WO2020203906A1

WO2020203906A1 - ショベル

Info

Publication number: WO2020203906A1
Application number: PCT/JP2020/014354
Authority: WO
Inventors: 公則佐野; 竜二白谷
Original assignee: 住友建機株式会社
Priority date: 2019-03-29
Filing date: 2020-03-27
Publication date: 2020-10-08
Also published as: KR20210143740A; CN113508207A; JPWO2020203906A1; EP3951087A4; CN113508207B; EP3951087B1; US20220002975A1; EP3951087A1

Abstract

ショベル（１００）は、下部走行体（１）と、下部走行体（１）に旋回自在に搭載された上部旋回体（３）と、上部旋回体（３）に搭載されたエンジン（１１）と、エンジン（１１）によって駆動されるメインポンプ（１４）と、メインポンプ（１４）が吐出する作動油の流量を制御するコントローラ（３０）とを備えている。コントローラ（３０）は、エンジン（１１）の負荷が増大した際に、エンジン（１１）の実トルクが負荷に応じたレベルに立ち上がるまで、メインポンプ（１４）の応答性を遅延させる。

Description

ショベル

　本開示は、掘削機としてのショベルに関する。

　従来、油圧ポンプの吐出圧が変化しても油圧ポンプの吸収トルクがエンジンの定格トルクを超えないように油圧ポンプの吐出量を制御するショベルが知られている（特許文献１参照。）。

　所定の回転数で回転するエンジンの実トルクは、エンジン負荷が小さい場合、定格トルクよりも小さいレベルで推移している。そして、実トルクは、エンジン負荷が増大したときに燃料噴射量の増大によって増大し、定格トルクに達する。このように、実トルクは、動的に変化し、エンジン負荷が増大したときにある程度の遅延を伴って立ち上がる。

特開２００９－２３１８号公報

　しかしながら、上述のショベルにおける制御は、エンジンの実トルクの立ち上がりに関する遅延を考慮していない。そのため、上述のショベルにおける制御では、油圧ポンプの吸収トルクがエンジンの実トルクを一時的に上回ってしまい、エンジン回転数が低下してしまうおそれがある。

　そこで、油圧ポンプの吸収トルクがエンジンの実トルクを上回ってしまうのをより確実に防止することが望まれる。

　本発明の実施形態に係るショベルは、下部走行体と、前記下部走行体に旋回自在に搭載された上部旋回体と、前記上部旋回体に搭載されたエンジンと、前記エンジンによって駆動される油圧ポンプと、前記油圧ポンプが吐出する作動油の流量を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記エンジンの負荷が増大した際に、前記エンジンの実トルクが前記負荷に応じたレベルに立ち上がるまで、前記油圧ポンプの応答性を遅延させる。

　上述の手段により、油圧ポンプの吸収トルクがエンジンの実トルクを上回ってしまうのをより確実に防止できるショベルが提供される。

本発明の実施形態に係るショベルの側面図である。ショベルに搭載される油圧システムの構成例を示す図である。コントローラの構成例を示す図である。ブーム上げ操作が行われたときの変動抑制処理に関する値の時間的推移の一例を示す。ブーム上げ操作が行われたときの変動抑制処理に関する値の時間的推移の別の一例を示す。

　最初に、図１を参照して、本発明の実施形態に係る掘削機としてのショベル１００について説明する。図１はショベル１００の側面図である。本実施形態では、下部走行体１には旋回機構２を介して上部旋回体３が旋回可能に搭載されている。下部走行体１は、走行用油圧モータ２Ｍによって駆動される。走行用油圧モータ２Ｍは、左側のクローラを駆動する左走行用油圧モータ２ＭＬ、及び、右側のクローラを駆動する右走行用油圧モータ２ＭＲ（図１では不可視）を含む。旋回機構２は、上部旋回体３に搭載されている旋回用油圧モータ２Ａによって駆動される。但し、旋回用油圧モータ２Ａは、電動アクチュエータとしての旋回用電動発電機であってもよい。

　上部旋回体３にはブーム４が取り付けられている。ブーム４の先端にはアーム５が取り付けられ、アーム５の先端にはエンドアタッチメントとしてのバケット６が取り付けられている。ブーム４、アーム５及びバケット６は、アタッチメントの一例である掘削アタッチメントを構成する。ブーム４はブームシリンダ７で駆動され、アーム５はアームシリンダ８で駆動され、バケット６はバケットシリンダ９で駆動される。

　上部旋回体３には、運転室としてのキャビン１０が設けられ、且つ、エンジン１１等の動力源が搭載されている。また、上部旋回体３には、コントローラ３０が取り付けられている。なお、本書では、便宜上、上部旋回体３における、ブーム４が取り付けられている側を前側とし、カウンタウェイトが取り付けられている側を後側とする。

　コントローラ３０は、ショベル１００を制御するための制御装置である。本実施形態では、コントローラ３０は、ＣＰＵ、揮発性記憶装置及び不揮発性記憶装置等を備えたコンピュータで構成されている。そして、コントローラ３０は、様々な機能要素に対応するプログラムを不揮発性記憶装置から読み出してＲＡＭ等の揮発性記憶装置にロードし、対応する処理をＣＰＵに実行させることで様々な機能を実現できるように構成されている。

　次に、図２を参照し、ショベル１００に搭載される油圧システムの構成例について説明する。図２は、ショベル１００に搭載される油圧システムの構成例を示す。図２は、機械的動力伝達系、作動油ライン、パイロットライン及び電気制御系を、それぞれ二重線、実線、破線及び点線で示している。

