JPS63167042A - 建設機械の油圧制御装置 - 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】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は油圧シ目ベルやホイールローダ等に代表される
建設機械の油圧制御装置に関し、負荷に応じて原動機の
馬力を制御して燃料消費率等を改善したものである。

Ｂ、従来の技術とその問題点 ホイール式油圧ショベルを一例として従来の技術につい
て説明する。

ホイール式油圧ショベルは、第７図に示すように、走行
軸１を有する下部走行体２と、その下部走行体２の上に
旋回軸を介して接続された上部旋回体３とからなり、上
部旋回体３には、油圧シリンダ４〜６によりそれぞれ駆
動されるブーム７゜アーム８．パケット９等から成る掘
削用アタッチメントが設けられている。

ホイール式油圧ショベルは特定の作業現場内にとどまら
ず一般道路走行が認められているが、一般道路には平坦
路もあれば坂道もあり１種々の道路条件下でもできるだ
け法定最高速度３５ｋｍ／ｈで走行できることが好まし
い。

そこで、ある必要な勾配における登板時に３５ｋｍ／ｈ
の速度を出しうるエンジンを用いれば走行性能の点につ
いては一応の解決がつくことになる。ホイール式油圧シ
ョベルでは、一台のエンジンを掘削と走行の双方に用い
るのが一般であるが、掘削作業に要するエンジン馬力は
走行に要するエンジン馬力に比べて小さくてよい。この
ようなことから、登板時の走行性能を重視してエンジン
を高馬力にセットするのは掘削作業の面からみれば燃費
、ｌｉ音、コスト等の点で無駄なことであり、その反面
、掘削時の燃費、騒音、コストを重視して前者に比べて
エンジンを低馬力にセットすると登板時に十分な走行性
能が得られないことになり、ホイール式油圧ショベルに
おいては、エンジン性能に関するかぎり掘削と走行との
マツチングが悪いことになる。

そのため従来から種々の考え方がとられており、その代
表的な考え方のひとつとして、平坦路走行時にのみ法令
で定められた３５ｋｍ／ｈを満足するようにしたものが
ある。

この場合、使用する走行用油圧モータおよびミッション
の仕様から、３５ｋｍ／ｈで平坦路を走行する時の必要
流量をＱｌ、必要圧力をＰｌと定めると、例えば第８図
（ａ）のようにエンジンの所要馬力ＰＳ２’　が決まり
、これにより、エンジン最高回転数Ｎ１と油圧ポンプの
最大押し除け容積ｑ１とが定まり、エンジン回転数−ポ
ンプ吐出量線図（Ｎ−Ｑ線図）は例えば第９図に示すよ
うになる。

第９図に示すＮ−Ｑ線図を有する油圧式走行駆動装置に
おける登坂路走行について考えてみると、第８図（ａ）
に示すように、登板時にはポンプの吐出圧力がＰ２まで
増加してポンプの傾転角が小さくなるのでポンプ吐出量
はＱ２まで低下し。

従って、その速度は３５ｋｍ／ｈよりかなり遅く（３５
ｋｍ／ｈＸＱ２／Ｑｌ）なッテしまい、満足のできる走
行性能が得られない。

そこで、エンジンおよび油圧機器の仕様を定めるにあた
って、予め設定した登板勾配で３５ｋｍ／ｈの速度が得
られるようにすることが考えられる。このように設定す
れば、当然のことながら、平坦路走行時にも３５ｋｍ／
ｈの速度がでる。

そこで、上述したと同様に、使用する油圧モータおよび
ミッションの仕様から２ある勾配の登板路を３５ｋｍ／
ｈで走行するときの必要流量をＱｌ。

必要圧力をＰ２（）ＰＬ）と定めると、例えば第８図（
ｂ）のようにエンジンの所要馬力ＰＳ２が決まり、更に
、エンジンの最高回転数Ｎ２と油圧ポンプの最大押し除
け容積ｑ２とが定まり、例えばエンジン回転数−ポンプ
吐出量線図（Ｎ−Ｑ線図）は第１０図に示すようになる
。

