JP6400219B2 - 作業機械 - Google Patents

Description

本発明は、作業機械に係り、さらに詳しくは、オペレータがエンジンコントロールダイヤル（以下、ＥＣダイヤルという）等の回転数指示装置でエンジン回転数を指定することができる作業機械に関する。

エンジンの動力で油圧ポンプを駆動し、油圧ポンプが吐出した作動油で油圧アクチュエータを駆動する油圧ショベルなどの作業機械が知られている。これらの作業機械は、一般的に、オペレータがＥＣダイヤルを操作してエンジン回転数を決め、各操作レバーを操作して各油圧アクチュエータの速度やパワーを決定している。

例えば、重負荷作業時のモードと通常作業時のモードと燃費を向上させるエコモードとを備え、ＥＣダイヤルによって、エンジン回転数をモード毎に定めた最小回転数と最大回転数の間の任意の回転数に設定できる作業機械がある（特許文献１の図５参照）。

また、ＥＣダイヤルによってエンジンの目標回転数を決定し、その目標回転数になるようにエンジンを制御するとともに、エンジン回転数に応じたポンプ吸収トルクになるように油圧ポンプを制御する作業機械がある。このＥＣダイヤルは任意の目標回転数を指示でき、これに伴いポンプ吸収トルクは任意の値に制御される（例えば、特許文献２の図６参照）。

さらに、エンジン回転数に起因する共振を防止するために、予め設定された設定回転数範囲を除いた回転数にエンジンの目標回転数を決定する作業機械がある（例えば、特許文献３の図４、図５参照）。

特開２０１１−１５７７５１号公報 特許第４１３６０４１号公報 特開２００８−１６９７９６号公報

上述した特許文献１及び２の方法のように、ＥＣダイヤルによって、エンジン回転数を最小回転数と最大回転数の間の任意の回転数に設定する方法では、その設定回転数の範囲に機構共振がある場合に、エンジン回転数を機構共振の周波数の近傍に設定すると共振が発生し、大きく振動することが想定される。

これに対して、特許文献３の方法によれば、特定のエンジン回転数に起因する共振を防止することができる。しかし、作業機械は一般的に、出力の高い高回転数域においてエンジン回転数の微調整が多く要求されるのに対して、特許文献３の方法では、除いている設定回転数範囲の上限（特許文献３の図４、図５のＲｈｍｉｎ）から目標回転数の上限（Ｒｍａｘ）までの出力電圧に対する傾きが緩やかではないので、除いている設定回転数範囲の上限近傍でエンジン回転数を微調整することは難しく調整しにくいという課題がある。

また、図１８に示すような特定の回転数域において、回転数が下がったときにトルクが急減する回転数―トルク特性を備えたエンジンがある。このようなエンジンを油圧ショベルに適用することが考えられる。その場合には、最小回転数Ｎ１と最大回転数Ｎ２の間の回転数が下がったときにトルクが急減するような回転数域（ＮａからＮｂ）の近傍に、ＥＣダイヤルによって、エンジン回転数を設定すると、ラグダウンを起こしやすくなるという課題がある。

本発明は、上述の事柄に基づいてなされたもので、その目的は、エンジンの回転数―トルク特性において、最小回転数と最大回転数の間に、回転数が下がった時にトルクが急減するような回転数域や機構共振回転数域があっても、共振やラグダウンが発生しにくく、かつ、高回転数域でエンジン回転数を微調整しやすいエンジン回転数制御装置を備えた作業機械を提供するものである。

上記の目的を達成するために、第１の発明は、エンジンと、前記エンジンによって駆動される油圧ポンプと、前記油圧ポンプの吐出する圧油によって駆動される油圧アクチュエータと、オペレータが前記エンジンの目標回転数を指示するためのエンジン回転数指示装
置と、前記油圧アクチュエータを操作する操作装置と、前記エンジンの回転数を制御する制御装置とを備えた作業機械において、前記制御装置は、前記エンジン回転数指示装置の操作量を検出し、検出した前記エンジン回転数指示装置の操作量に対して予め設定された目標回転数特性に基づいて目標回転数を演算するエンジン回転数目標値演算部と、前記操作装置の操作量と前記エンジン回転数指示装置の操作量とを入力し、これらの信号に基づいて前記油圧ポンプの流量目標値を演算するポンプ流量目標値演算部とを備え、前記目標回転数特性は、前記目標回転数として、前記エンジンの最小回転数より高く前記エンジンの最大回転数よりも低い第１回転数と、前記第１回転数より高く前記最大回転数より低い第２回転数との間の領域を除いて設定可能であり、前記エンジンの最小回転数を指示する前記エンジン回転数指示装置の操作量から前記第１回転数を指示する前記エンジン回転数指示装置の操作量まで移行させたときの前記エンジン回転数指示装置の操作量の変化に対する前記目標回転数の変化の割合が、前記エンジンの第２回転数を指示する前記エンジン回転数指示装置の操作量から前記最大回転数を指示する前記エンジン回転数指示装置の操作量まで移行させたときの前記エンジン回転数指示装置の操作量の変化に対する前記目標回転数の変化の割合よりも大きく、前記ポンプ流量目標値演算部は、前記エンジンの最小回転数を指示する前記エンジン回転数指示装置の操作量から前記第１回転数を指示する前記エンジン回転数指示装置の操作量まで移行させたときの前記エンジン回転数指示装置の操作量の変化に対する前記油圧ポンプの吐出流量の変化の割合が、前記エンジンの第２回転数を指示する前記エンジン回転数指示装置の操作量から前記最大回転数を指示する前記エンジン回転数指示装置の操作量まで移行させたときの前記エンジン回転数指示装置の操作量の変化に対する前記油圧ポンプの吐出流量の変化の割合と同じになるように前記油圧ポンプの流量目標値を演算することを特徴とする。

