JP3775245B2

JP3775245B2 - 建設機械のポンプ制御装置

Info

Publication number: JP3775245B2
Application number: JP2001175241A
Authority: JP
Inventors: 秀和岡
Original assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2001-06-11
Filing date: 2001-06-11
Publication date: 2006-05-17
Anticipated expiration: 2021-06-11
Also published as: EP1267075A3; ATE445781T1; JP2002364603A; EP1267075B1; DE60233996D1; EP1267075A2; US6655135B2; US20020184881A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は油圧ショベル等の建設機械における油圧ポンプの吸収トルクを制御するポンプ制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のポンプ制御装置の原理構成を図６によって説明する。
【０００３】
図中、１はエンジン、２はこのエンジン１によって駆動される可変容量型の油圧ポンプで、この油圧ポンプ２から吐出される作動油によって、油圧シリンダや油圧モータ等の油圧アクチュエータ（図示しない）を備えた油圧アクチュエータ回路３が駆動される。
【０００４】
たとえば油圧ショベルの場合、この油圧アクチュエータ回路３として、下部走行体を走行駆動する走行モータ回路、上部旋回体を旋回駆動する旋回モータ回路、掘削アタッチメントのブーム、アーム、バケットを駆動するブーム、アーム、バケット各シリンダ回路等が設けられる。
【０００５】
４はこの油圧アクチュエータ回路３を操作する操作手段で、レバー４ａによって操作され、その操作量に対応するパイロット圧が、油圧アクチュエータ回路３に設けられた図示しない油圧パイロット式コントロールバルブに加えられて同バルブが作動し、これによってポンプ２からの油の給排が制御される。
【０００６】
なお、この操作手段４は複数のアクチュエータ動作に対応して複数設けられるが、ここでは図の簡略化のために一つだけを示している。
【０００７】
５はポンプレギュータで、電磁式の比例弁６と傾転駆動部７を備え、コントローラ８からの指令信号により比例弁６が作動し、その二次圧により傾転駆動部７が作動してポンプ傾転が制御され、これによってポンプ吐出流量（以下、単にポンプ流量という）が制御される。９はこのポンプレギュータ５の油圧源、Ｔはタンクである。
【０００８】
ここで、油圧ショベル等の建設機械においては、一般に、エンスト防止のために、エンジン１の回転数に応じてポンプ馬力（ポンプ流量）を制御するエンジン・スピード・センシング制御（以下、ＥＳＳ制御という）が行われる。
【０００９】
このＥＳＳ制御によると、ポンプ負荷（ポンプ圧力）が増加してエンジン回転数が低下すると、エンジン回転数センサ１０からの信号に基づいてコントローラ６からポンプレギュータ５にポンプ流量を減少させる指令信号が送られる。
【００１０】
これにより、ポンプ２の吸収トルク（馬力）が、大負荷時には小さく、小負荷時には大きくなるように制御されてエンジン馬力とのバランスが保たれ、エンストが防止される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、この従来のポンプ制御装置によると、次のような問題があった。
【００１２】
とくに冬季等の低温下で建設機械を運転する場合、エンジン始動直後は、油（作動油及びエンジンオイル）の温度も低くてその粘性が高いため、この油の抵抗によってエンジントルクが大きくなる。
【００１３】
この状態で作業（とくに負荷が大きい作業。たとえば油圧ショベルにおける掘削アタッチメントのアーム押し動作）が行われると、上記油の抵抗によってエンジン負荷が大きいにもかかわらず、常温時と同じようにＥＳＳ制御によりエンジン回転数のみに基づいたポンプ馬力制御が実行される結果、エンジン１がオーバートルクとなってエンジン１に大きなダメージを与える。
【００１４】
また、作動油の粘性が高いと、この作動油で動くポンプレギュータ５の反応も鈍くなって流量指令に対するポンプ２の応答が遅れるため、とくに負荷変動の激しい作業時（たとえば上記したアーム押し動作や走行時）にポンプ流量指令→ポンプ流量のＥＳＳ制御系でハンチングが発生し易くなる。
【００１５】
