WO2007129613A1

WO2007129613A1 - 建設機械の過負荷防止装置

Info

Publication number: WO2007129613A1
Application number: PCT/JP2007/059200
Authority: WO
Inventors: Hiroyuki Tsukamoto; Takashi Nishi
Original assignee: Sumitomo SHI Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Sumitomo SHI Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2006-05-10
Filing date: 2007-04-27
Publication date: 2007-11-15
Anticipated expiration: 2008-11-10
Also published as: CN101432529B; KR101094083B1; JP4806014B2; US8578709B2; EP2017482A1; US20090293470A1; JP5345658B2; KR20090015910A; JP2011241677A; EP2017482B1; KR101085842B1; JPWO2007129613A1; CN101432529A; KR20110110874A; EP2017482A4

Abstract

　油圧ポンプの吐出圧の急上昇時におけるエンジンラグダウンの発生を防止して内燃機関の燃料噴射量の急増を防止し、建設機械における全作業時の燃費を低減するとともに油圧アクチュエータ等の操作性を向上させる過負荷防止装置を提供する。本発明の過負荷防止装置は、操作レバーの操作状況を検出する操作状況検出手段と、操作状況検出手段によって検出された操作状況から操作レバーが所定の速さ以上で操作されたと判断した場合に、油圧ポンプの入力トルクをトルク一定制御時における最小トルク値に設定する制御信号を吐出量制御手段に出力し、その後、前記制御信号の信号レベルを所定の制御パターンに従って変化させて、油圧ポンプの入力トルクをトルク一定制御時における最大トルク値まで上昇させる制御手段とを備える。

Description

明細書

建設機械の過負荷防止装置

技術分野

[0001] 本発明は、建設機械の過負荷防止装置に係り、特に、駆動系に内燃機関を使用する油圧ショベル等の建設機械において、全作業時の燃費を低減することが可能な建設機械の過負荷防止装置に関する。

背景技術

[0002] 従来の建設機械の過負荷防止装置として、例えば、図 7に示したような油圧ポンプ駆動系制御装置が知られて、る。

[0003] 図 7の油圧ポンプ駆動系制御装置には、エンジン（内燃機関） 1で駆動される可変容量油圧ポンプ (メインポンプ） 2と、パイロットポンプ 3とが設けられている。可変容量油圧ポンプ 2の吐出口は、図示しない油圧ァクチユエータに対し、可変容量油圧ポンプ 2からの油圧の供給及び排出を制御する制御弁 4に連通されている。

[0004] 図 7の油圧ポンプ駆動系制御装置において、制御弁 4の両端部に設けられたパイロットポート 4a, 4aは、それぞれパイロット圧導入用管路 5を介して操作レバー 6のパィロット圧吐出口に連通されている。操作レバー 6には、パイロットポンプ 3からのパイロット油圧が図示しない管路を介して導入されており、パイロット油圧が制御弁 4を作動させるためのパイロット圧として用いられて、る。

[0005] また、可変容量油圧ポンプ 2の吐出口は、管路 13を介してレギユレータ（吐出量制御手段） 7の油圧導入口に連通されている。可変容量油圧ポンプ 2は、その吐出圧をレギユレータ 7に導くことにより、吐出圧の増加に応じて吐出量を減少させて、その入力トルクをほぼ一定に制御するトルク一定制御（又は馬力一定制御）を行って、入力トルクがエンジントルクを超えな、ように運転される。可変容量油圧ポンプ 2に対しては、操作レバー 6の操作量によって吐出量が増減する流量制御も行われている。図 8 は、図 7の油圧ポンプ駆動系制御装置における馬力一定制御を線図で表したものであり、馬力一定曲線 (Hモードと Lモード）が示されて、る。

[0006] 建設機械が油圧ァクチユエ一タ等を備えた油圧ショベルの場合、油圧ショベルを用いて、重掘削、軽作業、仕上げ等の様々な作業が行われる。このような作業を行う際に、可変容量油圧ポンプ 2の入力トルクを変動させて、その作業に最適な入力トルクを選択できるように、図 7の油圧ポンプ駆動系制御装置には、外部信号を出力するモード切換えスィッチ 8と、モード切換えスィッチ 8からの外部信号を受け取ってトルク設定信号を出力するコント口—ラ (制御手段） 9と、コント口—ラ 9からのトルク設定信号を受け取って 2次圧 Pfを出力する電磁逆比例弁 (入力トルク制御手段） 10が設けられている。

[0007] 上記のモード切換えスィッチ 8、コントローラ 9及び電磁逆比例弁 10により、作業モード切換え回路が構成されて、る。電磁逆比例弁 10からの 2次圧 Pfをレギユレータ 7 に供給することにより、図 8に示すように、可変容量油圧ポンプ 2の入力トルクが Tma Xから Tminの間で変動し、前記入力トルクは、 Tmaxから Tminの間で、切換えスイツチ 8からの外部信号の信号レベルに応じた入力トルク値に設定される。

