JP2006009888A

JP2006009888A - 建設機械の油圧制御回路

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Publication number: JP2006009888A
Application number: JP2004186109A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Shimada; 佳幸嶋田; Tetsuya Yoshino; 鉄也芳野; Hironari Kanenawa; 裕也金縄
Original assignee: Caterpillar Mitsubishi Ltd; Shin Caterpillar Mitsubishi Ltd
Current assignee: Caterpillar Japan Ltd; Caterpillar Mitsubishi Ltd
Priority date: 2004-06-24
Filing date: 2004-06-24
Publication date: 2006-01-12
Anticipated expiration: 2024-06-24
Also published as: JP4232974B2

Abstract

【課題】重量物を上下動させる油圧シリンダと、該油圧シリンダの圧油供給源となる可変容量型の油圧ポンプと、油圧シリンダの重量保持側油室からの排出油を重量非保持側油室に供給する再生用回路とを備えた油圧制御回路において、重量物の空中下動時におけるポンプ流量を低下させて省エネルギー化を図ると共に、エンジン回転数の変化に伴うポンプ流量の変化にも対応できるようにする。
【解決手段】ネガティブコントロールラインＧに、油圧ポンプ１１の流量を低下させるためのポンプ流量低下信号圧を油圧ポンプの容量可変装置１１ａに出力する電磁比例圧力制御弁２７を接続し、重量物の下動に抗する外力が働いていないと判別された場合に、コントローラ２８から電磁比例圧力制御弁２７に対してポンプ流量低下信号圧出力の制御信号が出力されるように構成すると共に、該ポンプ流量低下信号圧は、エンジン回転数の高低に対応して増減制御されるように構成した。
【選択図】図２

Description

本発明は、重量物を上下動させるための油圧シリンダを備えた建設機械の油圧制御回路の技術分野に属するものである。

一般に、油圧ショベル等の建設機械には、重量物を上下動させるための油圧シリンダ等の各種油圧アクチュエータや、これら油圧アクチュエータの圧油供給源となる可変容量型の油圧ポンプが設けられているが、油圧アクチュエータが例えば油圧ショベルのブームを上下動せしめるためのブームシリンダの場合、該ブームシリンダは、重量保持側油室であるヘッド側油室への油供給および重量非保持側油室であるロッド側油室からの油排出で伸長してブームを上動させ、またロッド側油室への油供給およびヘッド側油室からの油排出で縮小してブームを下動させるように構成されている。
ところで、前記ブームを空中で下動させる場合、該ブームにかかっている重量（フロントアタッチメントにかかっている総重量）がシリンダを縮小させる力として作用するため、ヘッド側油室の圧力はロッド側油室の圧力よりも高圧となる。そこで従来、ブームの下動時にヘッド側油室からの排出油を再生油としてロッド側油室に供給する再生用回路を設け、ヘッド側油室の圧力がロッド側油室の圧力よりも高圧のあいだは油圧ポンプからの供給圧油に加えて上記再生油がロッド側油室に供給されるように構成し、これによりロッド側油室が減圧状態になることなくブームシリンダの下動速度を速くすることができると共に、ブームシリンダと圧油供給源を共用する他の油圧アクチュエータ（例えばバケットシリンダ）との連動操作時に、再生によって得られた余剰のポンプ流量を他の油圧アクチュエータに供給できるようにしたものがある。
一方、建設機械に設けられる可変容量型の油圧ポンプの流量制御の一つとして、ネガティブコントロール信号圧に基づいて油圧ポンプの吐出流量を増減させる、所謂ネガティブ流量制御が広く知られている。該ネガティブ流量制御は、例えば前記ブームシリンダの場合で説明すると、ブーム用操作具の操作に基づいてブームシリンダへの油供給排出制御を行う制御バルブに、センタバイパス油路が通るセンタバイパス用弁路を形成すると共に、該センタバイパス用弁路は、ブーム用操作具が操作されていないときに開度量が最大で、ブーム用操作具の操作量が大きくなるほど開度量が小さくなるように設定される。前記センタバイパス油路は、油圧ポンプから制御バルブのセンタバイパス用弁路を通り、さらにネガティブリリーフ弁を経由して油タンクに至る油路であって、該センタバイパス油路のネガティブリリーフ弁の入口側の流量は、ネガティブコントロール信号圧として油圧ポンプの容量可変手段に導かれる。このネガティブコントロール信号圧は、センタバイパス油路の流量が最大のとき、つまり操作具が操作されていないときに最も高圧となり、操作具の操作量が大きくなってセンタバイパス油路の流量が少なくなるほど低圧となるが、油圧ポンプの容量可変手段は、ネガティブコントロール信号圧が高圧のときにはポンプ流量を少なくし、低圧になるほどポンプ流量を増加させるように流量制御する。これにより、油圧ポンプの流量は、操作具が操作されていない状態では最小となり、操作具の操作量が大きくなるに従い増加するように制御される。
ところで、前述した再生用回路が設けられているブームシリンダの油圧制御回路において、ブームを空中で下動させる場合、ロッド側油室にはヘッド側油室からの再生油が供給されるため、油圧ポンプからロッド側油室への圧油供給は殆ど不要となる。しかるに、前述したネガティブ流量制御では、ブーム用操作具の操作量に対応してポンプ流量が増加するから、該増加したポンプ流量が無駄となる。そこで、ブーム用操作具を下動側に操作したときのブーム用制御バルブのセンタバイパス用弁路の開度量を大きく設定して、ブーム下動側に操作したときの油圧ポンプの吐出流量を小さくし、これにより再生油を最大限有効に利用することが提唱される。
しかしながら、ブームを下動させてバケットで土を転圧する転圧作業を行う場合や、ブームを下動させながらバケットによる斜面の法切り作業を行うような場合にはブームの下動に抗する外力が作用するため、ブームシリンダのロッド側油室に油圧ポンプからの高圧の圧油を供給する必要がある。この様な場合、前述したようにブーム用操作具を下動側に操作したときのブーム用制御バルブのセンタバイパス用弁路の開度量を大きく設定してあると、油圧ポンプの吐出流量が足らなくなって、転圧作業や法切り作業の作業能率が著しく低下するという問題が生じる。