　ショベル１００の油圧システムは、主に、エンジン１１、レギュレータ１３、メインポンプ１４、パイロットポンプ１５、コントロールバルブ１７、操作装置２６、吐出圧センサ２８、操作圧センサ２９、コントローラ３０及びエンジン回転数調整ダイヤル７５等を含む。

　図２において、油圧システムは、エンジン１１によって駆動されるメインポンプ１４から、センターバイパス管路４０及びパラレル管路４２の少なくとも１つを経て作動油タンクまで作動油を循環させている。

　エンジン１１は、ショベル１００の駆動源である。本実施形態では、エンジン１１は、例えば、所定の回転数を維持するように動作するディーゼルエンジンである。エンジン１１の出力軸は、メインポンプ１４及びパイロットポンプ１５のそれぞれの入力軸に連結されている。エンジン１１は過給機を備えている。本実施形態では、過給機は、ターボチャージャである。エンジン１１は、エンジン制御ユニットによって制御される。エンジン制御ユニットは、例えば、過給圧（ブースト圧）に応じて燃料噴射量を調整するように構成されている。ブースト圧は、例えば、ブースト圧センサによって検出される。

　メインポンプ１４は、作動油ラインを介して作動油をコントロールバルブ１７に供給するように構成されている。本実施形態では、メインポンプ１４は、電気制御式の油圧ポンプである。具体的には、メインポンプ１４は、斜板式可変容量型の油圧ポンプである。

　レギュレータ１３は、メインポンプ１４の吐出量を制御する。本実施形態では、レギュレータ１３は、コントローラ３０からの制御指令に応じてメインポンプ１４の斜板傾転角を調節してメインポンプ１４の１回転当たりの押し退け容積を制御することでメインポンプ１４の吐出量を制御する。

　パイロットポンプ１５は、パイロットラインを介して操作装置２６を含む油圧制御機器に作動油を供給するように構成されている。本実施形態では、パイロットポンプ１５は、固定容量型油圧ポンプである。パイロットポンプ１５は、省略されてもよい。この場合、パイロットポンプ１５が担っていた機能は、メインポンプ１４によって実現されてもよい。すなわち、メインポンプ１４は、コントロールバルブ１７に作動油を供給する機能とは別に、絞り等により作動油の圧力を低下させた後で操作装置２６等に作動油を供給する機能を備えていてもよい。

　コントロールバルブ１７は、ショベル１００における油圧システムを制御する油圧制御装置である。本実施形態では、コントロールバルブ１７は、一点鎖線で示すように、制御弁１７１～１７６を含む。制御弁１７５は制御弁１７５Ｌ及び制御弁１７５Ｒを含み、制御弁１７６は制御弁１７６Ｌ及び制御弁１７６Ｒを含む。コントロールバルブ１７は、制御弁１７１～１７６を通じ、メインポンプ１４が吐出する作動油を１又は複数の油圧アクチュエータに選択的に供給できる。制御弁１７１～１７６は、メインポンプ１４から油圧アクチュエータに流れる作動油の流量、及び、油圧アクチュエータから作動油タンクに流れる作動油の流量を制御する。油圧アクチュエータは、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９、左走行用油圧モータ２ＭＬ、右走行用油圧モータ２ＭＲ及び旋回用油圧モータ２Ａを含む。

　操作装置２６は、操作者がアクチュエータの操作のために用いる装置である。アクチュエータは、油圧アクチュエータ及び電動アクチュエータの少なくとも一方を含む。本実施形態では、操作装置２６は、パイロットラインを介して、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を、コントロールバルブ１７内の対応する制御弁のパイロットポートに供給する。パイロットポートのそれぞれに供給される作動油の圧力であるパイロット圧は、油圧アクチュエータのそれぞれに対応する操作装置２６のレバー又はペダル（図示せず。）の操作方向及び操作量に応じた圧力である。

　吐出圧センサ２８は、メインポンプ１４の吐出圧を検出するように構成されている。本実施形態では、吐出圧センサ２８は、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。

　操作圧センサ２９は、操作装置２６を介した操作の内容を検出するように構成されている。本実施形態では、操作圧センサ２９は、アクチュエータのそれぞれに対応する操作装置２６としてのレバー又はペダルの操作方向及び操作量を圧力（操作圧）の形で検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。操作装置２６の操作内容は、操作圧センサ以外の他のセンサを用いて検出されてもよい。

　メインポンプ１４は、左メインポンプ１４Ｌ及び右メインポンプ１４Ｒを含む。そして、左メインポンプ１４Ｌは、左センターバイパス管路４０Ｌ又は左パラレル管路４２Ｌを経て作動油タンクまで作動油を循環させ、右メインポンプ１４Ｒは、右センターバイパス管路４０Ｒ又は右パラレル管路４２Ｒを経て作動油タンクまで作動油を循環させる。

　左センターバイパス管路４０Ｌは、コントロールバルブ１７内に配置された制御弁１７１、１７３、１７５Ｌ及び１７６Ｌを通る作動油ラインである。右センターバイパス管路４０Ｒは、コントロールバルブ１７内に配置された制御弁１７２、１７４、１７５Ｒ及び１７６Ｒを通る作動油ラインである。

　制御弁１７１は、左メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油を左走行用油圧モータ２ＭＬへ供給し、且つ、左走行用油圧モータ２ＭＬが吐出する作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。

　制御弁１７２は、右メインポンプ１４Ｒが吐出する作動油を右走行用油圧モータ２ＭＲへ供給し、且つ、右走行用油圧モータ２ＭＲが吐出する作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。

　制御弁１７３は、左メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油を旋回用油圧モータ２Ａへ供給し、且つ、旋回用油圧モータ２Ａが吐出する作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。