そこで本発明は、低温下でのエンジンのオーバートルク及びハンチングの発生を防止することができる建設機械のポンプ制御装置を提供するものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、エンジンと、このエンジンによって駆動される油圧ポンプと、この油圧ポンプを油圧源とする油圧アクチュエータ回路と、上記油圧ポンプからの作動油の吐出流量を制御するポンプレギュータと、エンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、上記ポンプレギュータを介して上記油圧ポンプの吐出流量を制御する制御手段とを備え、この制御手段は、エンジン回転数の減少に応じてポンプ流量を減少させるエンジン・スピード・センシング制御を行うように構成された建設機械のポンプ制御装置において、上記作動油の温度を検出する温度検出手段として、油圧アクチュエータの合計の操作時間を計って作動油の温度を間接に検出する操作計数手段が設けられ、上記制御手段は、上記合計の操作時間が設定時間に達するまでは、作動油の温度が予め設定された温度に達しない低温域にあるとして、エンジン回転数に対するポンプ流量を、作動油温度が上記設定温度以上の場合よりも減少させる低温時馬力制御を行うように構成されたものである。
【００１７】
請求項２の発明は、請求項１の構成において、制御手段は、作動油温度の上昇に応じてポンプ流量の減少度合いを小さくするように構成されたものである。
【００１８】
請求項３の発明は、請求項１または２の構成において、温度検出手段として、エンジンが始動してからの経過時間を計って作動油の温度を検出するエンジン始動後タイマが設けられたものである。
【００１９】
請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれかの構成において、温度検出手段として、油圧アクチュエータの操作回数をカウントして作動油の温度を検出する操作計数手段が設けられたものである。
【００２０】
請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれかの構成において、温度検出手段として、エンジンが停止してからの経過時間を計って作動油の温度を検出するエンジン停止後タイマが設けられたものである。
【００２１】
請求項６の発明は、請求項１乃至５のいずれかの構成において、制御手段は、複数のアクチュエータ動作のうちから予め選択されたアクチュエータ動作時のみに低温時馬力制御を行うように構成されたものである。
【００２２】
上記構成によると、作動油の温度が設定温度に達しないとき（低温時）には、設定温度以上のとき（常温時）よりもポンプ馬力を低く設定する低温時馬力制御が行われ、エンジンの負担が軽減されるため、低温下でエンジンのオーバートルクを防止することができる。
【００２３】
また、この低温時馬力制御によると、ポンプ流量の絶対値が低くて負荷変動によるポンプ流量の変化量も小さくなるため、ハンチングが発生しにくい。
【００２４】
なお、エンジンオイルの温度もオーバートルクの一因となるが、作動油の温度が上がればエンジンオイルの温度も上がり、作動油の温度を検出することでエンジンオイルの温度も間接的に検出できるため、エンジンオイルの温度を別に検出しなくても、上記のように作動油の温度を検出して馬力制御することで所期の目的を達成することができる。
【００２５】
あるいは、エンジンオイルの温度を検出することによって作動油温度を間接的に検出するようにしてもよい。さらに、エンジンの冷却水温度も作動油温度と対応関係にあるため、冷却水温度を検出することによって間接的に作動油温度を検出するようにしてもよい。
【００２６】
請求項２の構成によると、流量減少の度合いが作動油の温度上昇とともに小さくなって常温時馬力制御に近づくため、切換点で流量が急増してショックが発生するおそれがない。
【００２７】
この場合、油圧アクチュエータが操作された時間によって作動油の温度を間接に検出するため、作動油温度を温度センサで直接検出する場合と比較して、温度センサが不要となり、操作計数手段による信号処理によって温度を検出できるため、設備コストが安くてすむ。
【００２８】
また、操作時間による温度検出手段と他の間接検出手段(請求項３,４)とを組み合わせることにより、操作時間による温度検出が不調でも他でカバーして確実なポンプ制御を行うことができる。
【００２９】
請求項５の構成によると、エンジン停止後であってもその直後は作動油温度が高いことから常温時馬力制御が働くため、無駄な減馬力制御によって作業効率が低下するおそれがない。
【００３０】
さらに、請求項６の構成によると、予め選択されたアクチュエータ動作時のみに低温時馬力制御が働くため、このアクチュエータ動作としてエンジンのオーバートルクやハンチングを起こしやすい負荷変動の激しい動作（たとえばアーム押し動作）を選択することにより、低温時馬力制御が無駄に働いて作業効率を低下させる等の不都合が生じない。