本発明によれば、エンジン回転数の最小回転数と最大回転数の間に、機構共振や、エンジン回転数が下がった時にトルクが急減するような回転数域があっても、共振やラグダウンが発生しにくくなる。さらに、ある特定のエンジン回転数より高い回転数域でエンジン回転数を微調整できるので、作業機械で良く使用される領域での作業性が向上する。

本発明の作業機械の一実施の形態である油圧ショベルを示す斜視図である。 本発明の作業機械の一実施の形態である油圧ショベルのシステム構成を示す概念図である。 本発明の作業機械の一実施の形態を構成するＥＣダイヤルの出力電圧特性を示す特性図である。 本発明の作業機械の一実施の形態を構成するコントローラの演算部の制御ブロック図である。 本発明の作業機械の一実施の形態を構成するコントローラにおけるエンジン回転数目標値演算部のテーブルの一例を示す特性図である。 本発明の作業機械の一実施の形態を構成するコントローラにおけるポンプ流量目標値演算部の制御ブロック図である。 本発明の作業機械の一実施の形態を構成するコントローラにおけるポンプ流量目標値演算部のゲインテーブル（Ｋ１）の一例を示す特性図である。 本発明の作業機械の一実施の形態を構成するコントローラにおけるポンプ流量目標値演算部の目標流量信号Ｑ２ａの一例を示す特性図である。 本発明の作業機械の一実施の形態を構成するコントローラにおけるポンプ流量目標値演算部のゲインテーブル（Ｋ２）の一例を示す特性図である。 本発明の作業機械の一実施の形態を構成するコントローラにおけるポンプ流量目標値演算部の出力パワー目標信号Ｐｏｗ２ａの一例を示す特性図である。 本発明の作業機械の一実施の形態を構成するコントローラにおけるフルレバー操作時におけるポンプ容積目標値ｑ１ａの一例を示す特性図である。 本発明の作業機械の一実施の形態を構成するコントローラにおけるエンジン回転数目標値演算部のテーブルの他の例を示す特性図である。 本発明の作業機械の一実施の形態を構成するコントローラにおけるポンプ流量目標値演算部のゲインテーブル（Ｋ１）の他の例を示す特性図である。 本発明の作業機械の一実施の形態を構成するコントローラにおけるポンプ流量目標値演算部の目標流量信号Ｑ２ａの他の例を示す特性図である。 本発明の作業機械の一実施の形態を構成するコントローラにおけるポンプ流量目標値演算部のゲインテーブル（Ｋ２）の他の例を示す特性図である。 本発明の作業機械の一実施の形態を構成するコントローラにおけるポンプ流量目標値演算部の出力パワー目標信号Ｐｏｗ２ａの他の例を示す特性図である。 本発明の作業機械の一実施の形態を構成するコントローラにおけるフルレバー操作時におけるポンプ容積目標値ｑ１ａの他の例を示す特性図である。 特定の回転数域において、回転数が下がったときにトルクが急減する回転数―トルク特性を備えたエンジンの特性図である。

以下、本発明の作業機械の実施の形態を図面を用いて説明する。作業機械としては油圧ショベルを例に説明する。なお、本発明は、オペレータがＥＣダイヤル等の回転数指示装置でエンジン回転数を指定することができる作業機械全般に適用が可能であり、本発明の適用は油圧ショベルに限定されるものではない。

図１は本発明の作業機械の一実施の形態である油圧ショベルを示す斜視図である。図１において、油圧ショベルは、下部走行体１０と、下部走行体１０上に旋回可能に設けた上部旋回体２０及び上部旋回体２０に装設したショベル機構３０を備えている。

下部走行体１０は、一対のクローラ１１ａ、１１ｂ及びクローラフレーム１２ａ、１２ｂ（図１では片側のみを示す）、各クローラ１１ａ、１１ｂを独立して駆動制御する一対の走行用油圧モータ１３ａ、１３ｂ及びその減速機構等で構成されている。

上部旋回体２０は、旋回フレーム２１と、旋回フレーム２１上に設けられた、原動機としてのエンジン２２と、旋回油圧モータ２７と、旋回油圧モータ２７の回転を減速する減速機構２６等から構成され、旋回油圧モータ２７の駆動力が減速機構２６を介して伝達され、その駆動力により下部走行体１０に対して上部旋回体２０（旋回フレーム２１）を旋回駆動させる。