この改善策として、センタバイパス用油路のネガティブリリー弁の上流側に切換えバルブを配し、該切換えバルブを、ブームの下動に抗する力が働いていないと判別された場合にはセンタバイパス油路を開き、働いていると判別された場合にはセンタバイパス油路を閉じるように設定し、これにより、ブームを空中で下動させる場合には油圧ポンプの吐出流量を少なくする一方、転圧作業や法切り作業でブームを下動させる場合には油圧ポンプの吐出流量を多くできるように構成したものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平１１−２４７２３６号公報

ところで、建設機械に設けられる油圧ポンプの可変容量手段は、一般的に、前述したネガティブ流量制御だけでなく、エンジン回転数と作業負荷に対応した制御信号に基づく流量制御も行うように構成されている。つまり、エンジン回転数が低い場合にはポンプ流量を少なくし、エンジン回転数が高い場合にはポンプ流量を多くするように制御される。このため、エンジンが低回転数のときと高回転数のときではポンプ流量が異なることになるが、前記特許文献１のセンタバイパス油路に設けられた切換えバルブでは、このようなエンジン回転数に伴うポンプ流量の変化に対応することはできず、而して、ブームを空中で下動させる場合に、エンジンが低回転数であるとポンプ流量が不足してロッド側油室が減圧状態になったり、あるいはエンジンが高回転数であるとポンプ流量が増加して再生油を最大限利用できない惧れがあって、更なる改善が望まれ、ここに本発明が解決しようとする課題がある。

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、上下動自在な重量物を、重量保持側油室への油供給および重量非保持側油室からの油排出で上動させ、重量非保持側油室への油供給および重量保持側油室からの油排出で下動させるよう伸縮作動する油圧シリンダと、該油圧シリンダの圧油供給源となる可変容量型の油圧ポンプと、操作具操作に基づいて前記油圧シリンダの両油室に対する圧油供給排出制御を行う制御バルブと、重量保持側油室からの排出油を重量非保持側油室に供給する再生用回路と、前記操作具の操作量の増減に対応して油圧ポンプの流量を増減させるべくネガティブコントロール信号圧を油圧ポンプの容量可変手段に出力するネガティブコントロールラインとを備えた建設機械の油圧制御回路において、前記ネガティブコントロールラインに、油圧ポンプの流量を低下させるためのポンプ流量低下信号圧を前記ネガティブコントロール信号圧に代えて油圧ポンプの容量可変手段に出力する圧力制御弁を接続すると共に、前記重量物の下動操作時に、該重量物の下動に抗する外力が働いているか否かを判別し、重量物の下動に抗する外力が働いていないと判別された場合に、前記圧力制御弁に対してポンプ流量低下信号圧を出力するよう制御信号を出力するコントローラを設けたことを特徴とするものである。
そして、この様にすることにより、重量物の下動に抗する外力が働いていない状態で重量物を下動させる場合には、圧力制御弁からポンプ流量低下信号圧が出力されて油圧ポンプの吐出流量が少なくなり、再生油を最大限利用し得て省エネルギー化を達成できる一方、重量物の下動に抗する外力が働いている場合には、操作具の操作量に対応したネガティブコントロール信号圧により油圧ポンプの流量制御がなされることになって、例えばブームを下動させて転圧作業や斜面の法切り作業を行うような場合には、これら作業を行うのに十分な吐出流量を確保できる。
請求項２の発明は、請求項１において、再生用回路に、該再生用回路を開閉する開閉弁を設ける一方、コントローラは、重量物の下動に抗する外力が働いていないと判別され、且つ、再生用回路が開いている場合に、圧力制御弁に対してポンプ流量低下信号圧を出力するよう制御信号を出力することを特徴とするものである。
そして、この様にすることにより、再生用回路が開いていない場合には圧力制御弁からポンプ流量低下信号圧が出力されないことになり、而して、再生用回路が開いていない状態でポンプ流量が低下して油圧シリンダの重量非保持側油室への供給油量が不足してしまうような不具合を回避できる。
請求項３の発明は、請求項１乃至２において、油圧制御回路は、油圧シリンダと圧油供給源を共用する他の油圧アクチュエータを備える一方、コントローラは、油圧ポンプから前記他の油圧アクチュエータに圧油供給されている場合、重量物の下動に抗する外力が働いていないと判別されても、圧力制御弁に対してポンプ流量低下信号圧出力の制御信号を出力しないことを特徴とするものである。
そして、この様にすることにより、油圧シリンダと圧油供給源を共用する他の油圧アクチュエータに圧油供給されている場合には圧力制御弁からポンプ流量低下信号圧が出力されないことになり、而して、他の油圧アクチュエータとの連動操作時においてポンプ流量が低下して他の油圧アクチュエータの作業効率が低下してしまうような不具合を回避できる。
請求項４の発明は、請求項１乃至３の何れかにおいて、重量物の下動に抗する外力が働いているか否かの判別は、油圧ポンプの吐出圧を検出する圧力検出手段からコントローラに入力される信号に基づいて行うことを特徴とするものである。
そして、この様にすることにより、重量物の下動に抗する外力が働いているか否かの判別を簡単に行うことができる。
請求項５の発明は、請求項１乃至４の何れかにおいて、コントローラは、エンジン回転数を判別するエンジン回転数判別手段からの信号を入力する一方、圧力制御弁は、コントローラからの制御信号に基づいて出力信号圧が増減する圧力制御サーボ弁で構成され、さらにコントローラは、エンジン回転数判別手段から入力されるエンジン回転数の高低に対応して圧力制御弁から出力されるポンプ流量低下信号圧を増減せしめるように制御することを特徴とするものである。
そして、この様にすることにより、エンジンが低回転数のときであっても油圧シリンダに供給されるポンプ流量が少なくなりすぎてしまうことなく、またエンジンが高回転数のときであっても再生油量を最大限利用できることになる。