　制御弁１７４は、右メインポンプ１４Ｒが吐出する作動油をバケットシリンダ９へ供給し、且つ、バケットシリンダ９内の作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。

　制御弁１７５Ｌは、左メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油をブームシリンダ７へ供給するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。制御弁１７５Ｒは、右メインポンプ１４Ｒが吐出する作動油をブームシリンダ７へ供給し、且つ、ブームシリンダ７内の作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。

　制御弁１７６Ｌは、左メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油をアームシリンダ８へ供給し、且つ、アームシリンダ８内の作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。制御弁１７６Ｒは、右メインポンプ１４Ｒが吐出する作動油をアームシリンダ８へ供給し、且つ、アームシリンダ８内の作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。

　左パラレル管路４２Ｌは、左センターバイパス管路４０Ｌに並行する作動油ラインである。左パラレル管路４２Ｌは、制御弁１７１、１７３及び１７５Ｌの何れかによって左センターバイパス管路４０Ｌを通る作動油の流れが制限或いは遮断された場合に、より下流の制御弁に作動油を供給できる。右パラレル管路４２Ｒは、右センターバイパス管路４０Ｒに並行する作動油ラインである。右パラレル管路４２Ｒは、制御弁１７２、１７４及び１７５Ｒの何れかによって右センターバイパス管路４０Ｒを通る作動油の流れが制限或いは遮断された場合に、より下流の制御弁に作動油を供給できる。

　レギュレータ１３は、左レギュレータ１３Ｌ及び右レギュレータ１３Ｒを含む。左レギュレータ１３Ｌは、左メインポンプ１４Ｌの吐出圧に応じて左メインポンプ１４Ｌの斜板傾転角を調節することによって、左メインポンプ１４Ｌの吐出量を制御できるように構成されている。この制御は、パワー制御又は馬力制御と称される。具体的には、左レギュレータ１３Ｌは、例えば、左メインポンプ１４Ｌの吐出圧の増大に応じて左メインポンプ１４Ｌの斜板傾転角を調節して１回転当たりの押し退け容積を減少させることで吐出量を減少させる。右レギュレータ１３Ｒについても同様である。吐出圧と吐出量との積で表されるメインポンプ１４の吸収パワー（例えば吸収馬力）がエンジン１１の出力パワー（例えば出力馬力）を超えないようにするためである。

　操作装置２６は、左操作レバー２６Ｌ、右操作レバー２６Ｒ及び走行レバー２６Ｄを含む。走行レバー２６Ｄは、左走行レバー２６ＤＬ及び右走行レバー２６ＤＲを含む。

　左操作レバー２６Ｌは、旋回操作とアーム５の操作に用いられる。左操作レバー２６Ｌは、前後方向に操作されると、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を利用し、レバー操作量に応じたパイロット圧を制御弁１７６のパイロットポートに導入させる。また、左右方向に操作されると、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を利用し、レバー操作量に応じたパイロット圧を制御弁１７３のパイロットポートに導入させる。

　具体的には、左操作レバー２６Ｌは、アーム閉じ方向に操作された場合に、制御弁１７６Ｌの右パイロットポートに作動油を導入させ、且つ、制御弁１７６Ｒの左パイロットポートに作動油を導入させる。また、左操作レバー２６Ｌは、アーム開き方向に操作された場合には、制御弁１７６Ｌの左パイロットポートに作動油を導入させ、且つ、制御弁１７６Ｒの右パイロットポートに作動油を導入させる。また、左操作レバー２６Ｌは、左旋回方向に操作された場合に、制御弁１７３の左パイロットポートに作動油を導入させ、右旋回方向に操作された場合に、制御弁１７３の右パイロットポートに作動油を導入させる。

　右操作レバー２６Ｒは、ブーム４の操作とバケット６の操作に用いられる。右操作レバー２６Ｒは、前後方向に操作されると、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を利用し、レバー操作量に応じたパイロット圧を制御弁１７５のパイロットポートに導入させる。また、左右方向に操作されると、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を利用し、レバー操作量に応じたパイロット圧を制御弁１７４のパイロットポートに導入させる。

　具体的には、右操作レバー２６Ｒは、ブーム下げ方向に操作された場合に、制御弁１７５Ｒの右パイロットポートに作動油を導入させる。また、右操作レバー２６Ｒは、ブーム上げ方向に操作された場合には、制御弁１７５Ｌの右パイロットポートに作動油を導入させ、且つ、制御弁１７５Ｒの左パイロットポートに作動油を導入させる。また、右操作レバー２６Ｒは、バケット閉じ方向に操作された場合に、制御弁１７４の左パイロットポートに作動油を導入させ、バケット開き方向に操作された場合に、制御弁１７４の右パイロットポートに作動油を導入させる。

　走行レバー２６Ｄは、クローラの操作に用いられる。具体的には、左走行レバー２６ＤＬは、左側のクローラの操作に用いられる。左走行レバー２６ＤＬは、左走行ペダルと連動するように構成されていてもよい。左走行レバー２６ＤＬは、前後方向に操作されると、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を利用し、レバー操作量に応じたパイロット圧を制御弁１７１のパイロットポートに導入させる。右走行レバー２６ＤＲは、右側のクローラの操作に用いられる。右走行レバー２６ＤＲは、右走行ペダルと連動するように構成されていてもよい。右走行レバー２６ＤＲは、前後方向に操作されると、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を利用し、レバー操作量に応じたパイロット圧を制御弁１７２のパイロットポートに導入させる。

　吐出圧センサ２８は、吐出圧センサ２８Ｌ及び吐出圧センサ２８Ｒを含む。吐出圧センサ２８Ｌは、左メインポンプ１４Ｌの吐出圧を検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。吐出圧センサ２８Ｒについても同様である。

