JP3697136B2 - ポンプ制御方法およびポンプ制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可変容量型ポンプを制御するポンプ制御方法およびポンプ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開平１０−２２０３５９号公報に示されるように、油圧ショベルなどの建設機械の可変容量型ポンプの制御装置として、エンジン回転数を検出するエンジン回転数検出器からの信号を受けて、予めエンジン回転数に対して段階的に連続し、かつエンジン定格点で交差するポンプ吸収トルクを設定し、エンジン回転数の増減に対応してポンプ吸収トルクを演算し、その演算結果に基づいてポンプ吸収トルクを所定値にして可変容量型ポンプのレギュレータを調整するようにレギュレータ制御弁へ指令を出力するものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来はエンジン回転数を検出してポンプ吸収トルクを演算し、可変容量型ポンプのレギュレータを調整するようにしているから、負荷圧力の急変に対してエンジン回転数の変化が大きくなる問題がある。
【０００４】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、負荷圧力の急変に対するエンジン回転速度の変化を低減するポンプ制御方法およびポンプ制御装置を提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載された発明は、エンジン回転速度を検出し、エンジンにより駆動されポンプ吐出流量を可変制御する容量制御手段を備えた可変容量型ポンプからのポンプ吐出圧力を検出し、定格回転速度の標準トルクにエンジン回転速度に応じたトルクを加算処理することでメインポンプ許容トルクを演算し、油圧回路よりの要求流量からメインポンプ要求トルクを演算し、メインポンプ許容トルクおよびメインポンプ要求トルクのうち小さい方のトルクを、ポンプ吐出圧力−流量特性の第１折れ点圧に換算し、この第１折れ点圧をパワーシフト圧力に換算し、このパワーシフト圧力を容量制御手段に導き可変容量型ポンプのポンプ吐出圧力−吐出流量特性を最適なものにシフト制御するポンプ制御方法であり、エンジン回転速度およびポンプ吐出圧力を検出してパワーシフト圧力を演算し、可変容量型ポンプの容量制御手段を制御することで、負荷圧力の急変に対するエンジン回転速度の変化を低減する。
【０００６】
請求項２に記載された発明は、エンジン回転速度を検出し、エンジンにより駆動されポンプ吐出流量を可変制御する容量制御手段を備えた可変容量型ポンプからのポンプ吐出圧力を検出し、可変容量型ポンプから負荷に供給される作動流体を制御するコントロール弁の中立状態および微操作状態により発生するネガティブコントロール圧力を容量制御手段へ導いてポンプ吐出流量を最小に制御し、ポンプ吐出圧力を容量制御手段に導きエンジンから可変容量型ポンプに供給されるポンプ馬力を一定に制御し、定格回転速度の標準トルクにエンジン回転速度に応じたトルクを加算処理することでメインポンプ許容トルクを演算し、油圧回路よりの要求流量からメインポンプ要求トルクを演算し、メインポンプ許容トルクおよびメインポンプ要求トルクのうち小さい方のトルクを、ポンプ吐出圧力−流量特性の第１折れ点圧に換算し、この第１折れ点圧をパワーシフト圧力に換算し、このパワーシフト圧力を容量制御手段に導き可変容量型ポンプのポンプ吐出圧力−吐出流量特性を最適なものにシフト制御するポンプ制御方法であり、コントロール弁の中立状態および微操作状態により発生するネガティブコントロール圧力を容量制御手段へ導いてポンプ吐出流量を最小に制御し、さらに、ネガティブコントロール圧力が低下すると、ポンプ吐出圧力を容量制御手段に導きエンジンから可変容量型ポンプに供給されるポンプ馬力を一定に制御し、また、エンジン回転速度およびポンプ吐出圧力を検出してパワーシフト圧力を演算し、可変容量型ポンプの容量制御手段を制御することで、負荷圧力の急変に対するエンジン回転速度の変化を低減する。