次に、本発明の第一の実施の形態について、図面に基づいて説明する。図１において、１は油圧ショベルであって、該油圧ショベル１は、クローラ式の下部走行体２、該下部走行体２に旋回自在に支持される上部旋回体３、該上部旋回体３に装着されるフロントアタッチメント４等から構成されており、さらに該フロントアタッチメント４は、基端部が上下揺動自在に支持されるブーム５、該ブーム５の先端部に前後揺動自在に支持されるスティック６、該スティック６の先端部に前後揺動自在に支持されるバケット７等の各部から構成されており、さらに、図示しない左右の走行用モータや旋回用モータ、ブームシリンダ８、スティックシリンダ９、バケットシリンダ１０等の各種の油圧アクチュエータが設けられている等の基本的構成は従来通りである。

扨、油圧ショベル１には、前記各種油圧アクチュエータや油圧ポンプ、油タンク等から構成される油圧制御回路が設けられているが、該油圧制御回路のうち、本実施の形態に関する部分を図２に示すと、該図２において、８はブームシリンダ、１０はバケットシリンダ、１１はエンジンＥの回転により駆動する可変容量型の油圧ポンプ、１１ａは油圧ポンプ１１の容量可変装置、１２は定容量型の油圧ポンプ、１３は油タンク、１４はブーム用制御バルブ、１５はバケット用制御バルブ、１６、１７は図示しない他の油圧アクチュエータ用の制御バルブ、１８はブーム用パイロットバルブ、１９はバケット用パイロットバルブであって、これらブーム用、バケット用の各パイロットバルブ１８、１９は、ブーム用、バケット用の操作具２０、２１の操作に基づいてブーム用、バケット用の各制御バルブ１４、１５にパイロット圧油を出力する。この場合、パイロットバルブ１８、１９から出力されるパイロット圧の圧力は、操作具２０、２１の操作量の増減に対応して増減するように構成されている。

前記各制御バルブ１４〜１７は何れもパイロット操作式の三位置切換え弁であって、これら制御バルブ１４〜１７は、パイロット圧油が供給されていない状態では、対応する油圧アクチュエータへの油供給排出を行わない中立位置Ｎに位置しているが、パイロット圧油が供給されることに基づいて作動位置ＸまたはＹに切換わって、油圧アクチュエータに対する油供給排出をそれぞれ行うように構成されている。尚、ブーム用制御バルブ１４の詳細については、後述する。

ここで、図２の油圧制御回路の基本的な油路について説明すると、まず油圧ポンプ１１からの圧油が供給されるセンタバイパス油路Ａは、各制御バルブ１６、１４、１５、１７に形成されるセンタバイパス用弁路１６ａ、１４ａ、１５ａ、１７ａを順次通過し、さらにネガティブリリーフ弁２２を経由して、油タンク１３に至る。

また、前記センタバイパス油路Ａに並列状に設けられるパラレル油路Ｂは、油圧ポンプ１１からの供給圧油を、作動位置Ｘ、Ｙの各制御バルブ１６、１４、１５、１７に形成される供給用弁路１６ｂ、１４ｂ、１５ｂ、１７ｂに供給する。

さらに、タンク油路Ｃは、作動位置Ｘ、Ｙの各制御バルブ１６、１４、１５、１７に形成される排出用弁路１６ｃ、１４ｃ、１５ｃ、１７ｃからの排出油を、油タンク１３に流すようになっている。

次いで、前記ブーム用制御バルブ１４の詳細について説明すると、該ブーム用制御バルブ１４は、伸長側、縮小側のパイロットポート１４ｄ、１４ｅを有しており、両パイロットポート１４ｄ、１４ｅにパイロット圧油が供給されていない状態では中立位置Ｎに位置しているが、ブーム用操作具２０のブーム上動（ブームシリンダ伸長）側操作に基づいてブーム用パイロットバルブ１８から伸長側パイロットポート１４ｄにパイロット圧油が供給されることにより伸長側作動位置Ｘに切換り、またブーム下動（ブームシリンダ縮小）側操作に基づいて縮小側パイロットポート１４ｅにパイロット圧油が供給されることにより縮小側作動位置Ｙに切換わる構成となっている。

そして、前記中立位置Ｎのブーム用制御バルブ１４は、センタバイパス用弁路１４ａを開度量（開口面積）が最大となる状態で開く一方、供給用弁路１４ｂおよび排出用弁路１４ｃを閉じて、ブームシリンダ８に対する油の給排は行わない。