[0008] 図 9は、建設機械として油圧ショベルを用いて一般掘削を行う際に、前記馬力一定制御を Hモードに設定した場合の図 7の油圧ポンプ駆動系制御装置における各部の波形を示すタイムチャートである。図 9 (a)及び図 9 (b)に示したように、操作レバー 6 が急操作されると、可変容量油圧ポンプ 2の吐出量 Qが増加し始める。同時に、油圧ァクチユエータを作動させるために起動圧が発生し、可変容量油圧ポンプ 2の吐出圧 Pがー気に P1まで増加する（図 9 (c)参照)。ここで、前記馬力一定制御を Hモードに設定した場合、可変容量油圧ポンプ 2の入力トルクをほぼ一定に制御するために、電磁逆比例弁 10の二次圧 Pfを所定の値 Pflに設定されている（図 9 (f)参照)。

[0009] このとき、 Hモードに設定された前記馬力一定制御力吐出圧 P1までの急上昇に応答しきれないため、可変容量油圧ポンプ 2の吐出圧 Pが急速に増加する過程で、可変容量油圧ポンプ 2の入力トルク Tは、エンジン回転数 Nが定格回転数 NO時のトルクをオーバーして T1となる（図 9 (d)参照）。この結果、エンジン 1の回転数 Nは、トルクが釣り合うエンジン回転数 N1まで低下し、このエンジン回転数の低下 (ラグダウン）に伴ってポンプ吐出量 Qがー且低下する（図 9 (e)及び図 9 (b)参照)。

[0010] さらに、ー且、油圧ァクチユエータが作動すると、各部の摺動部が静摩擦から動摩擦に変化することにより、ポンプ吐出圧 Pは P2まで低下し、可変容量油圧ポンプ 2の入力トルク Tも Tmaxまで低下し、ポンプ吐出量 Qは Qlまで上昇して前記馬力一定制御の制御状態に復帰する。

[0011] し力し、エンジン 1に対しては、エンジン回転数が低下している間に、エンジン回転数 Nを定格回転数 NOに戻そうとして、燃料噴射量を増大させる制御が実行される。図 9 (e)及び図 9 (g)に示したように、エンジン回転数の低下時に、エンジン 1の燃料噴射量 qを ql力も q2まで増加させることにより、低下したエンジン回転数 Nを定格回転数 NOまで復帰させる制御が行われる。燃料噴射量 qを qlから q2まで増加させたことにより、図 9 (g)に示した斜線部 Fに相当する燃料噴射量が、エンジン 1の燃料消費を増大させる原因となっている。

[0012] また、従来の建設機械の過負荷防止装置として、例えば、特許文献 1に示された建設機械のエンジンラグダウン抑制装置が知られて、る。このエンジンラグダウン抑制装置は、エンジンによって駆動されるメインポンプと、このメインポンプの最大ポンプトルクを調整するトルク制御弁と、メインポンプ力供給される油圧により駆動される油圧ァクチユエータと、この油圧ァクチユエータを操作する操作装置とを備えている。さらに、このエンジンラグダウン抑制装置には、操作装置が非操作状態力も操作された後、低ポンプトルクに保持する所定の保持時間の経過時点から、油圧ポンプトルクを時間経過に従って所定の増トルク率に基づいて徐々に増カロさせるようにトルク制御弁を制御するトルク制御手段が設けられて、る。

[0013] 特許文献 1のエンジンラグダウン抑制装置は、トルク制御手段によって徐々に油圧ポンプトルクを増力！]させるように構成してあるので、前記所定の保持時間の経過後においてもエンジンにかかる負荷を軽くすることができる。これにより、所定の保持時間の経過後のエンジンラグダウンを小さく抑えることができる。

特許文献 1：特開 2005 - 76670号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0014] しかし、図 7に示した従来技術においては、操作レバーが急操作されたとき、可変容量油圧ポンプの吐出圧が急上昇し、この吐出圧の急上昇の過程で可変容量油圧ポンプの入力トルクは、エンジン回転数が定格回転数のときのトルクをオーバーするように上昇する。この結果、エンジンは、トルクが釣り合うエンジン回転数までラグダウンする。エンジンには、このエンジンラグダウンが発生している間に、エンジン回転数を定格回転数に戻すための燃料噴射量の急上昇が発生し、燃費を悪化させていた。また、可変容量油圧ポンプは、エンジンラグダウンにより吐出量がー且低下するため、油圧ァクチユエータ等の速度が変動して操作性に悪影響を及ぼして、た。

[0015] 特許文献 1に記載の従来技術においては、上記のトルク制御手段により徐々にポンプトルクを増加させて、所定の保持時間の経過後のエンジンラグダウンを小さく抑えるように構成している。しかし、小さく抑えたとしても、エンジンラグダウンが発生するので、燃料噴射量の増加は免れ得ない。