ここで、第１０図に示したＮ−Ｑ線図を有する油圧式走
行駆動装置におけるエンジンの性能が第１１図のように
定められているとする。第１１図の回転数−馬力曲線（
Ｎ−ＰＳ曲線）かられかるように、ある勾配の登板路を
３５）ｃｍ／ｈで走行するに必要なポンプ吸収馬力をＰ
Ｓ２とすれば、その馬力はエンジン回転数Ｎ２のときに
得られるようになっている。そして、そのときの燃料消
費率（ｇ／ＰＳｈ）は、回転数−燃料消費率曲線（Ｎ−
ｇ曲線）からｇ２であることがわかる。しかるに、この
ような油圧式走行駆動装置により平坦路を３５ｋｍ／ｈ
で走行する際のポンプの吸収馬力をＰＳ２’　　（＜Ｐ
Ｓ２）とすれば、エンジンをフルスロットルのまま平坦
路を走行すると、そのときのエンジン回転数はＮ２’　
　（＞Ｎ２）となり、燃料消費率がｇ２’　　（＞ｇ２
）となることがわかる。すなわち、このようなエンジン
および油圧装置の設定では、平坦路を３５ｋｍ／ｈで走
行するにはエンジンをその燃料消費率の悪い領域で使用
することになり好ましくない。また、エンジンを燃料消
費率の良い領域で使用するため、スロットルレバーを操
作してエンジン回転数を下げて走行すると、ポンプ吐出
量が少なくなり、所定の速度（３５ｋｍ／ｈ）を出すこ
とができない。

また、走行油圧駆動装置を備えたホイール式油圧ショベ
ルにおいては、上述したように上部旋回体に搭載した単
一のエンジンおよび単一の油圧ポンプを用いて、掘削用
アクチュエータおよび走行用の油圧モータを駆動してい
るが、登板走行時の油圧ポンプの所要吸収馬力ＰＳ２は
掘削時の油圧ポンプの所要吸収馬力ＰＳ３に比べてかな
り大きい。

従って、第１１図に示した特性を有するエンジンにおい
て、エンジン最高回転数Ｎ２のスロットルレバー位置で
掘削作業を行う場合、油圧ポンプの所要吸収馬力をＰＳ
３　（＜ＰＳ２）とすれば、エンジン回転数がＮ３と増
加し燃料消費率がｇ３（＞ｇ２）となってしまう。スロ
ットルレバーを操作してエンジン回転数を下げればポン
プ吐出量が低下してしまい作業速度が遅くなってしまう
。

このような問題は、クローラ式油圧ショベルにおける重
負荷作業と軽負荷作業との関係においても同様である。

すなわち重負荷作業を重視してエンジンを高馬力にセッ
トするのは軽負荷作業の面からみれば燃費、騒音、コス
ト等の点で無駄なことであり、その反面、軽負荷作業を
重視してエンジンを低馬力にセットすると重負荷作業時
に十分な掘削性能が得られないことになる。エンジンを
高馬力にセットして軽負荷作業時にエンジン回転数を下
げればポンプ吐出量が低下してしまい、所望の作業速度
が得られない。ホイールローダ等、作業負荷が大きく変
化するその他の建設機械にも同様な問題がある。

本発明の目的は、このような従来の問題点を解決した建
設機械の油圧制御装置を提供することにある。

Ｃ０問題点を解決するための手段 一実施例を示す第１図により本発明を説明すると、本発
明が適用される建設機械は、ＪＸ動機１１と、原動機１
１の回転数を制御する回転数制御手段１０と、原動機１
１によって駆動される可変容量形油圧ポンプ１３と、こ
の可変容量形油圧ポンプ１３からの吐出油により駆動さ
れる油圧アクチュエータ１７とを備える。そして、上述
した問題点は、油圧アクチュエータ１７の負荷を検出す
る検出手段１９．２１と、回転数制御手段１０によって
制御された原動機１１の回転数を所定値だけ増加および
減少させる回転数増減手段２５と、検出された負荷が所
定値以上のときに、原動機回転数変更後の油圧ポンプ１
３の吐出量が変更前の原動機回転数時における油圧ポン
プ１３の最大吐出量を越えない範囲内で、原動機回転数
が増加するように回転数増減手段２５を制御する運転制
御手段２１とを備える。

０１作用 原動機１１の回転数は回転数制御手段１０により制御さ
れる。検出手段１９．２１により検出された油圧アクチ
ュエータ１７の負荷が所定値以上のときには、運転制御
手段２１の制御の下に回転数増減手段２５により原動機
回転数が増加される。