また、伸長側作動位置Ｘのブーム用制御バルブ１４は、供給用弁路１４ｂを開いてパラレル油路Ｂの圧油をブームシリンダ８のヘッド側油室８ａに供給すると共に、排出用弁路１４ｃを開いてブームシリンダ８のロッド側油室８ｂからの排出油をタンク油路Ｃに流す。このとき、センタバイパス用弁路１４ａの開度量は、伸長側パイロットポート１４ｄに供給されるパイロット圧が高くなるほど小さくなり、パイロット圧が最大のときは閉じる。また供給用弁路１４ｂおよび排出用弁路１４ｃの開度量は、伸長側パイロットポート１４ｄに供給されるパイロット圧が高くなるほど大きくなり、パイロット圧が最大のときには開度量最大となるように制御される。

さらに、縮小側作動位置Ｙのブーム用制御バルブ１４は、センタバイパス用弁路１４ａを絞る一方、供給用弁路１４ｂを開いてパラレル油路Ｂの圧油をブームシリンダ８のロッド側油室８ｂに供給すると共に、排出用弁路１４ｃを絞った状態で開いてブームシリンダ８のヘッド側油室８ａからの排出油をタンク油路Ｃに流す。このとき、センタバイパス用弁路１４ａの開度量は、縮小側パイロットポート１４ｅに供給されるパイロット圧が高くなるほど小さくなるが、パイロット圧が最大のときでも少し開いた状態となっている。また供給用弁路１４ｂおよび排出用弁路１４ｃの開度量は、縮小側パイロットポート１４ｅに供給されるパイロット圧が高くなるほど大きくなるように制御される。

一方、Ｄは前記ブーム用制御バルブ１４とブームシリンダ８のヘッド側油室８ａとを連結するヘッド側油路、またＥはブーム用制御バルブ１４とブームシリンダ８のロッド側油室８ｂとを連結するロッド側油路であって、これらヘッド側、ロッド側油路Ｄ、Ｅを経由してブーム用制御バルブ１４とブームシリンダ８とのあいだの油の給排がなされるが、これらヘッド側油路Ｄとロッド側油路Ｅとのあいだには再生用回路２３が設けられている。

上記再生用回路２３は、ヘッド側油路Ｄとロッド側油路Ｅとを連通する連通油路Ｆ、該連通油路Ｆに設けられるチェック弁２４および再生用開閉弁２５を用いて構成されている。ここで、上記チェック弁２４は、ヘッド側油路Ｄからロッド側油路Ｅへの油の流れは許容するが逆方向の流れは阻止するように設定されている。また、再生用開閉弁２５は、パイロットポート２５ａにパイロット圧が供給されていない状態では、連通油路Ｆを閉じる閉位置Ｎに位置しているが、パイロット圧が供給されることにより、連通油路Ｆを開く開位置Ｘに切換わる。この場合、開位置Ｘの再生用開閉弁２５は、パイロットポート２５ａに供給されるパイロット圧が大きくなるほど開度量が大きくなるように制御されるが、該パイロットポート２５ａには、ブーム用操作具２０のブーム下動側操作に基づいてブーム用パイロットバルブ１８から出力されるパイロット圧が供給されるようになっている。而して、ブーム用操作具２０をブーム下動側に操作したときに再生用開閉弁２５が開き、これによりブームシリンダヘッド側油室８ａからの排出油を、ヘッド側油路Ｄ、連通油路Ｆ、ロッド側油路Ｅを経由してブームシリンダロッド側油室８ｂに再生油として供給することができるようになっている。

ここで、ブーム下動操作時においてブーム用パイロットバルブ１８から出力されるパイロット圧と、ブーム用制御バルブ１４のセンタバイパス用弁路１４ａ、供給用弁路１４ｂ、排出用弁路１４ｃ、および再生用開閉弁２５の開度量との関係を、図３の特性図に示す。該図３において、実線は本実施の形態を示し、点線は従来例（後述する電磁比例減圧弁２７が設けられていないもの）を示すが、本実施の形態のものは、従来例と比較して、再生用開閉弁２５の開度量が大きく、またブーム用制御バルブ１４の排出用弁路１４ｃの開度量が小さく設定されていて、その分再生油量を増加させることができるようになっている。

また、前述したように、センタバイパス油路Ａにはネガティブリリーフ弁２２が配されているが、該ネガティブリリーフ弁２２は、固定絞り２２ａと、該固定絞り２２ａに対して並列状に設けられるリリーフ弁２２ｂとを有している。そして、このネガティブリリーフ弁２２の入口側の圧力は、ネガティブコントロールラインＧを介して、油圧ポンプ１１の容量可変装置１１ａにネガティブコントロール信号圧ＰＮとして導かれるが、該ネガティブコントロール信号圧ＰＮとセンタバイパス油路Ａの流量ＱＡとの関係は、図４の特性図に示すように、センタバイパス油路Ａの流量ＱＡが増加するほどネガティブコントロール信号圧ＰＮが増加するようになっている。つまり、各制御バルブ１４〜１７のセンタバイパス用弁路１４ａ〜１７ａの開度量は、対応する操作具が操作されていない状態では最も大きく、操作具の操作量が大きくなるほど小さくなるが、該センタバイパス用弁路１４ａ〜１７ａの開度量が小さくなるほどセンタバイパス油路Ａの流量ＱＡが少なくなって、ネガティブコントロール信号圧ＰＮは減少する。
尚、図４において、ＱＡｃはリリーフ弁２２ｂが作動するときのセンタバイパス油路Ａの流量であって、該流量ＱＡｃ以下のときのセンタバイパス油路Ａの流量ＱＡとネガティブコントロール信号圧ＰＮとの関係は、図４に示されるような２次曲線となる。