【０００７】
請求項３に記載された発明は、エンジンにより駆動される可変容量型ポンプの吐出流量を可変制御する容量制御手段と、エンジン回転速度を検出するエンジン回転速度検出手段と、可変容量型ポンプからのポンプ吐出圧力を検出するポンプ吐出圧力検出手段と、定格回転速度の標準トルクにエンジン回転速度に応じたトルクを加算処理することでメインポンプ許容トルクを演算し、油圧回路よりの要求流量からメインポンプ要求トルクを演算し、メインポンプ許容トルクおよびメインポンプ要求トルクのうち小さい方のトルクを、ポンプ吐出圧力−流量特性の第１折れ点圧に換算し、この第１折れ点圧をパワーシフト圧力に換算し、このパワーシフト圧力を容量制御手段に導き可変容量型ポンプのポンプ吐出圧力−吐出流量特性を最適なものにシフト制御するパワーシフト制御手段とを具備したポンプ制御装置であり、エンジン回転速度検出手段によりエンジン回転速度を検出するとともに、ポンプ吐出圧力検出手段により可変容量型ポンプからのポンプ吐出圧力を検出して、パワーシフト制御手段によりパワーシフト圧力を演算し、可変容量型ポンプの容量制御手段を制御することで、負荷圧力の急変に対するエンジン回転速度の変化を低減する。
【０００８】
請求項４に記載された発明は、エンジンにより駆動される可変容量型ポンプの吐出流量を可変制御する容量制御手段と、エンジン回転速度を検出するエンジン回転速度検出手段と、可変容量型ポンプからのポンプ吐出圧力を検出するポンプ吐出圧力検出手段と、定格回転速度の標準トルクにエンジン回転速度に応じたトルクを加算処理することでメインポンプ許容トルクを演算し、油圧回路よりの要求流量からメインポンプ要求トルクを演算し、メインポンプ許容トルクおよびメインポンプ要求トルクのうち小さい方のトルクを、ポンプ吐出圧力−流量特性の第１折れ点圧に換算し、この第１折れ点圧をパワーシフト圧力に換算し、このパワーシフト圧力を容量制御手段に導き可変容量型ポンプのポンプ吐出圧力−吐出流量特性を最適なものにシフト制御するパワーシフト制御手段と、ポンプ吐出圧力を容量制御手段に導きエンジンから可変容量型ポンプに供給されるポンプ馬力を一定に制御する定馬力制御手段と、可変容量型ポンプから負荷に供給される作動流体を制御するコントロール弁の中立状態および微操作状態により発生するネガティブコントロール圧力を容量制御手段へ導いてポンプ吐出流量を最小に制御するネガティブ制御手段とを具備したポンプ制御装置であり、ネガティブ制御手段により、コントロール弁の中立状態および微操作状態により発生するネガティブコントロール圧力を容量制御手段へ導いてポンプ吐出流量を最小に制御し、さらに、ネガティブコントロール圧力が低下すると、定馬力制御手段により、ポンプ吐出圧力を容量制御手段に導きエンジンから可変容量型ポンプに供給されるポンプ馬力を一定に制御し、また、エンジン回転速度検出手段によりエンジン回転速度を検出するとともに、ポンプ吐出圧力検出手段により可変容量型ポンプからのポンプ吐出圧力を検出して、パワーシフト制御手段によりパワーシフト圧力を演算し、可変容量型ポンプの容量制御手段を制御することで、負荷圧力の急変に対するエンジン回転速度の変化を低減する。
【０００９】
請求項５に記載された発明は、請求項３または４記載のポンプ制御装置における容量制御手段が、ポンプ吐出流量を可変調整する斜板と、斜板の傾転角を制御する流体圧アクチュエータ型の機械式レギュレータとを備え、機械式レギュレータは、斜板の傾転角を増加させる方向のバネ力を受けて動作するピストンと、ピストンをバネ力に抗する流体圧により斜板の傾転角を減少させる方向に制御するパイロット操作型のレギュレータ制御弁とを具備したポンプ制御装置であり、ネガティブ制御手段、定馬力制御手段、パワーシフト制御手段からの信号圧力をパイロット操作型のレギュレータ制御弁に導くと、このレギュレータ制御弁により機械式レギュレータのピストンを精度良くストローク制御できるから、既存の機械式レギュレータをそのまま活用する。
【００１０】