　操作圧センサ２９は、操作圧センサ２９ＬＡ、２９ＬＢ、２９ＲＡ、２９ＲＢ、２９ＤＬ及び２９ＤＲを含む。操作圧センサ２９ＬＡは、左操作レバー２６Ｌに対する前後方向への操作の内容を圧力の形で検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。操作内容は、例えば、レバー操作方向及びレバー操作量（レバー操作角度）等である。

　同様に、操作圧センサ２９ＬＢは、左操作レバー２６Ｌに対する左右方向への操作の内容を圧力の形で検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。操作圧センサ２９ＲＡは、右操作レバー２６Ｒに対する前後方向への操作の内容を圧力の形で検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。操作圧センサ２９ＲＢは、右操作レバー２６Ｒに対する左右方向への操作の内容を圧力の形で検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。操作圧センサ２９ＤＬは、左走行レバー２６ＤＬに対する前後方向への操作の内容を圧力の形で検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。操作圧センサ２９ＤＲは、右走行レバー２６ＤＲに対する前後方向への操作の内容を圧力の形で検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。

　コントローラ３０は、操作圧センサ２９の出力を受信し、必要に応じてレギュレータ１３に対して制御指令を出力し、メインポンプ１４の吐出量を変化させてもよい。

　また、コントローラ３０は、絞り１８と制御圧センサ１９を用いた省エネルギ制御としてのネガティブコントロールを実行するように構成されている。絞り１８は左絞り１８Ｌ及び右絞り１８Ｒを含み、制御圧センサ１９は左制御圧センサ１９Ｌ及び右制御圧センサ１９Ｒを含む。本実施形態では、制御圧センサ１９は、ネガティブコントロール圧センサとして機能する。省エネルギ制御は、メインポンプ１４による無駄なエネルギ消費を抑制するためにメインポンプ１４の吐出量を低減させる制御である。

　左センターバイパス管路４０Ｌには、最も下流にある制御弁１７６Ｌと作動油タンクとの間に左絞り１８Ｌが配置されている。そのため、左メインポンプ１４Ｌが吐出した作動油の流れは、左絞り１８Ｌで制限される。そして、左絞り１８Ｌは、左レギュレータ１３Ｌを制御するための制御圧（ネガティブコントロール圧）を発生させる。左制御圧センサ１９Ｌは、この制御圧を検出するためのセンサであり、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。コントローラ３０は、この制御圧に応じて左メインポンプ１４Ｌの斜板傾転角を調節することで、ネガティブコントロールによって、左メインポンプ１４Ｌの吐出量を制御する。コントローラ３０は、この制御圧が大きいほど左メインポンプ１４Ｌの吐出量を減少させ、この制御圧が小さいほど左メインポンプ１４Ｌの吐出量を増大させる。右メインポンプ１４Ｒの吐出量も同様に制御される。

　具体的には、図２で示されるようにショベル１００における油圧アクチュエータが何れも操作されていない場合、すなわち、ショベル１００が待機状態にある場合、左メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油は、左センターバイパス管路４０Ｌを通って左絞り１８Ｌに至る。そして、左メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油の流れは、左絞り１８Ｌの上流で発生する制御圧を増大させる。その結果、コントローラ３０は、左メインポンプ１４Ｌの吐出量をスタンバイ流量まで減少させ、吐出した作動油が左センターバイパス管路４０Ｌを通過する際の圧力損失（ポンピングロス）を抑制する。スタンバイ流量は、待機状態のときに採用される所定の流量であり、例えば、許容最小吐出量である。一方、何れかの油圧アクチュエータが操作された場合、左メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油は、操作対象の油圧アクチュエータに対応する制御弁を介して、操作対象の油圧アクチュエータに流れ込む。そして、操作対象の油圧アクチュエータに対応する制御弁は、左絞り１８Ｌに至る作動油の流量を減少或いは消失させ、左絞り１８Ｌの上流で発生する制御圧を低下させる。その結果、コントローラ３０は、左メインポンプ１４Ｌの吐出量を増大させ、操作対象の油圧アクチュエータに十分な作動油を循環させ、操作対象の油圧アクチュエータの駆動を確かなものとする。なお、コントローラ３０は、右メインポンプ１４Ｒの吐出量も同様に制御する。

　上述のようなネガティブコントロールにより、図２の油圧システムは、待機状態においては、メインポンプ１４における無駄なエネルギ消費を抑制できる。無駄なエネルギ消費は、メインポンプ１４が吐出する作動油がセンターバイパス管路４０で発生させるポンピングロスを含む。また、図２の油圧システムは、油圧アクチュエータを作動させる場合には、メインポンプ１４から必要十分な作動油を作動対象の油圧アクチュエータに確実に供給できる。

　エンジン回転数調整ダイヤル７５は、エンジン１１の回転数を調整するためのダイヤルである。エンジン回転数調整ダイヤル７５は、エンジン回転数の設定状態を示すデータをコントローラ３０に送信する。本実施形態では、エンジン回転数調整ダイヤル７５は、ＳＰモード、Ｈモード、Ａモード及びＩＤＬＥモードの４段階でエンジン回転数を切り換えできるように構成されている。ＳＰモードは、作業量を優先したい場合に選択される回転数モードであり、最も高いエンジン回転数を利用する。Ｈモードは、作業量と燃費を両立させたい場合に選択される回転数モードであり、二番目に高いエンジン回転数を利用する。Ａモードは、燃費を優先させながら低騒音でショベル１００を稼働させたい場合に選択される回転数モードであり、三番目に高いエンジン回転数を利用する。ＩＤＬＥモードは、エンジン１１をアイドリング状態にしたい場合に選択される回転数モードであり、最も低いエンジン回転数を利用する。エンジン１１は、エンジン回転数調整ダイヤル７５で設定された回転数モードのエンジン回転数で一定に回転数制御される。