さらに、前記ネガティブコントロール信号圧ＰＮを油圧ポンプ１１の容量可変装置１１ａに導くネガティブコントロールラインＧの中途部には、高圧側を選択するシャトル弁２６を介して制御用ラインＨが接続されているが、該制御用ラインＨには、電磁比例圧力制御弁（本発明の圧力制御サーボ弁に相当する。）２７が配されている。

前記電磁比例圧力制御弁２７は、後述するコントローラ２８からの制御信号により制御されるものであって、図５の特性図に示す如く、コントローラ２８からソレノイド２７ａに入力される電流値が大きくなるほど電磁比例圧力制御弁２７からの出力圧が大きくなるように構成されている。そして、該電磁比例圧力制御弁２７からの出力圧は、ポンプ流量低下信号圧ＰＬとして制御用ラインＨに出力されてシャトル弁２６に至るが、該シャトル弁２６において、前述したネガティブコントロール信号圧ＰＮと電磁比例圧力制御弁２７から出力されるポンプ流量低下信号圧ＰＬとのうち高圧側が選択されて、油圧ポンプ１１の容量可変装置１１ａに導かれる。

一方、油圧ポンプ１１の容量可変装置１１ａには、前述したようにネガティブコントロール信号圧ＰＮまたはポンプ容量低下用信号圧ＰＬのうち高圧側の信号圧が入力されるが、図６の特性図に示す如く、入力信号圧ＰＮまたはＰＬが低いときにはポンプ流量ＱＰを多くし、また入力信号圧ＰＮまたはＰＬが高いときにはポンプ流量ＱＰを少なくするように油圧ポンプ１１の流量制御を行う。尚、ポンプ流量が最小流量ＱＰｍｉｎとなるときのネガティブコントロール信号圧ＰＮの最小値をＰＮｘとすると、該ＰＮｘは、ネガティブリリーフ弁２２のリリーフ弁２２ｂが作動するときのネガティブコントロール信号圧ＰＮｃ（前記図４参照）よりも小さく（ＰＮｘ＜ＰＮｃ）なるように設定される。

また、前記コントローラ２８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、このものは、油圧ポンプ１１の吐出圧（ポンプ圧）ＰＡを検出するポンプ用圧力センサ２９、ブーム用操作具２０をブーム下動側に操作したときにブーム用パイロットバルブ１８から出力されるパイロット圧（ブーム下動用パイロット圧）ＰＢを検出するブーム下動用圧力センサ３０、バケット用操作具２１をバケットオープン側に操作したときにバケット用パイロットバルブ１９から出力されるパイロット圧（バケットオープン用パイロット圧）ＰＣを検出するバケットオープン用圧力センサ３１からの信号を入力し、これら入力信号に基づいて前記電磁比例圧力制御弁２７に制御信号を出力するように構成されている。

そして、前記コントローラ２８は、ブーム下動操作時におけるポンプ流量低下制御を行うが、該制御の手順について図７に示すフローチャート図に基づいて説明すると、まず、コントローラ２８は、ブーム下動用圧力センサ３０により検出されるブーム下動用パイロット圧ＰＢが予め設定されるブーム設定パイロット圧ＰＢｓ以上であるか否か（ＰＢ≧ＰＢｓ？）を判断する（ステップＳ１）。

前記ブーム設定パイロット圧ＰＢｓは、前述した再生用開閉弁２５を閉位置Ｎから開位置Ｘに切換えるのに必要な最低のパイロット圧であって、ブーム下動用パイロット圧ＰＢがブーム設定パイロット圧ＰＢｓ以上（ＰＢ≧ＰＢｓ）である場合には、ブーム用操作具２０が下動側に操作されており、且つ再生用開閉弁２５が連通油路Ｆを開いていると判断できる。また、ブーム下動用パイロット圧ＰＢがブーム設定パイロット圧ＰＢｓ未満（ＰＢ＜ＰＢｓ）である場合には、ブーム用操作具２０が下動側に操作されていないか、或いは操作されていても再生用開閉弁２５が開かない程度の微操作であると判断できる。

前記ステップＳ１において「ＹＥＳ」、即ちブーム下動用パイロット圧ＰＢがブーム設定パイロット圧ＰＢｓ以上であると判断された場合には、続いて、ポンプ用圧力センサ２９により検出されるポンプ圧ＰＡが予め設定される設定ポンプ圧ＰＡｓ以下であるか否か（ＰＡ≦ＰＡｓ？）を判断する（ステップＳ２）。

前記設定ポンプ圧ＰＡｓは、ブーム５を空中で下動させたとき、即ちブーム５の下動に抗する外力が働いていない状態でブーム５を下動させたときの油圧ポンプ１１の最大の吐出圧であって、ポンプ圧ＰＡが設定ポンプ圧ＰＡｓ以下（ＰＡ≦ＰＡｓ）の場合には、ブーム５を空中で下動させていると判断することができる。また、ポンプ圧ＰＡが設定ポンプ圧ＰＡｓを越えた場合には、転圧作業や斜面の法切り作業等、ブーム５の下動に抗する外力が働いている状態でブーム５を下動させていると判断することができる。