また、上部旋回体２０にはショベル機構（フロント装置）３０が搭載されている。ショベル機構３０は、ブーム３１と、ブーム３１を駆動するためのブームシリンダ３２と、ブーム３１の先端部近傍に回転自在に軸支されたアーム３３と、アーム３３を駆動するためのアームシリンダ３４と、アーム３３の先端に回転可能に軸支されたバケット３５と、バケット３５を駆動するためのバケットシリンダ３６等で構成されている。

さらに、上部旋回体２０の旋回フレーム２１上には、上述した走行用油圧モータ１３ａ、１３ｂ、旋回用油圧モータ２７、ブームシリンダ３２、アームシリンダ３４、バケットシリンダ３６等の油圧アクチュエータを駆動するための油圧システム４０が搭載されている。

油圧システム４０は、油圧ポンプ、レギュレータ、コントロールバルブ等から構成されるが、これらについては図２を用いて説明する。

図２は本発明の作業機械の一実施の形態である油圧ショベルのシステム構成を示す概念図である。図２において、油圧システム４０は、可変容積型の第１油圧ポンプ４１ａと第２油圧ポンプ４１ｂと、それぞれのレギュレータ４２ａ、４２ｂと、これら油圧ポンプの吐出した圧油の流量と方向を制御して各油圧アクチュエータへ供給するコントロールバルブ４３と、各油圧アクチュエータである走行用油圧モータ１３ａ、１３ｂ、旋回用油圧モータ２７、ブームシリンダ３２、アームシリンダ３４、バケットシリンダ３６とを備えている。

油圧ショベルのシステムとしては、油圧システム４０に加えて、第１油圧ポンプ４１ａと第２油圧ポンプ４１ｂとを駆動するエンジン２２と、エンジンコントローラ２３と、ＥＣダイヤル９１と、コントローラ１００とを備えている。

第１油圧ポンプ４１ａと第２油圧ポンプ４１ｂは、エンジン２２によって回転駆動され、回転数と容積の積に比例した圧油を吐出する。第１油圧ポンプ４１ａの吐出配管は、ブームシリンダ３２とアームシリンダ３４とバケットシリンダ３６と右走行用油圧モータ１３ａと旋回油圧モータ２７とに接続されている。第２油圧ポンプ４１ｂの吐出配管は、ブームシリンダ３２とアームシリンダ３４と左走行用油圧モータ１３ａと旋回油圧モータ２７とに接続されている。

第１油圧ポンプ４１ａの吐出配管には、第１油圧ポンプ４１ａの吐出圧Ｐａを検出する圧力センサ４４が設けられ、第２油圧ポンプ４１ｂの吐出配管には、第２油圧ポンプ４１ｂの吐出圧Ｐｂを検出する圧力センサ４５が設けられている。これらの圧力センサ４４、４５が検出した信号は、コントローラ１００に入力されている。

第１油圧ポンプ４１ａと第２油圧ポンプ４１ｂは、それぞれレギュレータ４２ａ、４２ｂを備えている。レギュレータ４２ａ、４２ｂは、コントローラ１００からの指令に従って駆動され、第１油圧ポンプ４１ａと第２油圧ポンプ４１ｂの容積をそれぞれ変更する。

コントロールバルブ４３は、各油圧アクチュエータである走行用油圧モータ１３ａ、１３ｂ、旋回用油圧モータ２７、ブームシリンダ３２、アームシリンダ３４、バケットシリンダ３６に対応した図示しない各操作レバーによって駆動され、第１油圧ポンプ４１ａと第２油圧ポンプ４１ｂから各油圧アクチュエータへ流れる流量と、各油圧アクチュエータから作動油タンク（図示せず）へ流れる流量を調整する。

エンジンコントローラ２３は、コントローラ１００が出力するエンジン回転数目標値を受信し、エンジン回転数目標値に実際のエンジン回転数が一致するように、エンジン２２の燃料噴射量や燃料噴射タイミングを調整する。

ＥＣダイヤル９１は、オペレータがエンジン回転数を指示する装置であり、オペレータの操作によるダイヤル角度に応じて出力電圧が変化する。この出力電圧はコントローラ１００に入力される。図３は本発明の作業機械の一実施の形態を構成するＥＣダイヤルの出力電圧特性を示す特性図である。図３から分かるように、ＥＣダイヤルの出力電圧は、ＥＣダイヤルの角度の増加に比例して増加している。図３において、Ｖ１は、詳細後述するエンジンの最小回転数Ｎ１に対応する出力電圧を示し、Ｖ２はエンジンの最大回転数Ｎ２に対応する出力電圧を示している。

コントローラ１００は、ＥＣダイヤル９１の出力電圧と各油圧アクチュエータに対応した図示しない各操作レバーの操作量と圧力センサ４４，４５が検出した第１油圧ポンプ４１ａの吐出圧Ｐａと第２油圧ポンプ４１ｂの吐出圧Ｐｂとを入力し、これらの入力信号に基づいて、エンジンコントローラ２３とレギュレータ４２ａ、４２ｂへの指令信号を演算して出力し、エンジン２２の回転数と第１油圧ポンプ４１ａと第２油圧ポンプ４１ｂの吐出流量とを制御する。