請求項６に記載された発明は、請求項５記載のポンプ制御装置におけるパワーシフト制御手段が、エンジン回転速度およびポンプ吐出圧力に応じたパワーシフト圧力を演算するコントローラと、コントローラから出力された電気信号に応じて容量制御手段のレギュレータ制御弁に入力されるパイロット圧力を制御する電磁比例動作弁とを具備したポンプ制御装置であり、コントローラからの電気信号に応じて作動する電磁比例動作弁によりレギュレータ制御弁を希望通りに制御して、既存の機械式レギュレータであってもポンプ吐出圧力−吐出流量特性を理想的なものに制御する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図面を参照しながら説明する。
【００１２】
図１は油圧ショベルの油圧回路を示す。油圧ショベル（図示せず）は、下部走行体上の上部旋回体に、左右の各走行用油圧モータ、旋回用油圧モータおよびフロント作業機の各油圧シリンダに作動油を供給する一対の可変容量型ポンプとしてのメインポンプ11と、制御用のパイロット圧力を供給するパイロットポンプ12と、これらのメインポンプ11およびパイロットポンプ12を駆動するエンジン13と、油圧回路の作動油を収容するタンク14とがそれぞれ搭載されている。
【００１３】
さらに、この油圧ショベルは、左右の各走行用油圧モータ、旋回用油圧モータおよびフロント作業機の各油圧シリンダの動作を制御する油圧回路を備えている。
【００１４】
この油圧回路は、一対のメインポンプ11から左右の各走行用油圧モータ、旋回用油圧モータおよびフロント作業機の各油圧シリンダに供給される作動油を方向制御および流量制御するコントロール弁15と、このコントロール弁15をパイロットポンプ12から供給されたパイロット油圧により遠隔操作するパイロット弁（以下、このパイロット弁を「リモコン弁16」という）と、これらを配管接続する油圧通路とを備えている。
【００１５】
コントロール弁15は、作動油を方向制御および流量制御する種々のステム（スプール）を有し、左側の走行用油圧モータを制御するための左走行制御用ステム21と、右側の走行用油圧モータを制御するための右走行制御用ステム22と、旋回用油圧モータを制御するための旋回制御用ステム23と、ブーム用油圧シリンダを制御するためのブーム制御用第１ステム24および第２ステム25と、スティック用油圧シリンダを制御するためのスティック制御用第１ステム26および第２ステム27と、バケット用油圧シリンダを制御するためのバケット制御用ステム28と、バケットに代えてスティックの先端部に装着されたアタッチメントを制御するためのアタッチメント制御用ステム29とが、２つのメインポンプ11に対応する２つのグループにバランス良く配置されている。なお、一方のメインポンプ11のみから左走行制御用ステム21および右走行制御用ステム22のみに作動油を供給して左右の走行用油圧モータを等速で駆動することにより直進走行を図る直進制御用ステム30も設けられている。
【００１６】
前記リモコン弁16は、一部のみを図示するが、油圧ショベルのキャブ内のオペレータにより操作レバーで手動操作され、パイロットポンプ12からパイロット圧力通路31を経て供給されたパイロット圧油を減圧制御して、コントロール弁15の各ステムの端部の圧力室に供給する減圧弁32を有している。なお、パイロット圧力通路31には、フィルタユニット33とともに、パイロット圧力を設定圧力に保つリリーフ弁34が設けられている。
【００１７】
前記一対のメインポンプ11は、ポンプ吐出流量を可変制御する容量制御手段35を備えており、この容量制御手段35は、傾転角に応じてポンプ押除け容積を制御してポンプ吐出流量を可変調整する斜板36と、斜板36の傾転角を制御する流体圧アクチュエータ型の機械式レギュレータ37とをそれぞれ備えている。
【００１８】
これらの機械式レギュレータ37は、斜板36の傾転角を増加させる方向のバネ力を受けて動作するピストン38と、このピストン38をバネ力に抗する流体圧（油圧）により斜板36の傾転角を減少させる方向に制御するパイロット操作型のレギュレータ制御弁39とをそれぞれ具備している。これらのレギュレータ制御弁39は、ピストン38を内蔵したレギュレータ本体に一体的に組込まれている。
【００１９】