　次に、図３を参照し、コントローラ３０がレギュレータ１３に対して出力する流量指令値Ｑの変動を抑制する処理（以下、「変動抑制処理」とする。）について説明する。図３は、コントローラ３０の構成例を示す図である。

　本実施形態では、コントローラ３０は、要求トルク算出部Ｅ１、トルク制限部Ｅ２、変動抑制部Ｅ３及び流量指令算出部Ｅ４を有する。そして、コントローラ３０は、所定の制御周期毎に、要求流量Q^*、吐出圧P、及びブースト圧P_B等を入力として受け、トルク制限値T"_limit及び流量指令値Q等を出力するように構成されている。

　要求流量Q^*は、メインポンプ１４が吐出すべき作動油の流量として算出される値である。コントローラ３０は、例えば、制御圧センサ１９が検出した制御圧、吐出圧センサ２８が検出した吐出圧、及び、操作圧センサ２９が検出した操作圧等の少なくとも１つに基づいて要求流量Q^*を算出する。要求流量Q^*は、制御圧センサ１９によって算出されてもよい。この場合、制御圧センサ１９は、コントローラ３０に対して要求流量Q^*を出力する。本実施形態では、コントローラ３０は、制御圧センサ１９が検出した制御圧に基づいて要求流量Q^*を算出する。

　要求トルク算出部Ｅ１は、要求トルクT^*を算出するように構成されている。要求トルクT^*は、要求流量Q^*を実現するために必要なトルクとして算出される値である。本実施形態では、要求トルク算出部Ｅ１は、要求流量Q^*及び吐出圧Pを入力として受け、式（１）を用いて要求トルクT^*を算出する。

　トルク制限部Ｅ２は、要求トルクT^*を制限するように構成されている。本実施形態では、トルク制限部Ｅ２は、要求トルクT^*がエンジン１１の定格トルクを超えないように、要求トルクT^*を制限する。具体的には、トルク制限部Ｅ２は、要求トルク算出部Ｅ１が算出した要求トルクT^*とブースト圧センサが検出したブースト圧P_Bとを入力として受け、許容トルクT_limitを変動抑制部Ｅ３に対して出力する。より具体的には、トルク制限部Ｅ２は、ブースト圧P_Bに応じて一意に決まる負荷率Ｌに基づいて許容トルクT_limitを算出する。負荷率Ｌ（％）は、例えば、エンジン１１の定格トルクに対する許容トルクT_limitの比率である。式（２）は、許容トルクT_limitと要求トルクT^*と負荷率Ｌ（％）との関係を示す。

　変動抑制部Ｅ３は、許容トルクT_limitの変動を抑制するように構成されている。本実施形態では、変動抑制部Ｅ３は、時定数T_Sの一次遅れフィルタとして機能し、所定の制御周期毎の許容トルクT_limitの変動幅を制限するように構成されている。具体的には、変動抑制部Ｅ３は、トルク制限部Ｅ２が算出した許容トルクT_limitを入力として受け、トルク制限値T"_limitを流量指令算出部Ｅ４に対して出力する。

　流量指令算出部Ｅ４は、レギュレータ１３に対して出力される流量指令値Qを算出するように構成されている。本実施形態では、流量指令算出部Ｅ４は、吐出圧センサ２８が検出した吐出圧Pと変動抑制部Ｅ３が算出したトルク制限値T"_limitとを入力として受け、式（３）を用いて流量指令値Qを算出する。

　このようにして、コントローラ３０は、トルク制限部Ｅ２及び変動抑制部Ｅ３にて、要求流量Q^*と吐出圧Pに基づくエンジン１１の出力状態（トルク制限値T"_limit）を求め、流量指令算出部Ｅ４にて、エンジン１１の出力状態に対応する流量指令値Qを算出する。上述の構成により、コントローラ３０は、ブースト圧P_Bが十分に立ち上がる前に流量指令値Qが過度に増大してしまうのを防止できる。そのため、コントローラ３０は、エンジン１１の実トルクが低い状態のときに、メインポンプ１４の吸収トルクが過度に増大してしまうのを防止できる。すなわち、コントローラ３０は、エンジン１１の実トルクが低い状態のときにメインポンプ１４の吸収トルクが急増してエンジン回転数が急減してしまうのを防止できる。メインポンプ１４の吸収トルクがエンジン１１の定格トルクより低い場合であっても、メインポンプ１４の吸収トルクがエンジン１１の実トルクを上回ると、エンジン回転数は低下してしまうためである。なお、メインポンプ１４の吸収トルクは、典型的には、吐出圧と吐出量との積で表される。このように、コントローラ３０は、メインポンプ１４の吸収トルクがエンジン１１の実トルクを上回るのを防止することで、ブースト圧P_Bが十分に立ち上がる前にエンジン回転数が低下してしまうのをより確実に防止できる。

　次に、図４を参照し、変動抑制処理の効果について説明する。図４は、ブーム上げ操作が行われたときの変動抑制処理に関する値の時間的推移を示す。具体的には、図４は、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）を含む。図４（Ａ）は、トルクに関する値の時間的推移を示す。トルクに関する値は、許容トルクT_limit及びトルク制限値T"_limitを含む。図４（Ｂ）は、エンジン回転数の時間的推移を示す。