前記ステップＳ２において「ＹＥＳ」、即ちポンプ圧ＰＡが設定ポンプ圧ＰＡｓ以下であると判断された場合には、さらに、バケットオープン用圧力センサ３１により検出されるバケットオープン用パイロット圧ＰＣが予め設定されるバケット設定パイロット圧ＰＣｓ未満であるか否か（ＰＣ＜ＰＣｓ？）を判断する（ステップＳ３）。

前記バケット設定パイロット圧ＰＣｓは、バケット用制御バルブ１５を中立位置Ｎからオープン側作動位置Ｙに切換えるのに必要な最低のパイロット圧であって、バケットオープン用パイロット圧ＰＣがバケット設定パイロット圧ＰＣｓ未満（ＰＣ＜ＰＣｓ）の場合には、バケット用操作具２１はバケットオープン側に操作されていないと判断でき、またバケットオープン用パイロット圧ＰＣがバケット設定パイロット圧ＰＣｓ以上（ＰＣ≧ＰＣｓ）の場合には、バケット用操作具２１がバケットオープン側に操作されていると判断できる。

そして、前記ステップＳ３において「ＹＥＳ」、即ちバケットオープン用パイロット圧ＰＣがバケット設定パイロット圧ＰＣｓ未満であると判断された場合、コントローラ２８は電磁比例圧力制御弁２７に対し、ポンプ流量低下信号圧ＰＬを出力するように制御信号を出力する。
この場合、電磁比例圧力制御弁２７から出力されるポンプ流量低下信号圧ＰＬは、ブームシリンダ８と圧油供給源を共有する他の油圧アクチュエータ用の制御バルブ１６、１５、１７が中立位置Ｎに位置し、且つブーム用制御バルブ１４が縮小側作動位置Ｙに位置しているときのネガティブコントロール信号圧ＰＮよりも高くなるように制御される。而して、該ポンプ流量低下信号圧ＰＬがシャトル弁２６において選択されて容量可変装置１１ａに入力されるが、この場合、ポンプ流量低下信号圧ＰＬはネガティブコントロール信号圧ＰＮよりも高圧のため、容量可変装置１１ａは、ネガティブコントロール信号圧ＰＮが入力された場合よりも流量が少なくなるように油圧ポンプ１１の流量制御を行う。

一方、前記ステップＳ１において「ＮＯ」、即ちブーム下動用パイロット圧ＰＢがブーム設定パイロット圧ＰＢｓ未満であると判断された場合、またはステップＳ２において「ＮＯ」、即ちポンプ圧ＰＡが設定ポンプ圧ＰＡｓを越えていると判断された場合、またはステップＳ３において「ＮＯ」、即ちバケットオープン用パイロット圧ＰＣがバケット設定パイロット圧ＰＣｓ以上であると判断された場合には、コントローラ２８は電磁比例圧力制御弁２７に対し、ポンプ流量低下信号圧ＰＬ出力の制御信号を出力しない。

この場合、電磁比例圧力制御弁２７からポンプ流量低下信号圧ＰＬが出力されないため、制御用ラインＨは油タンク１３に連通する低圧となり、而して、シャトル弁２６においてネガティブコントロール信号圧ＰＮが選択されて容量可変装置１１ａに入力される。これにより容量可変装置１１ａは、ネガティブコントロール信号圧ＰＮに基づいた流量制御を行う。

尚、前記ステップＳ３における判断は、ブーム５の下動操作と連動して、ブームシリンダ８と圧油供給源（油圧ポンプ１１）を共有する他の油圧アクチュエータが操作されているか否かを判断するものであって、本実施の形態では、ブーム５の下動操作と連動して操作されることの多いバケット７のオープン操作の有無を判断しているが、これに限定されることなく、バケット７のクローズ操作や、ブームシリンダ８と圧油供給源を共有する他の油圧アクチュエータ、例えばスティックシリンダ９、走行用モータ、旋回用モータ等の操作の有無を、各油圧アクチュエータ用の制御バルブに供給されるパイロット圧の検出によって判断し、これら油圧アクチュエータの何れも操作されていない場合には電磁比例圧力制御弁２７にポンプ流量低下信号圧ＰＬ出力の制御信号を出力し、何れかの油圧アクチュエータが操作されている場合には制御信号を出力しない構成とすることもできる。
また、本実施の形態では、油圧アクチュエータへの油供給排出制御を行う制御バルブ１４、１５、１６、１７がパイロット操作式のものであるため、操作具操作に基づいて出力されるパイロット圧の検出により油圧アクチュエータが操作されているか否かを判断する構成となっているが、例えば、操作具の操作量を電気的に検出し、該検出値に基づいて電磁式制御バルブを作動せしめる構成のものにおいては、操作具の操作量を検出する電気信号によって、油圧アクチュエータが操作されているか否かの判断を行うことができる。

叙述の如く構成されたものにおいて、ブーム用操作具２０が、再生用開閉弁２５が開位置Ｘに切換わる以上の操作量で下動側に操作されており、且つ、ブーム５の下動に抗する外力が働いていない、つまり空中でのブーム下動であり、さらにブーム５の下動操作と連動して他の油圧アクチュエータが操作されていない、つまりブーム下動の単独操作であると判断された場合に、コントローラ２８は、電磁比例圧力制御弁２７に対しポンプ流量低下信号圧ＰＬを出力するように制御信号を出力する。そして、該ポンプ流量低下信号圧ＰＬが容量可変装置１１ａに入力されることにより、油圧ポンプ１１は、ネガティブコントロール信号圧ＰＮが入力された場合よりも吐出流量が少なくなるように流量制御されることになる。
この結果、ブーム５の単独での空中下動時における油圧ポンプ１１の吐出流量を十分に小さくすることができ、その分、開位置Ｘの再生用開閉弁２５の開度量を大きくすると共に、縮小側作動位置Ｙのブーム用制御バルブ１４の排出用弁路１４ｃの開度量を小さくして、ブームシリンダ８のヘッド側油室８ａからロッド側油室８ｂに供給される再生油量を増加させることができ、而して再生油を最大限有効に利用できることになって省エネルギー化を達成できる。