[0016] 本発明は上述の問題に鑑みなされたものであり、油圧ポンプの吐出圧の急上昇時におけるエンジンラグダウンの発生を防止してエンジンの燃料噴射量の急増を防止し、建設機械における全作業時の燃費を低減するとともに、油圧ァクチユエータ等の操作性を向上させることができる建設機械の過負荷防止装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0017] 上記の課題を解決するために、本発明の建設機械の過負荷防止装置は、内燃機関によって駆動される油圧ポンプと、油圧ァクチユエータに対し前記油圧ポンプからの油圧の供給及び排出制御を行う制御弁と、前記制御弁を作動させるパイロット圧を出力する操作レバーと、前記油圧ポンプにおける吐出圧の増加に応じて吐出量を減少させ前記油圧ポンプの入力トルクをほぼ一定に制御するトルク一定制御を実行する吐出量制御手段とを有する建設機械の過負荷防止装置であって、前記操作レバ一の操作状況を検出する操作状況検出手段と、前記操作状況検出手段によって検出された操作状況カゝら前記操作レバーが所定の速さ以上で操作されたと判断した場合に、前記油圧ポンプの入力トルクを前記トルク一定制御時における最小トルク値に設定する制御信号を前記吐出量制御手段に出力し、その後、前記制御信号の信号レベルを所定の制御パターンに従って変化させて、前記油圧ポンプの入力トルクを前記トルク一定制御時における最大トルク値まで上昇させる制御手段とを備えることを特徴とする。 [0018] この構成によれば、操作レバーが急操作されると、油圧ァクチユエータを作動させるための起動圧が発生して油圧ポンプの吐出圧が急上昇する。このとき、操作レバーの急操作に伴うパイロット圧の急上昇が操作状況検出手段によって検出され、この検出信号が制御手段に入力される。制御手段の制御により、油圧ポンプの入力トルクをトルク一定制御時における最小トルク値に設定する制御信号が吐出量制御手段に出力される。この結果、油圧ポンプの吐出圧が急上昇しても吐出量の上昇が抑えられて油圧ポンプの入力トルクは内燃機関のトルクを超えないように制御される。この後、前記制御信号の信号レベルが所定の制御パターンで変化されて、油圧ポンプの入力トルクはトルク一定制御時における最大トルク値まで上昇する。

[0019] また、上記の課題を解決するために、本発明の建設機械の過負荷防止装置は、過給機付きの内燃機関によって駆動される油圧ポンプと、油圧ァクチユエータに対し前記油圧ポンプ力の油圧の供給及び排出制御を行う制御弁と、前記制御弁を作動させるパイロット圧を出力する操作レバーと、前記油圧ポンプにおける吐出圧の増加に応じて吐出量を減少させ前記油圧ポンプの入力トルクをほぼ一定に制御するトルク一定制御を実行する吐出量制御手段とを有する建設機械の過負荷防止装置であつて、前記操作レバーの操作状況を検出する操作状況検出手段と、前記内燃機関の過給圧を検出する過給圧検出手段と、前記操作状況検出手段によって検出された操作状況カゝら前記操作レバーが所定の速さ以上で操作されたと判断した場合に、前記油圧ポンプの入力トルクを所定の値に設定する制御信号を前記吐出量制御手段に出力する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記過給圧検出手段によって検出された過給圧に基づき予め算出された前記内燃機関の発生可能トルクに応じて、前記制御信号により設定される前記所定の値を、前記トルク一定制御時における最小トルク値と最大トルク値の間の任意の値に変化させることを特徴とする。

[0020] この構成によれば、操作レバーの急操作により油圧ポンプの吐出圧が急上昇しても吐出量の上昇が抑えられて、油圧ポンプの入力トルクは内燃機関のトルクを超えないように制御される。油圧ポンプの入力トルクが内燃機関のトルクを超えなヽように制御されている状態において、制御信号の信号レベルを、油圧ポンプのトルク一定制御時における最大トルク値に相当するレベルまで所定の時間内に戻す等の制御を行うことで、油圧ポンプの入力トルクは、操作レバーの急操作前のほぼ一定に制御されていた状態に復帰する。

発明の効果

[0021] 本発明によれば、操作レバーが急操作されて油圧ポンプの吐出圧が急上昇しても油圧ポンプの入力トルクがエンジントルクを超えな、ように制御されることで、エンジン回転数が低下するエンジンラグダウンがなくなり、内燃機関の燃料噴射量の急増を防止することができるため、建設機械における全作業時の燃費を低減することができる。また、エンジンラグダウンがなくなることから、油圧ポンプの吐出量がー且低下する現象がなくなって、油圧ポンプから供給される油圧で作動する油圧ァクチユエータ等の操作性を向上させることができる。

[0022] 本発明によれば、可変容量油圧ポンプの入力トルクが内燃機関のトルクを超えないように制御されている状態において、制御信号の信号レベルを、可変容量油圧ボンプの入力トルクがほぼ一定に制御されるレベルまで所定の時間内に戻す等の任意の制御パターン処理を加えることで、前記可変容量油圧ポンプの入力トルクを、操作レバーの急操作前のほぼ一定に制御されていた状態に復帰させることができる。

