JPH04143428A - 建設機械の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はパワーショベル等の建設機械の制御装置に関し
、特にエンジンのオーバーランおよびこれに伴う油圧ポ
ンプ、走行用アクチュエータ等の過回転を未然に防ぐこ
とができる制御装置に関する。

〔従来の技術〕

パワーショベル等の建設機械では、エンジンの目標回転
数はスロットルダイヤル等の回転数設定器によって設定
される。しかして所定のコントローラはエンジンの回転
数が上記設定目標回転数になるようにガバナの燃料コン
トロールレバーをモタ等のアクチュエータによって駆動
制御する。

また、建設機械には作業モードに応してエンジンの目標
回転数および目標出力トルクの大きさを選択スるパワー
モード選択スイッチが設けられていて、この選択スイッ
チを適宜選択操作することによってもエンジンの目標回
転数を設定することができる。

また、建設機械ではエンジンによって油圧ポンプが駆動
され、この油圧ポンプの吐出圧油は走行用操作レバーの
操作に応して走行用アクチユエータ、つまりたとえば走
行モータに供給される。これにより該走行モータが駆動
されて建設機械を走行させる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記回転数設定器はエンジンが最大出力で運転されるよ
うに通常の場合、最大位置にセットされる。またパワー
モード選択スイッチもエンジンか最大出力で運転される
ように選択操作されることが多い。このときエンジンは
、エンジン性能曲線上において最大レギュレーションラ
イン上で運転されることになる。かかる状態で建設機械
か坂道を降板走行すると、走行モータ、油圧ポンプ、エ
ンジンにかかる負荷が小さくなり、エンジンは、最大レ
ギュレーションライン上の低位置、つまり少ないトルク
で運転されることになる。これによりエンジンは定格回
転数以上の回転で回転することになり、オーバーラン（
エンジンの過回転）を招来する。これに伴い、油圧ポン
プ、走行モータ等もその許容回転数を超えて運転される
ことになる。これは油圧機器の耐久性等の低下、つまり
信頼性の低下を招くことになる。さらに、オーバーラン
により降板時の走行速度が建設機械の定格走行速度以上
になり、危険な状態を招くことになる。

本発明はこうした実情に鑑みてなされたものであり、建
設機械が降板走行しているときなど油圧ポンプにかかる
負荷が小さいときにエンジンのオバーラン等、各種機器
の過回転を未然に防ぐことにより、信頼性高く、かつ安
全に走行できる建設機械の制御装置を提供することをそ
の目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

そこで、本発明は、エンジンによって駆動される油圧ポ
ンプの吐出圧油を走行用操作レバーの操作に応じて走行
用アクチュエータに供給して、該走行用アクチュエータ
を駆動するとともに、前記エンジンの回転数が回転数設
定器で設定された目標回転数になるように前記エンジン
の燃料噴射量を制御するようにした建設機械の制御装置
において、前記走行用操作レバーが操作されていること
を検出する操作検出手段と、前記油圧ポンプの吐出圧油
の圧力を検出する圧力検出手段と、前記操作検出手段に
よって前記走行用操作レバーが操作されていることが検
出され、かつ前記圧力検出手段の検出圧力が設定圧力以
下になった際に、前記エンジンの回転数が定格回転数に
なるよう前記検出圧力の低下に応して前記エンジンの目
標回転数を前記回転数設定器の設定目標回転数よりも低
く設定し直し、この設定し直した目標回転数になるよう
に前記エンジンの燃料噴射量を制御する手段と具えるよ
うにしている。

〔作用〕

かかる構成によれば、操作検出手段により走行用操作レ
バーが操作されていること、つまり現在、建設機械が走
行状態であることが検出される。

方、圧力検出手段により油圧ポンプの吐出圧油の圧力、
つまり油圧ポンプにかかる負荷の大きさが検出される。

これら各検出手段によって建設機械が走行状態であるこ
とが検出され、かつ油圧ポンプにかかる負荷の大きさが
所定値以下であると検出されたときは、降板走行等、エ
ンジンの回転数がオーバーランする虞がある状態である
。ここでエンジンの回転数のオーバーラン量は、油圧ポ
ンプの吐出圧油の検出圧力、つまり油圧ポンプにかかる
負荷の大きさに応じて（負荷が小さいほどオバーラン量
は大きくなる）変化する。そこでオーバーラン量だけエ
ンジンの回転数を下げて定格回転数にする制御を行う。