　より具体的には、図４（Ａ）の破線は、トルク制限部Ｅ２が所定の制御周期毎に導き出す許容トルクT_limitの時間的推移を示す。図４（Ａ）の実線は、変動抑制部Ｅ３が所定の制御周期毎に導き出すトルク制限値T"_limitの時間的推移を示す。図４（Ｂ）の破線は、変動抑制部Ｅ３が存在しない場合、すなわち、トルク制限値T"_limitの代わりに許容トルクT_limitが流量指令算出部Ｅ４に入力される場合のエンジン回転数の時間的推移を示す。図４（Ｂ）の実線は、変動抑制部Ｅ３が存在する場合、すなわち、トルク制限値T"_limitが流量指令算出部Ｅ４に入力される場合のエンジン回転数の時間的推移を示す。

　時刻ｔ０から時刻ｔ１において、エンジン１１には作業による油圧負荷は加わっていない。この期間においても、コントローラ３０は、トルク制限部Ｅ２及び変動抑制部Ｅ３にて、要求流量Q^*と吐出圧Pに基づくエンジン１１の出力状態（トルク制限値T"_limit）を推定し、流量指令算出部Ｅ４にて、エンジン１１の出力状態に対応する流量指令値Qを算出している。したがって、コントローラ３０は、エンジン１１の負荷が増大する前においても、メインポンプ１４の応答性を遅延させるトルク制限値T"_limitを算出する。このため、コントローラ３０は、メインポンプ１４の応答性を遅延させる流量指令値Qを算出する。

　したがって、コントローラ３０は、大きな負荷が加わっていない状態では、小さな流量指令値Qを算出することで、エンジン出力を小さくすることができる。

　時刻ｔ１において、右操作レバー２６Ｒがブーム上げ方向に操作されると、制御弁１７５がセンターバイパス管路４０を遮断するように移動するため、制御圧センサ１９で検出される制御圧は低下する。そのため、制御圧に基づいて算出される要求流量Q^*は、制御圧の低下に応じて増大する。一方で、吐出圧センサ２８で検出される吐出圧Pは、要求流量Q^*の増大による実際の吐出量の増大に応じて増大する。そのため、要求流量Q^*と吐出圧Pとに基づいて算出される要求トルクT^*は急増し、要求トルクT^*に基づいて算出される許容トルクT_limitも、図４（Ａ）の破線で示すように急増する。

　そして、変動抑制部Ｅ３が存在しない場合、すなわち、トルク制限値T"_limitの代わりに許容トルクT_limitが流量指令算出部Ｅ４に入力される場合、エンジン回転数は、図４（Ｂ）の破線で示すように低下してしまう。メインポンプ１４の吸収トルクが一時的にエンジン１１の実トルクを上回ってしまうためである。これは、変動抑制部Ｅ３が存在する場合に比べ、すなわち、トルク制限値T"_limitが流量指令算出部Ｅ４に入力される場合に比べ、流量指令値Q、すなわち、メインポンプ１４の実際の吐出量が大きくなってしまうためである。このようなメインポンプ１４の実際の吐出量の急増は、要求流量Q^*がそのまま流量指令値Qとして使用された場合にも同様に発生し得る。

　そこで、図４の例では、コントローラ３０（流量指令算出部Ｅ４）は、変動抑制部Ｅ３により算出されるトルク制限値T"_limitに基づいて流量指令値Qを決定することで、メインポンプ１４の実際の吐出量の急増を抑制する。その結果、コントローラ３０は、図４（Ｂ）の実線で示すようにエンジン回転数を維持でき、図４（Ｂ）の破線で示すようにエンジン回転数が大きく低下してしまうのを防止できる。コントローラ３０は、メインポンプ１４の吸収トルクがエンジン１１の実トルクを上回ってしまうのを防止できるためである。

　次に、図５を参照し、別の変動抑制部Ｅ３を含むコントローラ３０を利用した変動抑制処理の効果について説明する。図５は、図４と同様に、ブーム上げ操作が行われたときの変動抑制処理に関する値の時間的推移を示す。具体的には、図５は、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）を含む。図５（Ａ）は、トルクに関する値の時間的推移を示す。トルクに関する値は、許容トルクT_limit及びトルク制限値T"_limitを含む。図５（Ｂ）は、エンジン回転数の時間的推移を示す。

　図５の例では、変動抑制部Ｅ３は、エンジン１１の目標回転数ω^*と実回転数ωとの差Δωに基づいてトルク制限値T"_limitを決定するように構成されている。

　エンジン１１の目標回転数ω^*は、例えば、エンジン１１に対して過負荷とならない程度の追加的な負荷を与えるために、その追加的な負荷に対応する回転数差だけ現在のエンジン回転数より高い値である。

　具体的には、変動抑制部Ｅ３は、トルク制限部Ｅ２が算出した許容トルクT_limitと、目標回転数ω^*と、エンジン回転数センサ（図示せず。）が検出した実回転数ωとを入力として受け、式（４）を用いてトルク制限値T"_limitを算出する。なお、係数K_Pは比例定数であり、係数K_Iは積分定数である。

　より具体的には、図５（Ａ）の破線は、許容トルクT_limitの時間的推移を示し、図５（Ａ）の実線は、式（４）を用いて算出されたトルク制限値T"_limitの時間的推移を示す。また、図５（Ｂ）の破線は、変動抑制部Ｅ３が存在しない場合、すなわち、トルク制限値T"_limitの代わりに許容トルクT_limitが流量指令算出部Ｅ４に入力される場合のエンジン回転数の時間的推移を示す。図５（Ｂ）の実線は、変動抑制部Ｅ３が存在する場合、すなわち、式（４）を用いて算出されたトルク制限値T"_limitが流量指令算出部Ｅ４に入力される場合のエンジン回転数の時間的推移を示す。