次に、図を用いてコントローラ１００で行う制御について説明する。図４は本発明の作業機械の一実施の形態を構成するコントローラの演算部の制御ブロック図、図５は本発明の作業機械の一実施の形態を構成するコントローラにおけるエンジン回転数目標値演算部のテーブルの一例を示す特性図である。

図４に示すように、コントローラ１００は、ポンプ流量目標値演算部２００と、エンジン回転数目標値演算部３００と第１除算器４００と第２除算器５００とを備えている。

ポンプ流量目標値演算部２００は、第１油圧ポンプ４１ａの吐出配管に連結している油圧アクチュエータ（ブームシリンダ３２とアームシリンダ３４とバケットシリンダ３６と右走行用油圧モータ１３ａと旋回油圧モータ２７）を操作する操作レバーの操作量のうちで最大の操作量の信号Ｓａと、第２油圧ポンプ４１ｂの吐出配管に連結している油圧アクチュエータ（ブームシリンダ３２とアームシリンダ３４と左走行用油圧モータ１３ａと旋回油圧モータ２７）を操作する操作レバーの操作量のうちで最大の操作量の信号Ｓｂと、第１油圧ポンプ４１ａの吐出圧Ｐａと、第２油圧ポンプ４１ｂの吐出圧Ｐｂと、ＥＣダイヤル出力電圧とを入力し、これらの信号を基に第１油圧ポンプ４１ａの流量目標値Ｑ４ａと第２油圧ポンプ４１ｂの流量目標値Ｑ４ｂを演算する。算出した第１油圧ポンプ４１ａの流量目標値Ｑ４ａは第１除算器４００へ出力し、第２油圧ポンプ４１ｂの流量目標値Ｑ４ｂは第２除算器５００へ出力する。ポンプ流量目標値演算部２００の演算の詳細については後述する。

エンジン回転数目標値演算部３００は、ＥＣダイヤル出力電圧を入力し、予め設定したテーブルに基づいてエンジン回転数目標値を決定して、第１除算器４００と第２除算器５００とエンジンコントローラ２３とに出力する。

図５に示すように、エンジン回転数目標値演算部３００は、ＥＣダイヤル出力電圧がＶ１以下の時は、エンジン回転数目標値としてエンジン２２の最小回転数Ｎ１を出力する。ＥＣダイヤル出力電圧がＶ１からＶ３に増加するにつれて、エンジン回転数目標値である出力値はＮ１からＮ３に増加する。ＥＣダイヤル出力電圧がＶ３を少しでも上回ると、出力値はＮ４となり、ＥＣダイヤル出力電圧がＶ３からＶ２に増加するにつれて、出力値はＮ４からＮ２に増加する。ＥＣダイヤル出力電圧がＶ２以上の時は、エンジン２２の最大回転数Ｎ２を出力する。

エンジン２２の最小回転数Ｎ１と最大回転数Ｎ２の間に機構共振の共振周波数がある場合は、その共振周波数を挟むようにＮ３とＮ４を設定する。そうすることで、エンジン回転数目標値はＮ３とＮ４の間に留まらないので、共振しにくくなる。

また、エンジン２２の回転数−トルク特性が、図１８のように、最小回転数Ｎ１と最大回転数Ｎ２の間に、回転数が下がった時にトルクが急減するような回転数域（ＮａからＮｂ）がある場合は、Ｎ３をＮａと同じ値または余裕を見てＮａよりも小さい値に設定し、Ｎ４をＮｂと同じ値または余裕を見てＮｂよりも大きい値に設定する。そうすることで、エンジン回転数目標値はＮ３とＮ４の間に留まらないので、ラグダウンしにくくなる。

図５に戻り、本実施の形態においては、ＥＣダイヤル出力電圧がＶ１からＶ３へ増加する時のＥＣダイヤル出力電圧の変化に対するエンジン回転数目標値の変化割合（＝（Ｎ３−Ｎ１）／（Ｖ３−Ｖ１））に対して、ＥＣダイヤル出力電圧がＶ３からＶ２へ増加する時のＥＣダイヤル出力電圧の変化に対するエンジン回転数目標値の変化割合（＝（Ｎ２−Ｎ４）／（Ｖ２−Ｖ３））を小さくしたことを特徴としている。このようにすることで、作業機械の出力が高い高回転数域でエンジン回転数を微調整しやすくなる。

図４に戻り、第１除算器４００は、ポンプ流量目標値演算部２００が算出した第１油圧ポンプ４１ａの流量目標値Ｑ４ａとエンジン回転数目標値演算部３００が算出したエンジン回転数目標値を入力し、流量目標値Ｑ４ａをエンジン回転数目標値で除算することで、第１油圧ポンプ４１ａの容積目標値ｑ１ａを算出している。本目標値に従って、レギュレータ４２ａに指令信号を出力し、第１油圧ポンプ４１ａを制御することで、第１油圧ポンプ４１ａの吐出流量をＱ４ａにほぼ等しくすることができる。