【００３１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を図１〜図５によって説明する。
【００３２】
以下の実施形態において、図６に示す従来装置と同一部分には同一符号を付してその重複説明を省略し、相違点のみを説明する。
【００３３】
第１実施形態（図１〜図３参照）
ポンプ２から吐出される作動油の温度を検出する温度センサ１１が設けられ、この温度センサ１１で検出された作動油温度の信号がコントローラ１２に送られる。
【００３４】
なお、図では温度センサ１１によってポンプ吐出ラインの作動油温度を検出する場合を例示しているが、油圧アクチュエータ回路３の作動油温度またはタンクＴでの作動油温度を検出してもよい。
【００３５】
コントローラ１２は、この検出された作動油温度が、予め設定された温度（エンジン１のオーバートルクやハンチングが生じるおそれのない温度）以上であるときは、図２の実線で示す常温下でのポンプ馬力特性が得られるように、ＥＳＳ制御により、ポンプレギュータ５を介してポンプ流量を制御する。以下、この常温下でのＥＳＳ制御を常温時馬力制御という。
【００３６】
これに対し、作動油温度が設定温度に達していないときは、図２の破線で示すようにエンジン回転数に対して上記常温時馬力制御の場合よりもポンプ２の吸収馬力がある値ΔＴだけ小さくなる馬力特性が得られるように、減馬力制御（低温時馬力制御）によってポンプ流量を制御する。
【００３７】
このようなポンプ制御を行うことにより、作動油温度が低くてエンジン１の回転抵抗が大きくなる低温下では、エンジン１の負担を常温時よりも軽くできるため、エンジン１のオーバートルクを防止することができる。
【００３８】
また、低温時馬力制御では、ポンプ流量の絶対値が低くて流量の変化量も小さくなるため、ハンチングが発生しにくくなる。
【００３９】
ここで、減馬力ΔＴは、図３に示すように検出温度が上がって設定温度Ａに近づくにつれて小さくなるように設定され、検出温度が設定温度Ａに達すると常温時馬力制御に切換わる。
【００４０】
このように減馬力ΔＴが作動油温度の上昇とともに漸減して常温時馬力制御に自然に切換わるため、制御の切換点で流量が急増してショックが発生するおそれがない。
【００４１】
第２実施形態（図４参照）
図４において、１３はエンジン１を始動させる始動スイッチで、この始動スイッチ１３がオンとなるとエンジンコントローラ１４からの信号によってエンジン１が始動する。
【００４２】
第２実施形態においては、この始動スイッチ１３がオンとなって（エンジン１が始動して）からの経過時間をタイマ１５で計り、この経過時間が予め設定された時間に達するまでは、タイマ１５からコントローラ１６に時間未了信号が送られる。
【００４３】
上記エンジン始動後の経過時間は、作動油の温度が設定温度に達するまでの時間（外気温度によって変動するが、運転試験等によって容易に求めることができる）として設定され、上記時間未了信号に対してはコントローラ１６によって低温時馬力制御が行われる。
【００４４】
そして、経過時間が設定時間に達すると、タイマ１５からコントローラ１６に時間満了信号が送られ、常温時馬力制御に切換わる。
【００４５】
なお、エンジン１の停止直後は作動油温度が高いため、このエンジン停止後の一定時間内に再始動された場合は常温時馬力制御が継続して行われるように構成するのが望ましい。こうすれば、無駄な減馬力制御によって作業効率が低下するおそれがない。
【００４６】
第３実施形態（図５参照）
第３実施形態においては、作動油温度を間接に検出する他の例として、操作手段４の操作時に発生するパイロット圧を圧力センサ１７で検出するとともに、この検出回数、すなわち操作回数をカウンタ（操作計数手段）１８によりカウントしてコントローラ１９に入力し、作動油温度が設定温度に上昇するまでの操作回数として予め設定された操作回数に達したときに、コントローラ１９による制御が低温時馬力制御から常温時馬力制御に切換わるように構成されている。
【００４７】
この第２及び第３実施形態の構成によると、温度センサが不要となり、タイマ１５やカウンタ１８での信号処理によって温度を検出できるため、設備コストが安くてすむ。
【００４８】
なお、図５中に二点鎖線で示すように、パイロット圧積算部（操作計数手段）２０によりパイロット圧の積算値を求めてコントローラ１９に入力し、この積算値、すなわち、合計の操作時間が設定時間に達したときに低温時馬力制御から常温時馬力制御に切換わるように構成してもよい。
【００４９】
また、温度検出手段として、これら間接検出手段のいくつか、または間接検出手段と第１実施形態の直接検出手段を組み合わせ、うち一つによって作動油温度が設定温度に達したことが検出されたときに常温時馬力制御に切換えるようにしてもよい。