　時刻ｔ１において、右操作レバー２６Ｒがブーム上げ方向に操作されると、制御弁１７５がセンターバイパス管路４０を遮断するように移動するため、制御圧センサ１９で検出される制御圧は低下する。そのため、制御圧に基づいて算出される要求流量Q^*は、制御圧の低下に応じて増大する。一方で、吐出圧センサ２８で検出される吐出圧Pは、要求流量Q^*の増大による実際の吐出量の増大に応じて増大する。そのため、要求流量Q^*と吐出圧Pとに基づいて算出される要求トルクT^*は急増し、要求トルクT^*に基づいて算出される許容トルクT_limitも、図５（Ａ）の破線で示すように急増する。

　そして、変動抑制部Ｅ３が存在しない場合、すなわち、トルク制限値T"_limitの代わりに許容トルクT_limitが流量指令算出部Ｅ４に入力される場合、エンジン回転数は、図５（Ｂ）の破線で示すように低下してしまう。メインポンプ１４の吸収トルクが一時的にエンジン１１の実トルクを上回ってしまうためである。これは、変動抑制部Ｅ３が存在する場合に比べ、すなわち、式（４）を用いて算出されるトルク制限値T"_limitが流量指令算出部Ｅ４に入力される場合に比べ、流量指令値Q、すなわち、メインポンプ１４の実際の吐出量が大きくなってしまうためである。このようなメインポンプ１４の実際の吐出量の急増は、要求流量Q^*がそのまま流量指令値Qとして使用された場合にも同様に発生し得る。

　そこで、図５の例では、図４の例の場合と同様に、コントローラ３０は、式（４）を用いて算出されるトルク制限値T"_limitに基づいて流量指令値Qを決定することで、メインポンプ１４の実際の吐出量の急増を抑制する。その結果、コントローラ３０は、図５（Ｂ）の実線で示すようにエンジン回転数を維持でき、図５（Ｂ）の破線で示すようにエンジン回転数が大きく低下してしまうのを防止できる。コントローラ３０は、メインポンプ１４の吸収トルクがエンジン１１の実トルクを上回ってしまうのを防止できるためである。具体的には、コントローラ３０は、エンジン１１に対して過負荷とならない程度の追加的な負荷に対応する回転数差だけ現在のエンジン回転数より高い値を目標回転数ω^*として採用することで、メインポンプ１４の吸収トルクを急激に上昇させずに緩やかに上昇させることができるためである。

　上述のように、ショベル１００は、下部走行体１と、下部走行体１に旋回自在に搭載された上部旋回体３と、上部旋回体３に搭載されたエンジン１１と、エンジン１１によって駆動される油圧ポンプとしてのメインポンプ１４と、メインポンプ１４が吐出する作動油の流量を制御する制御装置としてのコントローラ３０と、を備えている。そして、コントローラ３０は、エンジン１１の負荷が増大した際に、エンジン１１の実トルクが負荷に応じたレベルに立ち上がるまで、メインポンプ１４の応答性を遅延（低下）させるように構成されている。

　この構成により、ショベル１００は、メインポンプ１４の吸収トルクがエンジン１１の実トルクを上回ってしまうのをより確実に防止できる。言い換えれば、ショベル１００は、メインポンプ１４の吸収トルク、すなわち、エンジン１１の実トルクを効率的に増大させることができる。ショベル１００は、エンジン出力の立ち上がりの遅れを見込んで、メインポンプ１４の吐出量を前もって制限できるためである。すなわち、ショベル１００は、エンジン１１の実トルクの動的な変化に対応できるためである。そのため、ショベル１００は、エンジン回転数の低下を抑制できる。その結果、ショベル１００は、燃費を向上させることができる。また、ショベル１００は、操作中のエンジン回転数の変動に関して操作者が抱く不快感を低減させることができる。

　また、ショベル１００は、変動抑制部Ｅ３を設けることで、ブースト圧が比較的低い場合ばかりでなく、ブースト圧が比較的高い場合であっても、メインポンプ１４の吸収トルク、すなわち、エンジン負荷が急増するのを防止し、エンジン回転数が不安定になるのを防止できる。

　コントローラ３０は、上述の実施形態における方法以外の方法で、メインポンプ１４が吐出する作動油の流量の増大を、エンジン１１の実トルクの立ち上がりに対応させるように構成されていてもよい。例えば、コントローラ３０は、エンジン１１の実トルクの増大に応じた増大率で、メインポンプ１４が吐出する作動油の流量を増大させるように構成されていてもよい。この場合、メインポンプ１４が吐出する作動油の流量の増大率は、過去のデータ及びシミュレーション結果等の少なくとも１つに基づいて予め設定されていてもよい。

　コントローラ３０は、上述の実施形態における方法以外の方法で、メインポンプ１４が吐出すべき作動油の流量である要求流量Q^*の増大に対し、メインポンプ１４が実際に吐出する作動油の流量に対応する流量指令値Qの増大を抑制するように構成されていてもよい。

　コントローラ３０は、上述の実施形態における方法以外の方法で、要求流量Q^*を実現するために必要な要求トルクT^*に基づいてトルク制限値T"_limitを算出し、トルク制限値T"_limitに基づいて流量指令値Qを算出するように構成されていてもよい。

　以上、本発明の好ましい実施形態について詳説した。しかしながら、本発明は、上述した実施形態に制限されることはない。上述した実施形態は、本発明の範囲を逸脱することなしに、種々の変形又は置換等が適用され得る。また、別々に説明された特徴は、技術的な矛盾が生じない限り、組み合わせが可能である。