すなわち、油圧ポンプの吐出圧油の検出圧力の低下に応
じてエンジンの目標回転数を回転数設定器の設定目標回
転数よりも低く設定し直す。そして、この設定し直した
目標回転数になるようにエンジンの燃料噴射量が制御さ
れると、エンジンか定格回転数で運転され、オーバーラ
ンが防止される。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明に係る建設機械の制御装置
の実施例について説明する。

第１図はパワーショベルに適用した実施例装置を示す。

図において可変容量型油圧ポンプ１はエンジン２によっ
て駆動されるものであり、その斜板１ａの傾転角が変化
することによって１回転あたりの吐出流量が変化される
。油圧ポンプ１の吐出圧油は走行用操作弁３を介して走
行用油圧モータ４に供給され、該油圧モータ４を駆動す
る。ＰＰＣ弁５は走行用操作レバー５ａの操作に応じて
パイロット圧油を操作弁３のパイロットポート３ａ、３
ｂに供給するものである。すなわち走行用操作レバー５
ａが中立状態から所定の方向に操作されると、その操作
量に応じた圧力のパイロット圧油が操作方向に応してパ
イロットポート３ａまたは３ｂに加えられ、操作弁３を
上記操作方向に応した方向に、かつ上記操作量に応した
移動量たけ移動させる。この結果、操作弁３は加えられ
るパイロット圧油の圧力に応じた流量の圧油を油圧ポン
プｌから走行モータ４に供給して、油圧モタ４を正、逆
回転駆動する。ＰＰＣ弁５には、該ＰＰＣ弁５のパイロ
ット圧を検出することにより、操作レバー５ａの操作量
を検出する圧力スイッチ６が付設されている。この圧力
スイッチ６は操作レバー５ａの操作量が所定値以上にな
るとオンするものである。ここにこの所定値は油圧モー
タ４が駆動されて、パワーショベルが走行中であるか否
かを判断するための閾値として設定される。なお圧力ス
イッチ６の替りにリミットスイッチを用いるようにして
もよい。圧力スイッチ６て発生したオン信号はコントロ
ーラ７に加えられる。なお、パワーショベルではブーム
等の各作業機も走行油圧モータ４と同様に油圧ポンプ１
て駆動される油圧シリンダによって駆動されることにな
るが、説明の便宜上、図示を省略する。

ＴＶＣ弁８は油圧ポンプ１の吸収トルクを一定にさせる
べく設けられている。すなわち、該弁８は油圧ポンプ１
の圧力Ｐを入力してこの圧力Ｐと油圧ポンプ１の吐出流
量Ｑの積、つまり油圧ポンプ１の吸収トルクが一定とな
るようにサーボアクチュエータ９を介して斜板１ａの傾
転角を制御する。このＴＶＣ弁９にはコントローラ７か
ら吸収トルクの大きさを示す信号が加えられて、この大
きさが得られるように斜板傾転角を制御する。油圧ポン
プ１の吐出側には該ポンプ１の吐出圧Ｐを検出する油圧
センサ１０が設けられていて、検出信号はコントローラ
７に加えられる。

エンジン２には燃料噴射ポンプ１１とガバナ（燃料噴射
制御）１２が併設されている。ガバナ１２の燃料コント
ロールレバー１３はモータ１４で駆動される。コントロ
ーラ７がモータ１４の回転軸の回転角度θを制御するこ
とによりポンプ１１による燃料噴射量が制御されること
になる。スロットル量設定器１５はエンジン２の目標回
転数を設定する燃料ダイヤルであり、この設定目標回転
数を示す信号はコントローラ７に加えられる。

以下、コントロ〜う７で行われる処理について説明する
。なお以下においてはスロットル量設定器１５か最大位
置にセントされているものとする。

コントローラ７は、圧力スイッチ６の検出信号および油
圧センサ１０の検出信号Ｐに応してエンジン２の目標回
転数の設定の仕方を異ならせている。すなわち、コント
ローラ７は、油圧センサ１０および圧力スイッチ６の検
出信号の状態が、つぎの■、■のいずれであるかを判断
している。