図面の簡単な説明

[0023] [図 1]本発明の一実施形態に係る建設機械の過負荷防止装置の油圧回路を示す図である。

[図 2]図 1の実施形態における電磁逆比例弁の 2次圧とポンプ入力トルクの関係を示すトルク特性図である。

[図 3]図 1の実施形態における各特性を示すタイムチャートである。

[図 4]本発明の他の実施形態に係る建設機械の過負荷防止装置の油圧回路を示す図である。

[図 5]図 4の実施形態における電磁逆比例弁の 2次圧とポンプ入力トルクの関係を示すトルク特性図である。

[図 6]図 4の実施形態における各特性を示すタイムチャートである。

[図 7]従来の建設機械用油圧ポンプ駆動系制御装置の油圧回路を示す図である。

[図 8]図 7の油圧ポンプ駆動系制御装置における馬力一定制御及びエンジン回転数とポンプ入力トルクの関係を示す特性図である。

[図 9]図 7の油圧ポンプ駆動系制御装置における各特性を示すタイムチャートである符号の説明

[0024] 1エンジン（内燃機関）

2可変容量油圧ポンプ (メインポンプ）

4制御弁

6操作レバー

7レギユレータ（吐出量制御手段）

8モード切換えスィッチ

9コント口—ラ (制御手段）

10電磁逆比例弁 (入力トルク制御手段）

11シャ卜ノレ弁

12圧力センサ (操作状況検出手段）

22 過給圧センサ

発明を実施するための最良の形態

[0025] 以下、図面を用いて本発明の実施形態に係る建設機械の過負荷防止装置を説明する。図 1は、本発明の一実施形態に係る建設機械の過負荷防止装置の油圧回路を示す図である。図 2は、図 1の実施形態における電磁逆比例弁の 2次圧とポンプ入力トルクの関係を示すトルク特性図である。図 3は、図 1の実施形態における各特性を示すタイムチャートである。なお、図 1において、図 7に示した構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、重複する説明を省略する。

[0026] 上述したように、油圧ポンプの吐出圧の急上昇時におけるエンジンラグダウンの発生を防止して内燃機関の燃料噴射量の急増を防止し、建設機械における全作業時の燃費を低減するとともに油圧ァクチユエータ等の操作性を向上させるために、本実施形態の建設機械の過負荷防止装置は、内燃機関によって駆動される油圧ポンプと、油圧ァクチユエータに対し前記油圧ポンプ力の油圧の供給及び排出制御を行う制御弁と、前記制御弁を作動させるパイロット圧を出力する操作レバーと、前記油圧ポンプにおける吐出圧の増加に応じて吐出量を減少させ前記油圧ポンプの入力トルクをほぼ一定に制御するトルク一定制御を実行する吐出量制御手段とを有する建設機械の過負荷防止装置であって、前記操作レバーの操作状況を検出する操作状況検出手段と、前記操作状況検出手段によって検出された操作状況カゝら前記操作レバーが所定の速さ以上で操作されたと判断した場合に、前記油圧ポンプの入力トルクを前記トルク一定制御時における最小トルク値に設定する制御信号を前記吐出量制御手段に出力し、その後、前記制御信号の信号レベルを所定の制御パターンに従って変化させて、前記油圧ポンプの入力トルクを前記トルク一定制御時における最大トルク値まで上昇させる制御手段とを備える。

[0027] 図 1の過負荷防止装置において、操作レバー 6から制御弁 4の両パイロットポート 4a , 4aにパイロット油圧を導入するための管路 5に、シャトル弁 11が配設されている。シャトル弁 11により、両パイロットポート 4a, 4aのうちのいずれかに入力されるパイロット油圧が取り出され、この取り出されたパイロット油圧が圧力センサ 12に供給される。可変容量油圧ポンプ 2の吐出口は、管路 13を介してレギユレータ（吐出量制御手段） 7 の油圧導入口に連通されている。可変容量油圧ポンプ 2は、その吐出圧をレギユレータ 7に導くことにより、吐出圧の増加に応じて吐出量を減少させ、可変容量油圧ポンプ 2の入力トルクをほぼ一定に制御するトルク一定制御（又は馬力一定制御）を行つて、入力トルクがエンジントルクを超えな、ように運転される。

[0028] 圧力センサ 12により、パイロット油圧の圧力値が検出されてパイロット圧検出信号が出力される。シャトル弁 11を介し操作レバー 6に接続された圧力センサ 12により、操作レバー 6の操作状況を検出する操作状況検出手段が構成される。圧力センサ 12 のパイロット圧検出信号は、コントローラ 9に出力される。

[0029] コントローラ 9は、受け取ったパイロット圧検出信号に基づき、パイロット圧の上昇率 (1 7^(図3 (&)の八部拡大図参照）を求め、この上昇率 dpZdtの値に基づき、操作レバー 6が所定の速さ以上で操作されたカゝ否かを判断する。

[0030] この操作レバー 6が所定の速さ以上で操作されたと判断されたとき、コントローラ 9から所定の電流信号が出力され、所定の電流信号が電磁逆比例弁 10の駆動部 10aに入力される。電磁逆比例弁 10は、前記所定の電流信号を受けて、可変容量油圧ポンプ 2の入力トルクを所定の値まで減少させる制御信号を出力し、前記制御信号を吐出量制御手段としてのレギユレータ 7に入力させるように構成されて、る。

[0031] 次に、図 2及び図 3を用いて、図 1の過負荷防止装置の作用を説明する。操作レバ一 6が急操作されず、パイロット圧の上昇が緩やかな場合、可変容量油圧ポンプ 2の吐出圧 Pも緩やかに上昇する。このとき、可変容量油圧ポンプ 2における馬力一定制御も、吐出圧 Pの緩やかな上昇に追従して、可変容量油圧ポンプ 2の入力トルク丁が、エンジントルクをオーバーすることはない。したがって、エンジンラグダウンが発生することはなぐエンジン 1の燃料噴射が正常に行われる。

[0032] 一方、操作レバー 6が急操作された場合は、油圧ァクチユエ一タ等を作動させるための起動圧が発生して、図 3 (c)に示したように、可変容量油圧ポンプ 2の吐出圧 Pが一気に P1まで上昇する。このとき、前記操作レバー 6の急操作に伴うパイロット圧の急上昇がシャトル弁 11を介して圧力センサ 12によって検出され、圧力センサ 12のパィロット圧検出信号がコントローラ 9に出力される。