このとき、変更後の油圧ポンプ１３の吐出量が、変更前
の回転数時における油圧ポンプ１３の最大吐出量を越え
ないようになっている。

Ｅ、実施例 一第１の実施例− 第１図は本発明の第１の実施例を示し、原動機を構成す
るエンジン１１の回転数は回転数制御装置１０により制
御される。この原動機１１により駆動される可変容量形
油圧ポンプ１３の吐出ポートは、コントロールバルブ１
５を介して、走行油圧モータ、掘削用シリンダ（第７図
の油圧シリンダ４〜６）、旋回モータを含むアクチュエ
ータ１７に接続されている。コントロールバルブ１５は
走行操作レバー（不図示）および掘削操作レバー（不図
示）により切換制御される。アクチュエータ１７の負荷
圧力は負荷検出センサ１９で検出されコントローラ２１
に入力される。コントローラ２１には、自動制御選択ス
イッチ２３からの信号も入力される。更に、エンジン１
１の回転数を検出する回転数センサ２７の出力信号もコ
ントローラ２１に入力される。ここで、負荷検出センサ
１９とコントローラ２１とにより検出手段が構成される
。

２５は回転数増減手段を構成する装置であり、第２図（
ａ）〜（ｃ）に示すように、運転席内に設けられたエン
ジンコントロールレバー３１とエンジン１１のガバナス
ロットルレバー３２との間の中間レバー３３と一体に構
成されている。

第２図（ａ）を参照するに、エンジンコントロールレバ
ー３１は運転席内のコンソールボックス３４に軸支され
、車両の所定の部位に軸支された第１の中間レバー３３
の一方の端部にプッシュプルケーブル３５を介して連結
されている。第１の中間レバー３３は略「＜」の字に形
成され、他端に電磁シリンダ２５１が固着されている。

第１の中間レバー３５と同軸で第２の中間レバー２５２
が軸支され、その第２の中間レバー２５２には、電磁シ
リンダ２５１を介して第１の中間レバー３３の回動が伝
達される。そして、第２の中間レバー２５２はガバナス
ロットルレバー３２とプッシュプルケーブル３６を介し
て連結されている。

ここで、エンジンコントロールレバー３１．ガバナスロ
ットルレバー３２．中間レバー３３゜２５２により回転
数制御装置１０が構成され、油圧シリンダ２５１と中間
レバー２５２により回転数増減装置２５が構成される。

第２図（ａ）は、エンジンコントロールレバー３１がオ
フ位置にあり、かつ電磁シリンダ２５１が縮小している
場合を示し、このときエンジン１１は停止している。油
圧シリンダ２５１が伸長しても第２の中間レバー２５２
は回動しない。

第２図（ｂ）は、エンジンコントロールレバー３１が最
大位置まで操作され、かつ油圧シリンダ２５１が縮小し
ている場合を示し、このときエンジン１１は低負荷時の
最高回転数ＮＥで回転する。

第２図（ｃ）は第２図（ｂ）の状態から油圧シリンダ２
５１を伸長した場合を示し、油圧シリンダ２５１が伸長
した分だけ第２の中間レバー２５２が回動して重負荷時
の最高回転数ＮＰでエンジンが回転する。

第３図のフローチャートを参照して本実施例を更に説明
する。

ここに示された処理手順はコントローラ２１内のＲＯＭ
に格納され、ＣＰＵの制御の下に順次に処理される。ス
テップＳ１では、自動制御選択スイッチ２３と負荷検出
センサ１９からの出力信号を読み込む。ステップＳ２に
おいては、選択スイッチ２３により自動制御が選択され
ているか否かを判別する。自動制御が選択されていると
ステップＳ３に進み、負荷検出センサ１９で検出した負
荷圧力Ｐが所定値Ｐ０を越えているか否かを判定し、肯
定判定されるとステップＳ５で電磁シリンダ２５１をオ
ンして伸長させる。この結果、第２の中間レバー２５２
が時計方向（第２図（ａ））に回動してエンジン回転数
が所定量ΔＮだけ増加する。一方、ステップＳ３が否定
されるとステップＳ４に進み、電磁シリンダ２５１をオ
フして収縮させる。この結果、第２の中間レバー２５２
が反時計方向（第２図（ａ））に回動してエンジン回転
数が所定量ΔＮだけ低減される。なお、ステップＳ２が
否定された場合もステップＳ４において電磁シリンダ２
５１をオフする。

