また、このエコノミーモードにおいては、マッチング点Ｍ３に対応するエンジン１６の出力トルクＴ３と、油圧ポンプ１７の吸収トルクとを一致させ、かつエンジン回転数の増減に伴い油圧ポンプ１７の吸収トルクを増減させる特性の油圧ポンプ吸収トルク特性ラインＰＬ２が設定される。つまり、エンジン回転数の変化に感応し、かつそのエンジン回転数の変化に対して互いに逆特性を成す油圧ポンプ吸収トルク特性ラインＰＬ２および等馬力特性ラインＴＬがマッチング点Ｍ３において交差される。
【００３５】
このエコノミーモードが選択されている状態において、作業負荷が軽く油圧ポンプ１７の吐出圧（負荷圧）が低い間は、エンジン１６が、その負荷の大きさに応じてエンジン出力トルク特性ラインＥＬ２におけるレギュレーションラインＲ１′の線上で運転される。作業負荷が増大し油圧ポンプ１７の負荷圧が高まると、エンジン１６が、その負荷の大きさに応じてエンジン出力トルク特性ラインＥＬ２における等馬力特性ラインＴＬの線上で運転される。その後、更に作業負荷が増大して油圧ポンプ１７の負荷圧がより高まると、遂にはマッチング点Ｍ３においてエンジン１６の出力トルクと油圧ポンプ１７の吸収トルクとが一致され、エンジン回転数Ｎ３におけるエンジン馬力を油圧ポンプ１７が吸収して作業が行われる。このマッチング点Ｍ３においてエンジン１６の出力トルクと油圧ポンプ１７の吸収トルクとが一致された状態で何らかの外乱により、（１）マッチング点Ｍ３に対応するエンジン回転数Ｎ３から実エンジン回転数が上昇した場合、エンジン１６の出力トルクが減少するので油圧ポンプ１７の吸収トルクに負けて実エンジン回転数が低下する、一方、（２）エンジン回転数Ｎ３から実エンジン回転数が低下した場合、エンジン１６の出力トルクが増加するので油圧ポンプ１７の吸収トルクに勝ってエンジン回転数が上昇することになる。このように、常にマッチング点Ｍ３に戻ろうとする収束力を効果的に働かせることができるので、作業負荷の高まりによりエンジン１６の出力トルクがマッチング点Ｍ３に対応する出力トルク値Ｔ３に向けて増加傾向にある場合、マッチング点Ｍ３に対応するエンジン回転数Ｎ３にエンジン１６の実エンジン回転数が収束されることになる。この際、エンジン１６の出力トルクはエンジン１６それ自身の等馬力特性ラインＴＬに従って変化されるので、エンジン回転数の変動に対してエンジン１６の出力トルクの変動が緩やかなものとなる。したがって、エンジン１６の出力トルクと油圧ポンプ１７の吸収トルクとがマッチング点Ｍ３において正確かつ安定的に合致されることになり、目標とする出力トルク点（マッチング点Ｍ３）においてエンジン１６を安定的に運転させることができる。
【００３６】
本実施形態におけるエコノミーモードでは、作業負荷が増大してエンジン１６の実エンジン回転数がマッチング点Ｍ３に対応するエンジン回転数Ｎ３に収束される際に、エンジン１６が等馬力特性ラインＴＬの線上で運転され、エンジン１６の出力（馬力）がそのマッチング点Ｍ３において必要とされるエンジン出力（エンジン馬力）に保たれるので、エンジン１６が出力過剰に陥ることはない。したがって、当該エコノミーモードによれば、アクティブモードと比較して総量として燃費低減を図ることができる。
【００３７】
また、本実施形態におけるエコノミーモードにおいては、エンジン１６の出力トルクと油圧ポンプ１７の吸収トルクとがマッチング点Ｍ３で一致されている状態で作業負荷が減少傾向に転じると、実エンジン回転数は一旦エンジン１６それ自身の等馬力特性ラインＴＬに従ってＮ３からＮ６にまで増加され、更に作業負荷が減少すると、実エンジン回転数はレギュレーションラインＲ１′に従ってＮ６から設定エンジン回転数Ｎ７に向けて上昇される。このため、従来のエコノミーモードでは、設定エンジン回転数がＮ７よりも所定回転数低いＮ５であるのに対し、本実施形態におけるエコノミーモードでは、等馬力特性ラインＴＬによるエンジン回転数の増分を見込んで、エンジン１６の設定エンジン回転数を前述のアクティブモードでのそれと同じＮ７に設定することが可能になり、軽負荷時における作業速度の低下を防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
油圧ショベルは勿論のこと、その他、ホイールローダ、農業用トラクタ、産業車両など、エンジンを駆動源とする油圧駆動系を備える作業機械の油圧駆動制御装置として利用することできる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、このエンジンにより駆動される油圧ポンプと、この油圧ポンプから吐出される圧油により作動される油圧アクチュエータと、前記エンジンの出力を制御するエンジン制御手段と、前記油圧ポンプの吸収トルクを制御する油圧ポンプ吸収トルク制御手段とを備える油圧駆動制御装置において、