[0033] コントローラ 9は、パイロット圧の上昇率 dpZdtが所定の値 a以上（即ち、 a≤dpZdt )であることを確認して、操作レバー 6が所定の速さ以上で操作されたと判断する（図 3 (a)参照)。コントローラ 9は、この判断結果に基づいて、所定の電流信号を電磁逆比例弁 10の駆動部 10aに出力する。

[0034] 電磁逆比例弁 10は、前記所定の電流信号を受け取り、図 2及び図 3に示すように、可変容量油圧ポンプ 2の入力トルク Tをトルク一定制御時における最小トルク値 Tmi nに設定する制御信号として 2次圧 Pf 2を出力する（図 3 (d)及び図 3 (f)参照)。電磁逆比例弁 10の 2次圧 Pf2はレギユレータ 7に供給される。この結果、可変容量油圧ポンプ 2は、前記のように吐出圧 Pが急上昇しても吐出量 Qの上昇が抑えられて、入力トルク Tはエンジントルクを超えないように制御される（図 3 (b)、図 3 (c)及び図 3 (d)参照)。

[0035] 電磁逆比例弁 10が 2次圧 Pf2を出力した時点 tl力も所定の時間だけ経過したときの時点 t2までに、コントローラ 9は、電磁逆比例弁 10から出力される 2次圧 Pfの信号レベルを、可変容量油圧ポンプ 2のトルク一定制御時における最小トルク値 Tminに相当する 2次圧 Pf2から、所定の制御パターンに従って、トルク一定制御時における最大トルク値 Tmaxに相当する 2次圧 Pflまで変化させる。この電磁逆比例弁 10から出力される 2次圧 Pfの変化により、可変容量油圧ポンプ 2の入力トルク Tは、トルク一定制御時における最大トルク値 Tmaxまで上昇する。

[0036] 上述のように、電磁逆比例弁 10からの 2次圧 Pfの信号レベルを変化させるためにコントローラ 9が用いる所定の制御パターンとしては、（1)電磁逆比例弁 10からの 2次圧 Pfの信号レベルを、可変容量油圧ポンプ 2のトルク一定制御時における最大トルク値 Tmaxに相当するレベルまで所定の時間内に戻す第 1の制御パターン、 (2)ェンジン 1の回転数が目標回転数に対し所定の回転数以内にある場合、電磁逆比例弁 1 0からの 2次圧 Pfの信号レベルを、可変容量油圧ポンプ 2のトルク一定制御時における最大トルク値 Tmaxに相当するレベルまで任意の値ずつ戻す第 2の制御パターン、 (3)電磁逆比例弁 10からの 2次圧 Pfの信号レベルを、ー且所定の時間内に任意の値まで戻した後、エンジン 1の回転数が目標回転数に対し所定の回転数以内にある場合、可変容量油圧ポンプ 2のトルク一定制御時における最大トルク値 Tmaxに相当するレベルまで任意の値ずつ戻す第 3の制御パターンのうちのいずれかの制御パターンが採用される。

[0037] 上述したように、本実施形態に係る建設機械の過負荷防止装置においては、操作レバー 6が急操作されて可変容量油圧ポンプ 2の吐出圧 Pが急上昇しても可変容量油圧ポンプ 2の入力トルク Tがエンジントルクを超えな!/、ように制御されることで、ェンジン 1の回転数が一時的に低下するエンジンラグダウンが発生しなくなり、エンジン 1 の燃料噴射量の急増を防止することができる（図 3 (e)及び図 3 (g)参照)。したがって、建設機械における全作業時の燃費を低減することができる。

[0038] また、エンジンラグダウンがなくなることから、可変容量油圧ポンプ 2の吐出量 Qがー時的に低下する現象がなくなって、可変容量油圧ポンプ 2から供給される油圧で作動する油圧ァクチユエータ等の操作性を向上させることができる。

[0039] 可変容量油圧ポンプ 2の入力トルク Tがエンジントルクを超えな!/、ように制御されている状態において、電磁逆比例弁 10からの 2次圧 Pfの信号レベルを、可変容量油圧ポンプ 2のトルク一定制御時における最大トルク値 Tmaxに相当するレベルまで所定の時間内に戻す等の制御パターン処理を行うことで、可変容量油圧ポンプ 2の入力トルク Tを、操作レバー 6の急操作前のほぼ一定に制御されて、た状態に復帰させることがでさる。

[0040] 次に、本発明の他の実施態様について説明する。油圧ショベル等の建設機械の駆動系に過給機付きエンジンを用いた場合、過給圧が十分であっても、不十分であつても、掘削状況や操作状況に応じて急激にノィロット圧が上昇した際には、上述の実施形態と同様に、油圧ァクチユエータ等の操作性を悪化させることなぐエンジンラグダウンを防止して燃費低減を達成することが望まし、。