今、第４図に示すとおり、エンジン回転数Ｎ１に応じた
油圧ポンプ１３のＰ−Ｑ線図を一点鎖線ＰＱＩとし、所
定量ΔＮだけ増加したエンジン回転数Ｎ２に応じた油圧
ポンプ１３のＰ−Ｑ線図を二点鎖線ＰＱ２とし、各Ｐ−
Ｑ線図において負荷圧力に応じた押し除け容積制御を開
始する負荷圧力をＰｃ（＜Ｐ、）とする。油圧ポンプ１
３がエンジン回転数Ｎ１に応じたＰ−Ｑ線図ＰＱＩで運
転されているとき、負荷圧力がＰｏを越えるとエンジン
回転数がＮ１からＮ２に上昇し、実線で示すようにＰ−
Ｑ線図ＰＱ２で油圧ポンプ１３が運転される。一方、エ
ンジン回転数Ｎ２に応じたＰ−Ｑ線図ＰＱ２で油圧ポン
プ１３が運転されているときに、負荷圧力がＰ０以下に
なるとエンジン回転数がＮ２からＮ１に低下し、実線で
示すようにＰ−Ｑ線図ＰＱＩで油圧ポンプ１３が運転さ
れる。

このようにこの実施例によれば、負荷圧力Ｐ、を境にし
て高低２つのエンジン回転数ＮおよびＮ＋ΔＮに応じた
２つのＰ−Ｑ線図ＰＱＩ。

ＰＱ２を択一的に選択して油圧ポンプ１３を運転するよ
うにしたものである。なお、第４図からもわかるとおり
、エンジン回転数Ｎ１をΔＮだけ増加させたときに得ら
れるポンプ吐出量が、エンジン回転数Ｎ１における油圧
ポンプ１３の最大吐出量Ｑ１を越えないように所定量Δ
Ｎが定められている。

一第２の実施例− 第５図および第６図に基づいて第２の実施例について説
明する。

第１の実施例との相違点は、負荷圧力ＰｃからＰ。の範
囲で油圧ポンプ吐出流量が略一定となるように、負荷圧
力が大きくなるにつれてエンジン回転数を連続的に増加
させるようにしたものである。このため、第２の実施例
では、電磁シリンダ２５１として、入力信号に応じて伸
縮するりニアソレノイドを用いる。その他の構成は第１
図に示したものと全く同一であり、処理手順例について
のみ説明する。

第５図において、ステップＳｌｌでは、自動制御選択ス
イッチ２３．負荷検出センサ１９．エンジン回転数セン
サ２７からの出力信号を読み込む。ステップＳ１２にお
いて自動制御が選択されているか否かを判定し、肯定判
定されるとステップＳ１３に進み、負荷圧力Ｐがｐｃを
越えているか否かを判定する。肯定判定されるとステッ
プＳ１４に進み、負荷圧力ＰがＰ、を越えているか否か
を判定する。肯定判定されるとステップＳ１７に進み、
電磁シリンダ２５１を完全に伸長させる。否定判定され
るとステップＳ１５に進み、油圧ポンプ１３の吐出量が
負荷圧力０　＝　Ｐ　ｃにおける最大吐出量Ｑ１と略同
−となるようなエンジン回転数Ｎｃを演算し、電磁シリ
ンダ２５１の伸縮量ΔＳを演算する。

ここでステップＳ１５の処理について詳述する。

まずエンジン回転数から油圧ポンプ１３の最大吐出量Ｑ
１を求める。次いで負荷圧力からそのときの油圧ポンプ
１３の押し除け容積ｑを求め、エンジン回転数ＮＧを Ｉ ＮＣ＝□　　　　　　　　　　　　　・・・（１）から
求める。次に、現在のエンジン回転数と現在の電磁シリ
ンダ２５１の伸長量Ｓ（入力信号から求まる）とから、
（１）式で求めたエンジン回転数Ｎｃにするために電磁
シリンダ２５１を伸縮する量ΔＳを求める。そしてステ
ップＳ１６において、電磁シリンダ２５１の伸長量が（
Ｓ＋ΔＳ）となるようにその入力信号を制御する。

一方、ステップＳ１２で自動制御ではないと判定された
場合、あるいはステップＳ１３で負荷圧力がＰｃ以下で
あると判定された場合にはステップ８１８に進み、電磁
シリンダ２５１をオフして伸長量Ｓを零とする。

次に、第６図により第２の実施例の動作について説明す
る。

第６図に示すとおり、第４図と同様、エンジン回転数Ｎ
１に応じた油圧ポンプ１３のＰ−Ｑ線図をＰＱＩ、エン
ジン回転数Ｎ２に応じた油圧ポンプ１３のＰ−Ｑ線図を
ＰＱ２とし、負荷圧力に応じた押し除け容積制御が負荷
圧力ｐｃから開始するとする。そして、この実施例にお
けるエンジン回転数制御を負荷圧力ｐｃから開始し、負
荷圧力Ｐ０で終了する。この負荷圧力Ｐ０は、Ｐ−Ｑ線
図ＰＱＺ上でポンプ吐出量Ｑ１が得られる負荷圧力に設
定される。