第２除算器５００は、ポンプ流量目標値演算部２００が算出した第２油圧ポンプ４１ｂの流量目標値Ｑ４ｂとエンジン回転数目標値演算部３００が算出したエンジン回転数目標値を入力し、流量目標値Ｑ４ｂをエンジン回転数目標値で除算することで、第２油圧ポンプ４１ｂの容積目標値ｑ１ｂを算出している。本目標値に従って、レギュレータ４２ｂに指令信号を出力し、第２油圧ポンプ４１ｂを制御することで、第２油圧ポンプ４１ｂの吐出流量をＱ４ｂにほぼ等しくすることができる。

次に、図６を用いてポンプ流量目標値演算部２００の詳細を説明する。図６は
本発明の作業機械の一実施の形態を構成するコントローラにおけるポンプ流量目標値演算部の制御ブロック図である。図６に示すようにポンプ流量目標値演算部２００は、第１関数発生器２０１〜第３関数発生器２０３と、第１乗算器２０４と、第２乗算器２０５と、第４関数発生器２０６〜第６関数発生器２０８と、第３乗算器２０９と、第４乗算器２１０と、第１流量演算器２１１と、第２流量演算器２１２と、第１最小値選択器２１３と、第２最小値選択器２１４とを備えている。

第１関数発生器２０１は、第１油圧ポンプ４１ａの吐出配管に連結している各油圧アクチュエータを操作する操作レバーの操作量のうちで最大の操作量信号Ｓａを入力し、予め設定したテーブルに基づいて流量信号Ｑ１ａを演算して第１乗算器２０４へ出力する。このテーブルは、エンジン２２が最大回転数で、かつ、第１油圧ポンプ４１ａの吐出圧が低い時の、操作量信号Ｓａに対する第１油圧ポンプ４１ａの流量目標値を基準に決定し、操作量信号Ｓａが増加するにつれて目標流量信号Ｑ１ａが増加するように設定されている。

第２関数発生器２０２は、第２油圧ポンプ４１ｂの吐出配管に連結している各油圧アクチュエータを操作する操作レバーの操作量のうちで最大の操作量信号Ｓｂを入力し、第１関数発生器２０１と同様の演算を行い、第２油圧ポンプ４１ｂの目標流量信号Ｑ１ｂを演算して第２乗算器２０５へ出力する。

第３関数発生器２０３は、ＥＣダイヤル出力電圧を入力し、予め設定したテーブルに基づいてゲイン信号Ｋ１を演算して第１乗算器２０４と第２乗算器２０５へ出力する。図７は本発明の作業機械の一実施の形態を構成するコントローラにおけるポンプ流量目標値演算部のゲインテーブル（Ｋ１）の一例を示す特性図である。図７に示すように、このテーブルは、ＥＣダイヤル出力電圧がＶ１以下の時に、ゲインＫ１をエンジン２２の最大回転数Ｎ２と最小回転数Ｎ１の比Ｎ１／Ｎ２として設定し、ＥＣダイヤル出力電圧がＶ１からＶ２に増加する領域においては、ゲインＫ１を連続的に増加させてＶ２以上の時は１になるように設定している。

図６に戻り、第１乗算器２０４は、目標流量信号Ｑ１ａとゲインＫ１とを入力し、これらを乗算して第１油圧ポンプ４１ａの目標流量信号Ｑ２ａを演算し、第１最小値選択器２１３へ出力する。図８は本発明の作業機械の一実施の形態を構成するコントローラにおけるポンプ流量目標値演算部の目標流量信号Ｑ２ａの一例を示す特性図である。図８は、操作量信号Ｓａが最大のときいわゆるフルレバーのときにおける第１関数発生器２０１の出力と第３関数発生器２０３の出力との乗算の結果である目標流量信号Ｑ２ａを示している。したがって、図７に示すゲインＫ１の特性と相似した特性となっている。

図６に戻り、第２乗算器２０５は、目標流量信号Ｑ１ｂとゲインＫ１とを入力し、第１乗算器２０４と同様の演算を行い、第２油圧ポンプ４１ｂの目標流量信号Ｑ２ｂを演算して第２最小値選択器２１４へ出力する。

第４関数発生器２０６は、第１油圧ポンプ４１ａの吐出配管に連結している各油圧アクチュエータを操作する操作レバーの操作量のうちで最大の操作量信号Ｓａを入力し、予め設定したテーブルに基づいて出力パワー目標信号Ｐｏｗ１ａを演算して第３乗算器２０９へ出力する。このテーブルは、エンジン２２が最大回転数の時の操作量信号Ｓａに対する第１油圧ポンプ４１ａの出力パワー目標値を基準に決定し、操作量信号Ｓａが増加するにつれて出力パワー目標信号Ｐｏｗ１ａが増加するように設定されている。