■油圧センサ１０の検出値Ｐが設定値Ｐ。以下であり、
かつ圧力スイッチ６の検出信号がオンである。

■それ以外。

ここて設定値Ｐ。は走行負荷が小さくこれ以下だとエン
ジン２のオーバーランを起こすであるとされる閾値とし
て設定される。

上記■の状態を取るときは、たとえばパワーショベルが
掘削作業を行っていて作業機か駆動されていたり、パワ
ーショベルが登板走行をしていたりしていて、走行して
いるいないにかかられらず油圧ポンプ１にかかる負荷が
大きく検出値Ｐが上配設定値Ｐ。よりも大きいか、また
は走行していなくて油圧ポンプ１にかかる負荷が小さく
検出値Ｐが上記設定値Ｐｏ以下の場合である。これらの
ときはエンジン２としてオーバーランする虞はない。そ
こでこのときはスロットル量設定器１５の設定値をエン
ジン２の目標回転数とする。すなわち、第２図のエンジ
ン性能曲線図に示すようにスロットル量設定器１５の設
定最大目標回転数Ｎ。

が得られるようにアクチュエータ１４を駆動して燃料噴
射量を制御する。すると、最高速レギュレーションライ
ン１．上の最大トルク点Ｂにおいてエンジン２の出力ト
ルクＴ。と油圧ポンプ１の吸収トルクＴ。とがマツチン
グすることになる。このときのエンジン回転数は定格回
転数Ｎ。てあり、オーバーランは生していないことがわ
かる。

一方、パワーショベルが降板走行をしているときは操作
レバー５ａが操作され、圧力スイッチ６からオン信号が
人力されている。これに加えて油圧ポンプ１にかかる負
荷か小さく検出値Ｐが上記設定値Ｐ。以下となっている
。したかって上記■の状態を取る。

いま、この状態でスロットル量設定器１５の設定最大目
標回転数Ｎ１が得られるように燃料噴射量を制御すると
仮定すると、最高速レギュレーションライン１１上のＡ
点で、エンジントルクＴＬと油圧ポンプ１の吸収トルク
ＴＬとがマツチングして、エンジン２が回転数Ｎ　Ｅ　
　Ｎ　ｏたけオーバーランすることになる。そこでこの
ときはスロットル量設定器１５の設定回転数Ｎ１に関係
なく、目標回転数をＮ２に低く設定し直してレギュレー
ションライン１２上の０点でマツチングをとり、エンジ
ン２を定格回転数Ｎ。で回転させるようにする。エンジ
ントルクＴＬは走行負荷であり、走行駆動油圧である油
圧ポンプ１の吐出圧Ｐを意味する。そこで、設定回転数
Ｎ、から油圧ポンプ１の吐出圧Ｐの低下に応じて後述す
るようにして求められる回転数だけ低下させれば上記設
定目標回転数Ｎ２が得られることがわかる。回転数低下
量は以下のようにして求められる。

コントローラ７には予め第２図に示すエンジントルクカ
ーブの内容、つまり定格回転数Ｎ。、定格トルクＴ。、
トルクカーブ上の最大エンジン回転数Ｎ、および油圧ポ
ンプ１の最大容量ＤＭ、油圧ポンプ１のトルク効率η、
が入力され、記憶されている。

油圧センサ１０て検出された吐出圧Ｐによって油圧ポン
プ１の吸収トルクＴＬを下記（１）式によって求めるこ
とかできる。

ＴＬ　−（ＰＸＤＭ　／２００π）（１／η、）・・・
（１） 一方、エンジン回転数ＮＥを最高速レギュレションライ
ン１１上における回転数、つまり定格回転数Ｎ。と最大
エンジン回転数Ｎ、との間の回転数であるものとすると
、エンジン回転数ＮＥにおけるエンジントルクＴは以下
のように、エンジン回転数Ｎ、に反比例する式によって
求めることができる。

Ｔ＝　　　ｉＴｏ　／　（Ｎ＋　　　Ｎｏ　））　　（
ＮＥ　　Ｎｏ　）＋Ｔｏ・・・（２） この（２）式をオーバーラン量Ｎ。−Ｎｏについて解く
と、 ＮＥ　　　Ｎｏ　　＝　　ｆ　　（Ｎ＋　　　　Ｎｏ　
　）　　／　Ｔｏ　　ｌ　　　（Ｔ。