一方、ブーム５の下動に抗する外力が作用している状態でブーム５を下動させる場合、例えば転圧作業や斜面の法切り作業等を行うような場合には、ポンプ圧ＰＡが設定ポンプ圧ＰＡｓを越えたことの検出に基づいて、コントローラ２８から電磁比例圧力制御弁２７に対してポンプ流量低下信号圧ＰＬ出力の制御信号は出力されないことになる。而して、油圧ポンプ１１の容量可変装置１１ａには、ブーム用操作具２０の操作量に対応したネガティブコントロール信号圧ＰＮが入力されることになって、転圧作業や斜面の法切り作業等を行うのに十分な吐出流量となるように流量制御されることになる。

また、ブーム５の下動操作と、ブームシリンダ８と油圧供給源（油圧ポンプ１１）を共用するバケットシリンダ１５等の他の油圧アクチュエータの操作とを連動して行う場合には、該他の油圧アクチュエータが操作されたことの検知に基づいて、コントローラ２８から電磁比例圧力制御弁２７に対してポンプ流量低下信号圧ＰＬ出力の制御信号は出力されないことになる。而して、油圧ポンプ１１の容量可変装置１１ａには、ブーム用操作具２０およびバケット用操作具２１等の他の油圧アクチュエータ用操作具の操作量に対応したネガティブコントロール信号圧ＰＮが入力されることになって、連動操作を行うのに十分な吐出流量となるように流量制御されることになる。

ところで、前記油圧ポンプ１１の容量可変装置１１ａは、前述したネガティブコントロール信号圧ＰＮやポンプ流量低下信号圧ＰＬによる流量制御だけでなく、油圧ポンプ１１の吐出圧を受けてエンジンＥから油圧ポンプ１１に供給される馬力が一定になるように流量を制御する定馬力制御や、後述の制御弁３２から出力される制御信号圧に基づいた流量制御を行うように構成されている。

前記制御弁３２は、エンジンＥの制御を行うエンジン用コントローラ３３からの出力信号によって作動する減圧弁であって、該制御弁３２から出力される制御信号圧は、エンジン回転数と作業負荷に対応する信号圧となるように制御される。そして、油圧ポンプ１１の容量可変装置１１ａは、制御弁３２から入力される制御信号圧に基づいて、エンジン回転数が高い場合にはポンプ流量を多くし、エンジン回転数が低い場合にはポンプ流量を少なくするように流量制御を行う。而して、油圧ポンプ１１の容量可変装置１１ａは、前述したブーム５の単独操作での空中下動時にコントローラ２８からポンプ流量低下信号圧ＰＬが出力されている場合、該ポンプ流量低下信号圧ＰＬによる流量制御だけでなく、制御弁３２から入力される制御信号圧により、エンジン回転数の高低に基づいて油圧ポンプ１１の吐出流量を増減せしめるように作動する。
尚、エンジン回転数は、アクセルダイヤル３４によって設定された回転数に近づくようにエンジン用コントローラ３３により制御される。

そこで、図８、図９に示す第二の実施の形態では、エンジン回転数を設定するアクセルダイヤル３４の信号を入力し、該アクセルダイヤル３４から入力されるエンジン回転数の設定値に基づいて、ポンプ流量低下信号圧ＰＬの値を変化させる。つまり、図９のフローチャート図に示すように、ステップＳ１、ステップＳ２およびステップＳ３において「ＹＥＳ」と判断された場合に、アクセルダイヤル３４から入力されるエンジン回転数の設定値に基づいてポンプ流量低下信号圧ＰＬの値を決定し（ステップＳ４）、該決定されたポンプ流量低下信号圧ＰＬを出力するように電磁比例圧力制御弁２７に対して制御信号を出力する。この場合、ポンプ流量低下信号圧ＰＬは、前述した第一の実施の形態と同様に、ネガティブコントロール信号圧ＰＮよりも高圧であることは勿論であるが、第二の実施の形態では、アクセルダイヤル３４から入力されるエンジン回転数の設定値が大きいほど、つまり前述した制御弁３２から出力される制御信号圧によってポンプ流量を多くするように制御されるほど、ポンプ流量低下信号圧ＰＬが高圧となるように、つまりポンプ流量を少なくするように制御される。
尚、前記図８、図９において、前述した第一の実施の形態と同一のものについては、同一の符号を附すと共に説明を省略した。また、図１、図３、図４、図５、図６は第一の実施の形態のものを共用する。