第５関数発生器２０７は、操作量信号Ｓｂを入力し、第４関数発生器２０６と同様の演算を行い、第２油圧ポンプ４１ｂの出力パワー目標信号Ｐｏｗ１ｂを演算して第４乗算器２１０へ出力する。

第６関数発生器２０８は、ＥＣダイヤル出力電圧を入力し、予め設定したテーブルに基づいてゲイン信号Ｋ２を演算して第３乗算器２０９と第４乗算器２１０へ出力する。図９は本発明の作業機械の一実施の形態を構成するコントローラにおけるポンプ流量目標値演算部のゲインテーブル（Ｋ２）の一例を示す特性図である。図９に示すように、このテーブルは、ＥＣダイヤル出力電圧がＶ１以下の時に、ゲインＫ２をエンジン２２の最大回転数Ｎ２と最小回転数Ｎ１の比Ｎ１／Ｎ２として設定し、ＥＣダイヤル出力電圧がＶ１からＶ２に増加する領域においては、ゲインＫ２を連続的に増加させてＶ２以上の時は１になるように設定している。ＥＣダイヤル出力電圧がＶ１からＶ２に増加する領域におけるゲインＫ２の増加の特性は、図７に示すゲインＫ１の特性と同じ態様でも良いが、エンジン２２のトルク特性を考慮して、異なった特性の態様としても良い。

図６に戻り、第３乗算器２０９は、出力パワー目標信号Ｐｏｗ１ａとゲインＫ２とを入力し、これらを乗算して第１油圧ポンプ４１ａの出力パワー目標信号Ｐｏｗ２ａを演算し、第１流量演算器２１１へ出力する。図１０は本発明の作業機械の一実施の形態を構成するコントローラにおけるポンプ流量目標値演算部の出力パワー目標信号Ｐｏｗ２ａの一例を示す特性図である。図１０は、操作量信号Ｓａが最大のときいわゆるフルレバーのときにおける第４関数発生器２０６の出力と第６関数発生器２０８の出力との乗算の結果である出力パワー目標信号Ｐｏｗ２ａを示している。したがって、図９に示すゲインＫ２の特性と相似した特性となっている。

図６に戻り、第４乗算器２１０は、出力パワー目標信号Ｐｏｗ１ｂとゲインＫ２とを入力し、第３乗算器２０９と同様の演算を行い、第２油圧ポンプ４１ｂの出力パワー目標信号Ｐｏｗ２ｂを演算して第２流量演算器２１２へ出力する。

第１流量演算器２１１は、出力パワー目標信号Ｐｏｗ２ａと第１油圧ポンプ４１ａの吐出圧信号Ｐａとを入力し、出力パワー目標信号Ｐｏｗ２ａを吐出圧信号Ｐａで除算することで、第１油圧ポンプ４１ａの目標流量信号Ｑ３ａを算出し、第１最小値選択器２１３へ出力している。

第２流量演算器２１２は、出力パワー目標信号Ｐｏｗ２ｂと第２油圧ポンプ４１ｂの吐出圧信号Ｐｂとを入力し、出力パワー目標信号Ｐｏｗ２ｂを吐出圧信号Ｐｂで除算することで、第２油圧ポンプ４１ｂの目標流量信号Ｑ３ｂを算出し、第２最小値選択器２１４へ出力している。

第１最小値選択器２１３は、第１乗算器２０４が算出した目標流量信号Ｑ２ａと第１流量演算器２１１が算出した目標流量信号Ｑ３ａを入力し、いずれか小さい方の信号を選択して第１油圧ポンプ４１ａの流量目標値Ｑ４ａとして算出し、図４に示す第１除算器４００へ出力する。

第２最小値選択器２１４は、第２乗算器２０５が算出した目標流量信号Ｑ２ｂと第２流量演算器２１２が算出した目標流量信号Ｑ３ｂを入力し、いずれか小さい方の信号を選択して第２油圧ポンプ４１ｂの流量目標値Ｑ４ｂとして算出し、図４に示す第２除算器５００へ出力する。

図６において、第１油圧ポンプ４１ａの吐出圧信号Ｐａが低い場合、第１流量演算器２１１で算出される目標流量信号Ｑ３ａの方が、第１乗算器２０４で算出される目標流量信号Ｑ２ａよりも大きくなるので、第１最小値選択器を介して、目標流量信号Ｑ２ａが流量目標値Ｑ４ａとして出力される。

ここで、目標流量信号Ｑ２ａの特性が図８に示したものである場合、図４に示すコントローラ１００が算出する容積目標値ｑ１ａは、第１除算器４００において、図８に示す目標流量信号Ｑ２ａの特性を図５に示すエンジン回転数目標値演算部３００からの出力特性で除算することで算出される。図１１は本発明の作業機械の一実施の形態を構成するコントローラにおけるフルレバー操作時におけるポンプ容積目標値ｑ１ａの一例を示す特性図である。図１１に示す容積目標値信号ｑ１ａにしたがって、コントローラ１００はレギュレータ４２ａに指令信号を出力する。このことにより、第１油圧ポンプ４１ａの吐出流量は、図８に示す目標流量信号と等しくなるように制御される。