前記エンジンの出力トルクと前記油圧ポンプの吸収トルクとを一致させるマッチング点を作業内容に応じて予め定め、前記エンジン制御手段は、前記エンジンの出力特性が、前記マッチング点に対応するエンジン回転数を含む所定のエンジン回転数領域で等馬力特性または略等馬力特性となるように前記エンジンの出力を制御するとともに、前記油圧ポンプ吸収トルク制御手段は、エンジン回転数の増減に伴い前記油圧ポンプの吸収トルクを増減させて前記マッチング点に対応する前記エンジンの出力トルクと前記油圧ポンプの吸収トルクとを一致させるように前記油圧ポンプの吸収トルクを制御することを特徴とする油圧駆動制御装置。
【請求項２】
前記エンジンの出力トルクとエンジン回転数との関係を記憶する記憶手段と、前記エンジンの実エンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段とが設けられ、前記エンジン制御手段は、前記記憶手段に記憶されている前記エンジンの出力トルクとエンジン回転数との関係と、前記エンジン回転数検出手段により検出される実エンジン回転数とから、前記エンジンに出力させるべきトルク値を求め、この求められたトルク値に基づいて前記エンジンの出力を制御する請求項１に記載の油圧駆動制御装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の油圧駆動制御装置を具備することを特徴とする油圧ショベル。
【請求項１】
エンジンと、このエンジンにより駆動される油圧ポンプと、この油圧ポンプから吐出される圧油により作動される油圧アクチュエータと、前記エンジンの出力を制御するエンジン制御手段と、前記油圧ポンプの吸収トルクを制御する油圧ポンプ吸収トルク制御手段とを備える油圧駆動制御装置において、
前記エンジンの出力トルクと前記油圧ポンプの吸収トルクとを一致させるマッチング点を作業内容に応じて予め定め、前記エンジン制御手段は、前記エンジンの出力特性が、前記マッチング点に対応するエンジン回転数を含む所定のエンジン回転数領域で等馬力特性または略等馬力特性となるように前記エンジンの出力を制御するとともに、前記油圧ポンプ吸収トルク制御手段は、エンジン回転数の増減に伴い前記油圧ポンプの吸収トルクを増減させて前記マッチング点に対応する前記エンジンの出力トルクと前記油圧ポンプの吸収トルクとを一致させるように前記油圧ポンプの吸収トルクを制御することを特徴とする油圧駆動制御装置。
【請求項２】
前記エンジンの出力トルクとエンジン回転数との関係を記憶する記憶手段と、前記エンジンの実エンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段とが設けられ、前記エンジン制御手段は、前記記憶手段に記憶されている前記エンジンの出力トルクとエンジン回転数との関係と、前記エンジン回転数検出手段により検出される実エンジン回転数とから、前記エンジンに出力させるべきトルク値を求め、この求められたトルク値に基づいて前記エンジンの出力を制御する請求項１に記載の油圧駆動制御装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の油圧駆動制御装置を具備することを特徴とする油圧ショベル。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０１４９９０
【国際公開日】平成１７年２月１７日（２００５．２．１７）
【発行日】平成１９年９月２７日（２００７．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−５１２９７２（Ｐ２００５−５１２９７２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００４／０１１３５３
【国際出願日】平成１６年８月６日（２００４．８．６）
【出願人】（０００００１２３６）株式会社小松製作所 (1,686)
【Ｆターム（参考）】
【国際公開日】平成１７年２月１７日（２００５．２．１７）
【発行日】平成１９年９月２７日（２００７．９．２７）
【国際特許分類】
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００４／０１１３５３
【国際出願日】平成１６年８月６日（２００４．８．６）
【出願人】（０００００１２３６）株式会社小松製作所 (1,686)
【Ｆターム（参考）】
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