【００５０】
こうすれば、一つの検出手段が不調でも他の検出手段でカバーして確実なポンプ制御を行うことができる。
【００５１】
一方、図５に示す第３実施形態において、検出対象である操作手段４に係るアクチュエータ動作として、エンジン１のオーバートルクやハンチングを起こしやすい負荷変動の激しい動作（たとえばアーム押し動作）を選択しておき、低温下でこのアクチュエータ動作が行われたときだけ、低温時馬力制御が行われるように構成してもよい。
【００５２】
こうすれば、オーバートルクやハンチングが生じるおそれのない軽作業時等に低温時馬力制御が無駄に働いて作業効率を低下させる等の不都合が生じない。
【００５３】
また、このような特定のアクチュエータ動作に限ったポンプ制御は、第３実施形態の構成に限らず、第１及び第２実施形態の構成に対しても、この特定のアクチュエータ動作を検出する手段を付加することで適用することができる。
【００５４】
【発明の効果】
上記のように本発明によると、作動油の温度が設定温度に達しない低温時には、設定温度以上となる常温時よりもポンプ馬力を低く設定する低温時馬力制御が行われる構成としたから、低温下で、エンジンの負担が軽減されるとともにポンプ流量の絶対値が低くて流量の変化量も小さくなることから、エンジンのオーバートルク及びハンチングの発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態にかかるポンプ制御装置のブロック構成図である。
【図２】同装置による制御結果としての馬力特性図である。
【図３】同装置による減馬力と検出温度の関係を示す図である。
【図４】本発明の第２実施形態にかかるポンプ制御装置のブロック構成図である。
【図５】本発明の第３実施形態にかかるポンプ制御装置のブロック構成図である。
【図６】従来のポンプ制御装置のブロック構成図である。
【符号の説明】
１エンジン
２油圧ポンプ
３油圧アクチュエータ回路
４操作手段
５ポンプレギュータ
１０エンジン回転数センサ
１１温度センサ
１２コントローラ（制御手段）
１３エンジン始動スイッチ
１５エンジン始動後の経過時間を計るタイマ
１６コントローラ（制御手段）
１７操作手段の操作によるパイロット圧を検出する圧力センサ
１８操作回数をカウントするカウンタ（操作計数手段）
１９コントローラ（制御手段）
２０パイロット圧を積算して操作時間を計るパイロット圧積算部（操作計数手段）

Claims

エンジンと、このエンジンによって駆動される油圧ポンプと、この油圧ポンプを油圧源とする油圧アクチュエータ回路と、上記油圧ポンプからの作動油の吐出流量を制御するポンプレギュータと、エンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、上記ポンプレギュータを介して上記油圧ポンプの吐出流量を制御する制御手段とを備え、この制御手段は、エンジン回転数の減少に応じてポンプ流量を減少させるエンジン・スピード・センシング制御を行うように構成された建設機械のポンプ制御装置において、上記作動油の温度を検出する温度検出手段として、油圧アクチュエータの合計の操作時間を計って作動油の温度を間接に検出する操作計数手段が設けられ、上記制御手段は、上記合計の操作時間が設定時間に達するまでは、作動油の温度が予め設定された温度に達しない低温域にあるとして、エンジン回転数に対するポンプ流量を、作動油温度が上記設定温度以上の場合よりも減少させる低温時馬力制御を行うように構成されたことを特徴とする建設機械のポンプ制御装置。
制御手段は、作動油温度の上昇に応じてポンプ流量の減少度合いを小さくするように構成されたことを特徴とする請求項１記載の建設機械のポンプ制御装置。
温度検出手段として、エンジンが始動してからの経過時間を計って作動油の温度を検出するエンジン始動後タイマが設けられたことを特徴とする請求項１または２記載の建設機械のポンプ制御装置。
温度検出手段として、油圧アクチュエータの操作回数をカウントして作動油の温度を検出する操作計数手段が設けられたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の建設機械のポンプ制御装置。
温度検出手段として、エンジンが停止してからの経過時間を計って作動油の温度を検出するエンジン停止後タイマが設けられたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の建設機械のポンプ制御装置。
制御手段は、複数のアクチュエータ動作のうちから予め選択されたアクチュエータ動作時のみに低温時馬力制御を行うように構成されたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の建設機械のポンプ制御装置。