本実施の形態によれば、図５に示すエンジン回転数目標値演算部３００からの出力特性において、ＥＣダイヤル出力電圧がＶ３からＶ２へ増加するときのＥＣダイヤル出力電圧の変化に対するエンジン回転数目標値の変化割合は、ＥＣダイヤル出力電圧がＶ１からＶ３へ増加するときのＥＣダイヤル出力電圧の変化に対するエンジン回転数目標値の変化割合より小さく設定している。このＶ３からＶ２へ増加する区間のような回転数目標値の増加割合が小さい領域が存在した場合でも、図８示す目標流量信号のように、ＥＣダイヤル出力電圧のＶ１とＶ３の間の区間とＶ３とＶ２の間の区間の増加割合を同じに制御することができる。

また、図６において、第１油圧ポンプ４１ａの吐出圧信号Ｐａが高い場合、第１流量演算器２１１で算出される目標流量信号Ｑ３ａの方が、第１乗算器２０４で算出される目標流量信号Ｑ２ａよりも小さくなるので、第１最小値選択器を介して、目標流量信号Ｑ３ａが流量目標値Ｑ４ａとして出力される。この場合には、図１０示す出力パワー目標信号のように、ＥＣダイヤル出力電圧のＶ１とＶ３の間の区間とＶ３とＶ２の間の区間の増加割合を同じに制御することができる。

上述した本発明の作業機械の一実施の形態によれば、エンジン回転数の最小回転数と最大回転数の間に、機構共振や、エンジン回転数が下がった時にトルクが急減するような回転数域があっても、共振やラグダウンが発生しにくくなる。さらに、ある特定のエンジン回転数より高い回転数域でエンジン回転数を微調整できるので、作業機械で良く使用される領域での作業性が向上する。

なお、図５で示すエンジン回転数目標値演算部のテーブル（ＥＣダイヤル出力電圧に対するエンジン回転数目標値の特性）を用いた場合において、例えば、ＥＣダイヤル出力電圧がＶ３の近傍であったときに、何らかのノイズが重畳すると、エンジン回転数目標値がＮ３とＮ４の間で振動的な挙動を示す可能性が生じる。エンジン回転数目標値のこの様な挙動を抑制するために、ＥＣダイヤル出力電圧にヒステリシスを設けても良い。図１２は本発明の作業機械の一実施の形態を構成するコントローラにおけるエンジン回転数目標値演算部のテーブルの他の例を示す特性図である。

図１２は、図５に示す特性図に対して、ＥＣダイヤル出力電圧のＶ３よりヒステリシス電圧の分だけ高い電圧であるＶ４を新たに設定している。ＥＣダイヤル出力電圧がＶ１以下の時は、エンジン回転数目標値としてエンジン２２の最小回転数Ｎ１を出力する。ＥＣダイヤル出力電圧がＶ１からＶ３に増加するにつれて、エンジン回転数目標値である出力値はＮ１からＮ３に増加する。ＥＣダイヤル出力電圧がＶ３を上回っても、Ｖ４になるまでは、エンジン回転数目標値である出力値はＮ３のままとなる。ＥＣダイヤル出力電圧がＶ４を少しでも上回ると、出力値はＮ４となり、ＥＣダイヤル出力電圧がＶ３からＶ２に増加するにつれて、出力値はＮ４からＮ２に増加する。

一方、ＥＣダイヤル出力電圧がＶ２からＶ４に減少するにつれて、エンジン回転数目標値である出力値はＮ２からＮ４に減少する。ＥＣダイヤル出力電圧がＶ４を下回っても、Ｖ３になるまでは、エンジン回転数目標値である出力値はＮ４のままとなる。ＥＣダイヤル出力電圧がＶ３を少しでも下回ると、出力値はＮ３となり、ＥＣダイヤル出力電圧がＶ３からＶ１に減少するにつれて、出力値はＮ３からＮ１に減少する。

このように、コントローラにおけるエンジン回転数目標値演算部のテーブルにヒステリシス特性を設けた場合には、本実施の形態で説明した図７乃至図１１のコントローラの演算部の特性は、ヒステリシス特性を備えたものに設定される。 このようなヒステリシス特性を備えた各特性を他の例として、図１３乃至図１７に示す。図１３は本発明の作業機械の一実施の形態を構成するコントローラにおけるポンプ流量目標値演算部のゲインテーブル（Ｋ１）の他の例を示す特性図、図１４は本発明の作業機械の一実施の形態を構成するコントローラにおけるポンプ流量目標値演算部の目標流量信号Ｑ２ａの他の例を示す特性図、図１５は本発明の作業機械の一実施の形態を構成するコントローラにおけるポンプ流量目標値演算部のゲインテーブル（Ｋ２）の他の例を示す特性図、図１６は本発明の作業機械の一実施の形態を構成するコントローラにおけるポンプ流量目標値演算部の出力パワー目標信号Ｐｏｗ２ａの他の例を示す特性図、図１７は本発明の作業機械の一実施の形態を構成するコントローラにおけるフルレバー操作時におけるポンプ容積目標値ｑ１ａの他の例を示す特性図である。