そして、この第二の実施の形態のものも、前記第一の実施の形態のものと同様の作用効果を奏するが、さらに第二の実施の形態のものでは、ブーム５の単独操作での空中下動時において電磁比例圧力制御弁２７から出力されるポンプ流量低下信号圧ＰＬは、エンジン回転数が高いほど高圧となるように、つまりポンプ流量を少なくする信号圧となるように制御されることになる。この結果、エンジン回転数が低く、制御弁３２から出力される制御信号圧によってポンプ流量が少なくなるように制御されている場合には、ポンプ流量低下信号圧ＰＬが低めに設定されてポンプ流量が少なくなりすぎないように制御される（この場合であっても、前述したように、ポンプ流量低下信号圧ＰＬはネガティブコントロール信号圧ＰＮよりも高圧であって、ネガティブコントロール信号圧ＰＮが容量可変装置１１ａに入力された場合よりもポンプ流量が少なくなるように制御される。）ことになって、エンジンが低回転数のときにブームシリンダ８のロッド側油室８ａへの供給油量が不足して減圧状態になってしまうような不具合を回避できる。一方、エンジン回転数が高く、制御弁３２から出力される制御信号圧によってポンプ流量が多くなるように制御されている場合には、ポンプ流量低下信号圧ＰＬが高く設定されてポンプ流量をできるだけ少なくするように制御されることになり、而して、エンジンが高回転数の場合であっても再生油量を最大限増加させることができ、省エネルギー化により一層貢献できる。
尚、前記第二の実施の形態では、アクセルダイヤルの設定値によってエンジン回転数を判別する構成になっているが、これに限定されることなく、例えば、エンジン回転数を検出する回転数検出センサを設け、該回転数検出センサの検出値をコントローラに入力するように構成しても良い。
さらに、前記第一、第二の実施の形態では、重量物を上下動せしめるための油圧シリンダとしてブームシリンダを例示したが、本発明は、スティックシリンダやバケットシリンダ等、重量物を上下動せしめる各種油圧シリンダの油圧制御回路に実施できる。

油圧ショベルの斜視図である。第一の実施の形態における油圧制御回路図である。ブーム下動用パイロット圧とブーム用制御バルブおよび再生用開閉弁の開度量との関係を示す特性図である。センタバイパス流量とネガティブコントロール信号圧との関係を示す特性図である。電磁比例圧力制御弁の特性図である。ポンプ流量とネガティブコントロール信号圧またはポンプ容量低下用信号圧との関係を示す特性図である。第一の実施の形態におけるコントローラの制御手順を示すフローチャート図である。第二の実施の形態における油圧制御回路図である。第二の実施の形態におけるコントローラの制御手順を示すフローチャート図である。

符号の説明

８ブームシリンダ
８ａヘッド側油室
８ｂロッド側油室
１０バケットシリンダ
１１油圧ポンプ
１１ａ容量可変装置
１４ブーム用制御バルブ
２０ブーム用操作具
２３再生用回路
２５再生用開閉弁
２７電磁比例圧力制御弁
２８コントローラ
２９ポンプ用圧力センサ
３４アクセルダイヤル
Ｇネガティブコントロールライン

Claims

上下動自在な重量物を、重量保持側油室への油供給および重量非保持側油室からの油排出で上動させ、重量非保持側油室への油供給および重量保持側油室からの油排出で下動させるよう伸縮作動する油圧シリンダと、
該油圧シリンダの圧油供給源となる可変容量型の油圧ポンプと、
操作具操作に基づいて前記油圧シリンダの両油室に対する圧油供給排出制御を行う制御バルブと、
重量保持側油室からの排出油を重量非保持側油室に供給する再生用回路と、
前記操作具の操作量の増減に対応して油圧ポンプの流量を増減させるべくネガティブコントロール信号圧を油圧ポンプの容量可変手段に出力するネガティブコントロールラインとを備えた建設機械の油圧制御回路において、
前記ネガティブコントロールラインに、油圧ポンプの流量を低下させるためのポンプ流量低下信号圧を前記ネガティブコントロール信号圧に代えて油圧ポンプの容量可変手段に出力する圧力制御弁を接続すると共に、
前記重量物の下動操作時に、該重量物の下動に抗する外力が働いているか否かを判別し、重量物の下動に抗する外力が働いていないと判別された場合に、前記圧力制御弁に対してポンプ流量低下信号圧を出力するよう制御信号を出力するコントローラを設けたことを特徴とする建設機械の油圧制御回路。
請求項１において、再生用回路に、該再生用回路を開閉する開閉弁を設ける一方、コントローラは、重量物の下動に抗する外力が働いていないと判別され、且つ、再生用回路が開いている場合に、圧力制御弁に対してポンプ流量低下信号圧を出力するよう制御信号を出力することを特徴とする建設機械の油圧制御回路。
請求項１乃至２において、油圧制御回路は、油圧シリンダと圧油供給源を共用する他の油圧アクチュエータを備える一方、コントローラは、油圧ポンプから前記他の油圧アクチュエータに圧油供給されている場合、重量物の下動に抗する外力が働いていないと判別されても、圧力制御弁に対してポンプ流量低下信号圧出力の制御信号を出力しないことを特徴とする建設機械の油圧制御回路。
請求項１乃至３の何れかにおいて、重量物の下動に抗する外力が働いているか否かの判別は、油圧ポンプの吐出圧を検出する圧力検出手段からコントローラに入力される信号に基づいて行うことを特徴とする建設機械の油圧制御回路。
請求項１乃至４の何れかにおいて、コントローラは、エンジン回転数を判別するエンジン回転数判別手段からの信号を入力する一方、圧力制御弁は、コントローラからの制御信号に基づいて出力信号圧が増減する圧力制御サーボ弁で構成され、さらにコントローラは、エンジン回転数判別手段から入力されるエンジン回転数の高低に対応して圧力制御弁から出力されるポンプ流量低下信号圧を増減せしめるように制御することを特徴とする建設機械の油圧制御回路。