第６図かられかるとおり、エンジン回転数Ｎ１に応じた
ＰＱＩで油圧ポンプ１３が運転されている（電磁シリン
ダ２５１はオフ）場合、負荷圧力がｐｃを越えると電磁
シリンダ２５１が伸長しエンジン回転数が増加するから
、Ｐ−Ｑ線図ＰＱＩに沿ってポンプ吐出量Ｑ１が減少せ
ず実線のように吐出量Ｑ１を保つ。負荷圧力がＰｃ−ｐ
。

の範囲でかかるエンジン回転数制御が常時行われ、ポン
プ吐出量をＱｌに保持したまま負荷圧力が大きくなるに
つれてエンジン回転数を上昇させポンプ吸収馬力を増加
させる。負荷圧力がＰ。を越えると電磁シリンダ２５１
の伸長量は最大となり、Ｐ−Ｑ線図ＰＱ２にしたがって
油圧ポンプ１３が運転される。

以上では油圧アクチュエータ１７の負荷圧力によりこの
建設機械の負荷を検出したが、可変容量形油圧ポンプ１
３の傾転角が負荷圧力に略比例することから、傾転角か
ら建設機械の負荷を検出してもよい。また、電子制御ガ
バナを用いる場合には、プログラム制御により燃料噴射
量を増減することにより回転数の増減が可能となり、実
施例のようなメカ式の装置が省略される。更に、電動機
を原動機としたものにも本発明を適用でき、また、ホイ
ール式油圧ショベル以外、クローラ大油圧ショベル等、
負荷変動の大きいその他の建設機械にも適用される。

Ｇ０発明の効果 本発明によれば、アクチュエータの負荷により可変容量
形油圧ポンプの押し除け容積（傾転角）が減少する負荷
領域で、所定負荷以上になると原動機回転数を増加させ
るようにしたので、軽負荷時も重負荷時も所望の作業速
度を維持しつつ燃料消費率が最も有利な状態で運転が可
能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は本発明の第１の実施例を示すもので、
第１図が油圧回路と制御系を示すブロック図、第２図（
ａ）〜（Ｑ）が回転数増減装置の詳細図、第３図が処理
手順例を示すフローチャート、第４図が第１の実施例の
Ｐ−Ｑ線図である。 第５図および第６図は第２の実施例を示すもので、第５
図がフローチャート、第６図がＰ−Ｑ線図である。 第７図はホイール式油圧ショベルの一例を示す側面図、
第８図（ａ）、（ｂ）は従来のＰ−Ｑ線図の２例を示す
図、第９図および第１０図は従来のホイール式油圧ショ
ベルにおけるエンジン回転数Ｎとポンプ吐出流量Ｑとの
関係をそれぞれ示すグラフ、第１１図はエンジン性能曲
線を示す図・第１２図は従来のホイール式油圧ショベル
のポンプにおけるＰ−Ｑ線図を示す図である。 １１：エンジン　　　　１２：回転数センサ１３：油圧
ポンプ　　　１７：アクチユエータ１９：負荷検出セン
サ　２１：コントローラ２５：回転数増減装置 ２５１：電磁シリンダ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）原動機と、当該原動機の回転数を制御する回転数制
   御手段と、前記原動機によって駆動される可変容量形油
   圧ポンプと、当該可変容量形油圧ポンプからの吐出油に
   より駆動される油圧アクチュエータとを備えた建設機械
   の油圧制御装置において、 前記油圧アクチュエータの負荷を検出する検出手段と、 前記回転数制御手段によって制御された原動機の回転数
   を所定値だけ増加および減少させる回転数増減手段と、 前記検出された負荷が所定値以上のときに、原動機回転
   数変更後の前記油圧ポンプの吐出量が変更前の原動機回
   転数時における油圧ポンプの最大吐出量を越えない範囲
   内で、原動機回転数が増加するように前記回転数増減手
   段を制御する運転制御手段とを具備することを特徴とす
   る建設機械の油圧制御装置。 ２）前記回転数増減手段による原動機回転数変更後の前
   記油圧ポンプの吐出量が、変更前の原動機回転数におけ
   る最大吐出量とほぼ同一となるように原動機回転数を増
   加させることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
   の建設機械の油圧制御装置。 ３）前記油圧ポンプの押し除け容積が前記アクチュエー
   タの負荷により低減される負荷領域の所定範囲では、減
   少する押し除け容積に相応して、油圧ポンプの吐出量が
   ほぼ一定となるように原動機回転数を増加させることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の建設機械の油
   圧制御装置。