[0041] 建設機械の駆動系に過給機付きのエンジンを用いた場合、建設機械の作業中、又は作業停止後直ちに作業を再開した際等の高負荷状態にあるときには、エンジンの過給圧 Psは、図 3 (i)の一点鎖線で示したように、十分に高い過給圧 Pslが得られる。一方、建設機械が未作業状態 (無負荷状態)であるときには、エンジンの過給圧 Ps は、図 3 (i)の二点鎖線で示したように、比較的低い過給圧 Ps2に設定される。この場合には、十分なエンジンの出力トルクが得られなくなる。すなわち、過給圧 Psが Psl の時、エンジンの発生可能トルク Teは、図 3 (h)の一点鎖線で示したように、十分大きなトルク Telが得られる一方、過給圧 Ps2の時には、エンジンの発生可能トルク Teは、図 3 (h)の二点鎖線で示したように、比較的小さなトルク Te2しか得られなヽ。

[0042] し力しながら、従来の油圧ポンプ駆動系制御装置においては、エンジンが高負荷状態であっても、無負荷状態であっても、同様の制御を行っていた。すなわち、ェンジンの発生可能トルク Teが Telの時において、油圧ポンプはその入力トルクを大きく設定して、より大きな仕事量が得られるにも関わらず、エンジンの発生可能トルク Te が Te2の時と同じ仕事量に抑えられていた。このため、油圧ァクチユエータ等の加速が鈍る等、操作性を悪化させる要因となっていた。

[0043] 上記の課題を解決するため、下記の実施形態の建設機械の過負荷防止装置は、過給機付きの内燃機関によって駆動される油圧ポンプと、油圧ァクチユエータに対し前記油圧ポンプからの油圧の供給及び排出制御を行う制御弁と、前記制御弁を作動させるパイロット圧を出力する操作レバーと、前記油圧ポンプにおける吐出圧の増加に応じて吐出量を減少させ前記油圧ポンプの入力トルクをほぼ一定に制御するトルクー定制御を実行する吐出量制御手段とを有する建設機械の過負荷防止装置であって、前記操作レバーの操作状況を検出する操作状況検出手段と、前記内燃機関の過給圧を検出する過給圧検出手段と、前記操作状況検出手段によって検出された操作状況力前記操作レバーが所定の速さ以上で操作されたと判断した場合に、前記油圧ポンプの入力トルクを所定の値に設定する制御信号を前記吐出量制御手段に出力する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記過給圧検出手段によつて検出された過給圧に基づき予め算出された前記内燃機関の発生可能トルクに応じて、前記制御信号により設定される前記所定の値を、前記トルク一定制御時における最小トルク値と最大トルク値の間の任意の値に変化させる。

[0044] 図 4は、本発明の一実施態様に係る建設機械の過負荷防止装置の油圧回路を示す図である。図 5は、図 4の実施形態における電磁逆比例弁の 2次圧とポンプ入力トルクの関係を示すトルク特性図である。図 6は、図 4の実施形態における各特性を示すタイムチャートである。なお、図 4において、図 1に示した構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付し、重複する説明を省略する。

[0045] 図 4の過負荷防止装置において、過給機付きエンジン 1には過給圧センサ 22が取り付けてあり、この過給圧センサ 22は、動作時にエンジン 1へ供給される過給圧を検出して、過給圧検出信号をコントローラ 9に出力する。また、操作レバー 6から制御弁 4の両パイロットポート 4a, 4aにパイロット油圧を導入するための管路 5に、シャトル弁 11が配設されている。このシャトル弁 11により、両パイロットポート 4a, 4aのうちのいずれかに入力されるパイロット油圧が取り出され、この取り出されたパイロット油圧が圧力センサ 12に供給される。可変容量油圧ポンプ 2の吐出口は、管路 13を介してレギユレータ（吐出量制御手段） 7の油圧導入口に連通されて、る。可変容量油圧ボンプ 2は、その吐出圧をレギユレータ 7に導くことにより、吐出圧の増加に応じて吐出量を減少させ、可変容量油圧ポンプ 2の入力トルクをほぼ一定に制御するトルク一定制御（又は馬力一定制御）を行って、入力トルクがエンジントルクを超えないように運転される。

[0046] 圧力センサ 12により、パイロット油圧の圧力値が検出されてパイロット圧検出信号が出力される。シャトル弁 11を介し操作レバー 6に接続された圧力センサ 12により、操作レバー 6の操作状況を検出する操作状況検出手段が構成される。圧力センサ 12 のパイロット圧検出信号は、コントローラ 9に出力される。

[0047] コントローラ 9は、受け取ったパイロット圧検出信号に基づき、パイロット圧の上昇率 (1 7^(図3 (&)の八部拡大図参照）を求め、この上昇率 dpZdtの値に基づき、操作レバー 6が所定の速さ以上で操作されたカゝ否かを判断する。

[0048] この操作レバー 6が所定の速さ以上で操作されたと判断されたとき、コントローラ 9から所定の電流信号が出力され、所定の電流信号が電磁逆比例弁 10の駆動部 10aに入力される。電磁逆比例弁 10は、前記所定の電流信号を受けて、可変容量油圧ポンプ 2の入力トルクを所定の値まで減少させる制御信号を出力し、前記制御信号を吐出量制御手段としてのレギユレータ 7に入力させるように構成されて、る。