具体的には、ポンプ流量目標値演算部のゲインテーブル（Ｋ１）と（Ｋ２）を図１３と図１５に示すようにヒステリシス特性を付加して設定する。このことにより、コントローラにおけるフルレバー操作時における目標流量信号Ｑ２ａ、出力パワー目標信号Ｐｏｗ２ａ、ポンプ容積目標値ｑ１ａの各信号の特性が図１４と図１６と図１７に示すようになる。

なお、本発明の実施の形態は、油圧ショベルに適用した場合を例に説明したが、これに限るものではない。本発明は、ＥＣダイヤル等の回転数指示装置でエンジン回転数を指定することができる作業機械全般に適用可能である。

１０：下部走行体、１３：走行用油圧モータ、２０：上部旋回体、２１：旋回フレーム、２２：エンジン、２３：エンジンコントローラ、２６：減速機構、２７：旋回油圧モータ、３０：ショベル機構、３１：ブーム、３２：ブームシリンダ、３３：アーム、３４：アームシリンダ、３５：バケット、３６：バケットシリンダ、４０：油圧システム、４１ａ：第１油圧ポンプ、４１ｂ：第２油圧ポンプ、４２ａ、ｂ：レギュレータ、４３：コントロールバルブ、９１：ＥＣダイヤル、１００：コントローラ、２００：ポンプ流量目標値演算部、３００：エンジン回転数目標値演算部

Claims (2)

1. エンジンと、前記エンジンによって駆動される油圧ポンプと、前記油圧ポンプの吐出する圧油によって駆動される油圧アクチュエータと、オペレータが前記エンジンの目標回転数を指示するためのエンジン回転数指示装置と、前記油圧アクチュエータを操作する操作装置と、前記エンジンの回転数を制御する制御装置とを備えた作業機械において、
   前記制御装置は、
   前記エンジン回転数指示装置の操作量を検出し、検出した前記エンジン回転数指示装置の操作量に対して予め設定された目標回転数特性に基づいて目標回転数を演算するエンジン回転数目標値演算部と、
   前記操作装置の操作量と前記エンジン回転数指示装置の操作量とを入力し、これらの信号に基づいて前記油圧ポンプの流量目標値を演算するポンプ流量目標値演算部とを備え、
   前記目標回転数特性は、前記目標回転数として、前記エンジンの最小回転数より高く前記エンジンの最大回転数よりも低い第１回転数と、前記第１回転数より高く前記最大回転数より低い第２回転数との間の領域を除いて設定可能であり、
   前記エンジンの最小回転数を指示する前記エンジン回転数指示装置の操作量から前記第１回転数を指示する前記エンジン回転数指示装置の操作量まで移行させたときの前記エンジン回転数指示装置の操作量の変化に対する前記目標回転数の変化の割合が、前記エンジンの第２回転数を指示する前記エンジン回転数指示装置の操作量から前記最大回転数を指示する前記エンジン回転数指示装置の操作量まで移行させたときの前記エンジン回転数指示装置の操作量の変化に対する前記目標回転数の変化の割合よりも大きく、
   前記ポンプ流量目標値演算部は、前記エンジンの最小回転数を指示する前記エンジン回転数指示装置の操作量から前記第１回転数を指示する前記エンジン回転数指示装置の操作量まで移行させたときの前記エンジン回転数指示装置の操作量の変化に対する前記油圧ポンプの吐出流量の変化の割合が、前記エンジンの第２回転数を指示する前記エンジン回転数指示装置の操作量から前記最大回転数を指示する前記エンジン回転数指示装置の操作量まで移行させたときの前記エンジン回転数指示装置の操作量の変化に対する前記油圧ポンプの吐出流量の変化の割合と同じになるように前記油圧ポンプの流量目標値を演算する
   ことを特徴とする作業機械。
2. 請求項１に記載の作業機械において、
   前記油圧ポンプの吐出圧を検出する圧力センサとを備え、
   前記制御装置は、前記操作装置の操作量と前記圧力センサが検出した前記油圧ポンプの吐出圧と前記エンジン回転数指示装置の操作量とを入力し、これらの信号に基づいて前記油圧ポンプの流量目標値を演算するポンプ流量目標値演算部を有し、
   前記ポンプ流量目標値演算部は、前記エンジンの最小回転数を指示する前記エンジン回転数指示装置の操作量から前記第１回転数を指示する前記エンジン回転数指示装置の操作量まで移行させたときの前記エンジン回転数指示装置の操作量の変化に対する前記油圧ポンプの出力パワーの変化の割合が、前記エンジンの第２回転数を指示する前記エンジン回転数指示装置の操作量から前記最大回転数を指示する前記エンジン回転数指示装置の操作量まで移行させたときの前記エンジン回転数指示装置の操作量の変化に対する前記油圧ポンプの出力パワーの変化の割合と同じになるように前記油圧ポンプの流量目標値を演算する
   ことを特徴とする作業機械。

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