　例えば、上述の実施形態では、ショベル１００に搭載される油圧システムは、省エネルギ制御としてのネガティブコントロールが実行可能なように構成されているが、ポジティブコントロール又はロードセンシング制御等が実行可能なように構成されていてもよい。ポジティブコントロールが採用される場合、コントローラ３０は、例えば、操作圧センサ２９が検出した操作圧に基づいて要求流量Q^*を算出するように構成されていてもよい。また、ロードセンシング制御が採用される場合、コントローラ３０は、例えば、アクチュエータにおける作動油の圧力を検出する負荷圧センサの出力と、吐出圧センサ２８が検出した吐出圧とに基づいて要求流量Q^*を算出するように構成されていてもよい。

　また、上述の実施形態では、コントローラ３０は、ブーム上げ操作が行われたときに変動抑制処理を実行しているが、ブーム下げ操作、アーム閉じ操作、アーム開き操作、バケット閉じ操作、バケット開き操作、旋回操作、及び走行操作等の少なくとも１つが行われたときに変動抑制処理を実行してもよい。

　また、上述の実施形態では、油圧式パイロット回路を備えた油圧式操作レバーが開示されている。例えば、左操作レバー２６Ｌに関する油圧式パイロット回路では、パイロットポンプ１５から左操作レバー２６Ｌへ供給される作動油が、左操作レバー２６Ｌのアーム開き方向への傾倒によって開閉されるリモコン弁の開度に応じた流量で、制御弁１７６のパイロットポートへ伝達される。或いは、右操作レバー２６Ｒに関する油圧式パイロット回路では、パイロットポンプ１５から右操作レバー２６Ｒへ供給される作動油が、右操作レバー２６Ｒのブーム上げ方向への傾倒によって開閉されるリモコン弁の開度に応じた流量で、制御弁１７５のパイロットポートへ伝達される。

　但し、このような油圧式パイロット回路を備えた油圧式操作レバーではなく、電気式パイロット回路を備えた電気式操作レバーが採用されてもよい。この場合、電気式操作レバーのレバー操作量は、例えば、電気信号としてコントローラ３０へ入力される。また、パイロットポンプ１５と各制御弁のパイロットポートとの間には電磁弁が配置される。電磁弁は、コントローラ３０からの電気信号に応じて動作するように構成される。この構成により、電気式操作レバーを用いた手動操作が行われると、コントローラ３０は、レバー操作量に対応する電気信号に応じて電磁弁を制御してパイロット圧を増減させることで各制御弁を移動させることができる。

　本願は、２０１９年３月２９日に出願した日本国特許出願２０１９－０６８９９２号に基づく優先権を主張するものであり、この日本国特許出願の全内容を本願に参照により援用する。

　１・・・下部走行体　２・・・旋回機構　２Ａ・・・旋回用油圧モータ　２Ｍ・・・走行用油圧モータ　２ＭＬ・・・左走行用油圧モータ　２ＭＲ・・・右走行用油圧モータ　３・・・上部旋回体　４・・・ブーム　５・・・アーム　６・・・バケット　７・・・ブームシリンダ　８・・・アームシリンダ　９・・・バケットシリンダ　１０・・・キャビン　１１・・・エンジン　１３・・・レギュレータ　１４・・・メインポンプ　１５・・・パイロットポンプ　１７・・・コントロールバルブ　１８・・・絞り　１９・・・制御圧センサ　２６・・・操作装置　２８・・・吐出圧センサ　２９・・・操作圧センサ　３０・・・コントローラ　４０・・・センターバイパス管路　４２・・・パラレル管路　７５・・・エンジン回転数調整ダイヤル　１００・・・ショベル　１７１～１７６・・・制御弁　Ｅ１・・・要求トルク算出部　Ｅ２・・・トルク制限部　Ｅ３・・・変動抑制部　Ｅ４・・・流量指令算出部

Claims

　下部走行体と、
　前記下部走行体に旋回自在に搭載された上部旋回体と、
　前記上部旋回体に搭載されたエンジンと、
　前記エンジンによって駆動される油圧ポンプと、
　前記油圧ポンプが吐出する作動油の流量を制御する制御装置と、を備え、
　前記制御装置は、前記エンジンの負荷が増大した際に、前記エンジンの実トルクが前記エンジンの負荷に応じたレベルに立ち上がるまで、前記油圧ポンプの応答性を遅延させる、
　ショベル。
　前記制御装置は、前記油圧ポンプが吐出する作動油の流量の増大を、前記エンジンの実トルクの立ち上がりに対応させる、
　請求項１に記載のショベル。
　前記制御装置は、前記油圧ポンプが吐出すべき作動油の流量である要求流量の増大に対し、前記油圧ポンプが実際に吐出する作動油の流量の増大を抑制する、
　請求項１に記載のショベル。
　前記制御装置は、要求流量を実現するために必要な要求トルクに基づいてトルク制限値を算出し、該トルク制限値に基づいて流量指令値を算出する、
　請求項１に記載のショベル。
　前記制御装置は、前記エンジンの負荷が増大する前においても、前記油圧ポンプの応答性を遅延させる流量指令値を算出する、
　請求項１に記載のショベル。
　前記制御装置は、前記エンジンの負荷が増大する前においても、前記油圧ポンプの応答性を遅延させるトルク制限値を算出する、
　請求項１に記載のショベル。
　前記制御装置は、前記油圧ポンプが吐出すべき作動油の流量である要求流量に基づく前記エンジンの出力状態を推定する、
　請求項１に記載のショベル。
　前記制御装置は、前記推定された前記エンジンの出力状態に基づき前記油圧ポンプの流量の増大を抑制する、
　請求項７に記載のショベル。