[0049] また、図 4の過負荷防止装置におけるコントローラ 9では、エンジン 1の様々な動作状態において過給圧センサ 22から受け取った過給圧検出信号に基づき、その過給圧検出値に応じてエンジン 1の発生可能トルク Teを予め算出しておく。例えば、図 6 ( a)及び図 6(d)に示したように、高負荷状態時の過給圧 Psが Pslであるとき、ェンジン 1の発生可能トルク Teは十分大きなトルク値 Telとなるように算出しておく。同様に、無負荷状態時の過給圧 Psが Ps2であるときには、エンジンの発生可能トルク Teは、比較的小さなトルク値 Te2となるように算出しておく（Psl〉Ps2、 Tel〉Te2)。

[0050] 次に、図 5及び図 6を用いて、図 4の過負荷防止装置の作用を説明する。操作レバ一 6が急操作されず、パイロット圧の上昇が緩やかな場合、可変容量油圧ポンプ 2の吐出圧 Pも緩やかに上昇する。このとき、可変容量油圧ポンプ 2における馬力一定制御も、吐出圧 Pの緩やかな上昇に追従して、可変容量油圧ポンプ 2の入力トルク丁が、エンジントルクをオーバーすることはない。したがって、エンジンラグダウンが発生することはなぐエンジン 1の燃料噴射が正常に行われる。

[0051] 一方、操作レバー 6が急操作された場合、コントローラ 9は、圧力センサ 12のパイ口ット圧検出信号が示すパイロット圧の上昇率 dpZdtが所定の値 a以上 (即ち、 a≤dp Zdt)であることを確認して、操作レバー 6が所定の速さ以上で操作されたと判断する。コントローラ 9は、この判断結果に基づいて、所定の電流信号を電磁逆比例弁 10の駆動部 10aに出力する。

[0052] 電磁逆比例弁 10は、前記所定の電流信号を受け取り、図 5及び図 6に示すように、可変容量油圧ポンプ 2の入力トルク Tをトルク一定制御時における最大トルク値 Tma Xと最小トルク値 Tminの間の任意の中間値 Tmidに設定する制御信号として 2次圧 P f 3を出力する（図 6 (c)及び図 6 (e)参照)。電磁逆比例弁 10の 2次圧 Pf 3はレギユレータ 7に供給される。この結果、可変容量油圧ポンプ 2は、図 1の実施形態と同様に、吐出圧 Pが急上昇しても吐出量 Qの上昇が抑えられて、入力トルク Tはエンジントルクを超えないように制御される。さらに、エンジン 1の発生可能トルク Teが十分大きなトルク値 Telであるときには、図 6 (b)の斜線部 Fで示したように、油圧ポンプの吐出量 Qが図 1の実施形態の場合と比較して余分に得られるため、油圧ァクチユエータ等の加速性を向上させることができる。

[0053] 電磁逆比例弁 10が 2次圧 Pf3を出力した時点 tl力も所定の時間だけ経過したときの時点 t2までに、コントローラ 9は、電磁逆比例弁 10から出力される 2次圧 Pfの信号レベルを、可変容量油圧ポンプ 2のトルク一定制御時における最大トルク値 Tmaxと最小トルク値 Tminの間の中間値 Tmidに相当する 2次圧 Pf 3から、所定の制御パターンに従って、トルク一定制御時における最大トルク値 Tmaxに相当する 2次圧 Pfl まで変化させる。この電磁逆比例弁 10から出力される 2次圧 Pfの変化により、可変容量油圧ポンプ 2の入力トルク Tは、トルク一定制御時における最大トルク値 Tmaxまで上昇する。

[0054] 図 1の実施形態と同様に、電磁逆比例弁 10からの 2次圧 Pfの信号レベルを変化させるために図 4のコントローラ 9が用いる所定の制御パターンとしては、（1)電磁逆比例弁 10からの 2次圧 Pfの信号レベルを、可変容量油圧ポンプ 2のトルク一定制御時における最大トルク値 Tmaxに相当するレベルまで所定の時間内に戻す第 1の制御ターン、 (2)エンジン 1の回転数が目標回転数に対し所定の回転数以内にある場合、電磁逆比例弁 10からの 2次圧 Pfの信号レベルを、可変容量油圧ポンプ 2のトルク一定制御時における最大トルク値 Tmaxに相当するレベルまで任意の値ずつ戻す第 2の制御パターン、（3)電磁逆比例弁 10からの 2次圧 Pfの信号レベルを、ー且所定の時間内に任意の値まで戻した後、エンジン 1の回転数が目標回転数に対し所定の回転数以内にある場合、可変容量油圧ポンプ 2のトルク一定制御時における最大トルク値 Tmaxに相当するレベルまで任意の値ずつ戻す第 3の制御パターンのうちの V、ずれかの制御パターンが採用される。

[0055] 上述したように、図 4の過負荷防止装置においては、操作レバー 6が急操作されて可変容量油圧ポンプ 2の吐出圧 Pが急上昇しても可変容量油圧ポンプ 2の入力トルク Tがエンジントルクを超えないように制御されることで、エンジン 1の回転数が一時的に低下するエンジンラグダウンが発生しなくなり、エンジン 1の燃料噴射量の急増を防止することができる。したがって、建設機械における全作業時の燃費を低減することができる。また、エンジンの発生可能トルクが十分大きなトルク値であるとき、油圧ボンプの吐出量を図 1の実施形態の場合より大きくできるので、油圧ァクチユエータ等の加速性を向上させることができる。