Ｔ）　・・・　（３） が得られる。ここで、この（３）式のエンジントルクＴ
は上記（１）式のポンプ１の吸収トルクＴ、と等しいか
ら、Ｔ、ＴＬを消去できてオーバーラン量Ｎ、−Ｎ、は
、 Ｎｌ！　　Ｎｏ　−（（ＮＭ　　Ｎｏ　）　／Ｔｏ　）
　　（Ｔ。

（ＰＸＤＭ／２００π）（１／ η＋）ｌ　・・・（４） となる。よってこの（４）式から明らかにポンプ吐出圧
Ｐから一義的にオーバーラン量Ｎ、−Ｎ。

を求めることができるのがわかる。オーバーラン量Ｎ、
−Ｎｏが吐出圧Ｐが小さくなるほど大きくなるのがわか
る。エンジン２のレギュレーション角度はガバナ１２の
駆動位置によらず一定であるから、このオーバーラン量
Ｎ、−Ｎ０が設定目標回転数Ｎ、からの低減量となる。

すなわち、第３図に示すようにガバナ１２を駆動するモ
ータ１４の制御角度θと無負荷時におけるエンジン回転
数Ｎとの関係をコントローラ７の図示していないメモリ
に記憶させておく。そこで上記（４ン式から油圧ポンプ
１の吐出圧Ｐに基づきオーバーラン量Ｎ、！、−Ｎｏか
求まったならば上記メモリから、エンジン回転数Ｎ、か
らオーバーラン量Ｎ、−Ｎ。

たけ低下した回転数Ｎ２に対応するモータ１４の制御角
度θ２を求め、この角度θ２が得られるようにモータ１
４の角度θを駆動制御すればよい。

しかして、スロットル量設定器１５の設定最大目標回転
数Ｎ１よりもオーバーラン量ＮＥ−Ｎ、たけ低く設定し
直された目標回転数Ｎ２が得られるようにモータ１４か
駆動されて、エンジン２は定格回転Ｎ。で回転する。こ
れにより降板走行時に常に定格速度以下で走行できるよ
うになる。

なお、実施例では建設機械としてパワーショベルを想定
しているが、適用建設機械は任意である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、エンジンのオーバ
ーランが防止されるので、エンジンおよびこれによって
駆動される油圧機器の耐久性が向上し、装置の信頼性か
向上するとともに、建設機械が常に定格速度以下で走行
されて、安全性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る建設機械の制御装置の実施例を構
成を示す図、第２図は第１図に示すエンジンの性能曲線
を示すグラフで、同図に示すコントローラで行われる処
理を説明するために用いたグラフ、第３図は第１図に示
すコントローラに記憶されるとされるがバナを駆動する
モータの回転角度とエンジンの回転数との関係を示すグ
ラフである。 １・・・油圧ポンプ、２・・・エンジン、３・・・走行
用操作弁、４・・・走行用油圧モータ、５ａ・・・走行
用操作レバー　６・・・圧力スイッチ、７・・・コント
ローラ、１０・・・油圧センサ、１１・・・燃料噴射ポ
ンプ、１２・・・ガバナ、１５・・−スロットル量設定
器。 、丁、・＋１．′Ｌ 第２ 図 アバナを一夕同牝ｆＩＩ装置 第３ 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　エンジンによって駆動される油圧ポンプの吐出圧油を
   走行用操作レバーの操作に応じて走行用アクチュエータ
   に供給して、該走行用アクチュエータを駆動するととも
   に、前記エンジンの回転数が回転数設定器で設定された
   目標回転数になるように前記エンジンの燃料噴射量を制
   御するようにした建設機械の制御装置において、 前記走行用操作レバーが操作されていることを検出する
   操作検出手段と、 前記油圧ポンプの吐出圧油の圧力を検出する圧力検出手
   段と、 前記操作検出手段によって前記走行用操作レバーが操作
   されていることが検出され、かつ前記圧力検出手段の検
   出圧力が設定圧力以下になった際に、前記エンジンの回
   転数が定格回転数になるよう前記検出圧力の低下に応じ
   て前記エンジンの目標回転数を前記回転数設定器の設定
   目標回転数よりも低く設定し直し、この設定し直した目
   標回転数になるように前記エンジンの燃料噴射量を制御
   する手段と 具えたことを特徴とする建設機械の制御装置。