[0056] 図 6の例では、過給圧が Pslである場合のみを示した力エンジンの動作状況により過給圧は様々な値となり、それぞれの値に応じてエンジンの発生可能トルクが変動するため、過給圧 Ps、電磁逆比例弁 2次圧 Pf、ポンプトルク Tの変化は図 6の例に限定されるものではない。検出した過給圧に基づき、コントローラ 9が電磁逆比例弁 10 の 2次圧 Pfを変化させることにより、油圧ポンプ 2の入力トルクをそのときのエンジントルクに最適な値に適合させることが可能である。

[0057] 上述したように、図 4の実施形態によれば、エンジンラグダウンの発生が防止され、不必要な燃料を噴射することがないため、燃費を向上させることができると共に、ェンジンの発生可能トルクが十分大きいときには、油圧ポンプの吐出量を大きくできるので、油圧ァクチユエータ等の応答性を確保することができる。

[0058] なお、上述の実施形態では操作レバーの急操作を検出することで電磁逆比例弁の制御を行っている力油圧ポンプの吐出圧の急上昇を検することによって同様の電磁逆比例弁制御を行ってもよい。さらに、上述の実施形態では電磁逆比例弁を具体例として挙げているが、電磁比例弁や他の電磁弁を用いても同様の効果を得ることができる。

[0059] 本発明は具体的に開示された上述の実施形態に限定されるものではなぐ特許請求の範囲力逸脱することなく種々の変形や変更が可能である。

[0060] 本出願は 2006年 5月 10日出願の優先権主張日本特許出願第 2006— 131975 号に基づいており、その全内容がここに援用されている。

Claims

請求の範囲

[1] 内燃機関によって駆動される油圧ポンプと、油圧ァクチユエータに対し前記油圧ポンプ力の油圧の供給及び排出制御を行う制御弁と、前記制御弁を作動させるパイロット圧を出力する操作レバーと、前記油圧ポンプにおける吐出圧の増加に応じて吐出量を減少させ前記油圧ポンプの入力トルクをほぼ一定に制御するトルク一定制御を実行する吐出量制御手段とを有する建設機械の過負荷防止装置であって、前記操作レバーの操作状況を検出する操作状況検出手段と、前記操作状況検出手段によって検出された操作状況力前記操作レバーが所定の速さ以上で操作されたと判断した場合に、前記油圧ポンプの入力トルクを前記トルク一定制御時における最小トルク値に設定する制御信号を前記吐出量制御手段に出力し、その後、前記制御信号の信号レベルを所定の制御パターンに従って変化させて、前記油圧ポンプの入力トルクを前記トルク一定制御時における最大トルク値まで上昇させる制御手段とを備えることを特徴とする建設機械の過負荷防止装置。

[2] 請求項 1記載の建設機械の過負荷防止装置において、前記制御手段が用いる前記所定の制御パターンは、前記制御信号の信号レベルを、前記トルク一定制御時における最大トルク値に相当するレベルまで所定の時間内に戻す第 1の制御パターンと、前記内燃機関の回転数が目標回転数に対し所定の回転数以内にある場合、前記制御信号の信号レベルを、前記トルク一定制御時における最大トルク値に相当するレベルまで任意の値ずつ戻す第 2の制御パターンと、前記制御信号の信号レベルを一旦所定の時間内に任意の値まで戻した後、前記内燃機関の回転数が目標回転数に対し所定の回転数以内にある場合、前記制御信号の信号レベルを、前記トルク一定制御時における最大トルク値に相当するレベルまで任意の値ずつ戻す第 3の制御パターンの中、いずれかであることを特徴とする建設機械の過負荷防止装置。

[3] 請求項 1記載の建設機械の過負荷防止装置において、前記油圧ポンプは可変容量油圧ポンプにより構成され、前記操作状況検出手段は前記操作レバーに接続された圧力センサにより構成されることを特徴とする建設機械の過負荷防止装置。

[4] 過給機付きの内燃機関によって駆動される油圧ポンプと、油圧ァクチユエ一タに対し前記油圧ポンプ力の油圧の供給及び排出制御を行う制御弁と、前記制御弁を作動させるパイロット圧を出力する操作レバーと、前記油圧ポンプにおける吐出圧の増加に応じて吐出量を減少させ前記油圧ポンプの入力トルクをほぼ一定に制御するトルクー定制御を実行する吐出量制御手段とを有する建設機械の過負荷防止装置であって、

前記操作レバーの操作状況を検出する操作状況検出手段と、前記内燃機関の過給圧を検出する過給圧検出手段と、前記操作状況検出手段によって検出された操作状況力も前記操作レバーが所定の速さ以上で操作されたと判断した場合に、前記油圧ポンプの入力トルクを所定の値に設定する制御信号を前記吐出量制御手段に出力する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記過給圧検出手段によって検出された過給圧に基づき予め算出された前記内燃機関の発生可能トルクに応じて、前記制御信号により設定される前記所定の値を、前記トルク一定制御時における最小トルク値と最大トルク値の間の任意の値に変化させることを特徴とする建設機械の過負荷防止装置。

請求項 4記載の建設機械の過負荷防止装置にお、て、前記油圧ポンプは可変容量油圧ポンプにより構成され、前記操作状況検出手段は前記操作レバーに接続された圧力センサにより構成され、前記過給圧検出手段は前記内燃機関に取り付けた圧力センサにより構成されることを特徴とする建設機械の過負荷防止装置。