各ピストン38の一端には、各メインポンプ11のポンプ吐出圧力がそれぞれ作用され、各ピストン38の他端には、バネ力とともに、ポンプ吐出圧力を各レギュレータ制御弁39により制御した制御圧力がそれぞれ作用される。各斜板36には、傾転角（斜板位置）を検出する斜板位置検出器（図示せず）がそれぞれ設けられている。
【００２０】
２つのメインポンプ11からの吐出通路には、高圧側のポンプ吐出圧力を取出すためのシャトル弁41を介して、そのポンプ吐出圧力を検出するポンプ吐出圧力検出手段としてのポンプ吐出圧力検出器42が接続されている。
【００２１】
エンジン13は、エンジン回転速度（以下、このエンジン回転速度を「エンジン回転数」または「エンジンスピード」という）を制御するガバナ43と、エンジン回転数を検出するエンジン回転速度検出手段としてのエンジン回転数検出器44とを備えている。エンジン13の目標回転数は、回転数設定手段としてのアクセルダイヤルや、定格回転数に対しアンダースピードを設定するアンダースピード設定手段などにより設定する。
【００２２】
前記エンジン回転数検出器44およびポンプ吐出圧力検出器42で検出されたエンジン回転数およびポンプ吐出圧力などに応じたパワーシフト圧力Ｐsをメインポンプ11の容量制御手段35に導きメインポンプ11のポンプ吐出圧力−吐出流量特性を最適なものにシフト制御するパワーシフト制御手段として、エンジン回転数およびポンプ吐出圧力に応じたパワーシフト圧力Ｐsを演算するコントローラ45と、このコントローラ45から出力された電気信号に応じてレギュレータ制御弁39に入力されるパイロット圧力すなわちパワーシフト圧力Ｐsを制御する電磁比例動作弁としての電磁比例減圧弁46とが設けられている。
【００２３】
この電磁比例減圧弁46の一次ポートには、前記パイロット圧力通路31が接続され、２次ポートは、パワーシフト圧力通路47を経て容量制御手段35における２つのレギュレータ制御弁39のパイロット圧力導入部48にそれぞれ連通されている。
【００２４】
この電磁比例減圧弁46は、前記リリーフ弁34により一定に制御されているパイロット圧力を、コントローラ45からソレノイド49への電気信号に応じて比例制御して、レギュレータ制御弁39のパイロット圧力導入部48に導き、このレギュレータ制御弁39をバネ50に抗して変位制御することにより、各機械式レギュレータ37のピストン38を精度良くストローク制御し、斜板36を所望の傾転角度に駆動する。
【００２５】
また、メインポンプ11のポンプ吐出圧力を容量制御手段35のレギュレータ制御弁39に導きエンジン13からメインポンプ11に供給されるポンプ馬力を一定に制御する定馬力制御手段として、２つのメインポンプ11の吐出通路から弁51を介して引出された通路52が、２つのレギュレータ制御弁39の別のパイロット圧力導入部53にそれぞれ連通されている。
【００２６】
さらに、メインポンプ11から負荷としての各種油圧アクチュエータに供給される作動油を制御するコントロール弁15の中立状態および微操作状態により発生するネガティブコントロール圧力を容量制御手段35へ導いてポンプ吐出流量を最小に制御するネガティブ制御手段として、コントロール弁15の各ステム21〜30が中立状態および微操作状態にあるとき各ステム21〜30を経てタンク14に連通可能な２つのグループのセンタバイパス通路54であって、タンク14に連通したタンク通路55との境界部分に、リリーフ弁56とともに絞り57がそれぞれ設けられ、これらの絞り57の上流側から引出されたネガティブコントロール通路58が、２つのレギュレータ制御弁39のさらに別のパイロット圧力導入部59にそれぞれ連通されている。各ネガティブコントロール通路58には、ネガティブコントロール圧力を検出するための圧力検出器60がそれぞれ設けられ、これらの圧力検出器60は前記コントローラ45にそれぞれ接続されている。
【００２７】
このように、前記機械式レギュレータ37は、既存のものをそのまま活用して、ネガティブ制御手段、定馬力制御手段、パワーシフト制御手段からの信号圧力をパイロット操作型のレギュレータ制御弁39に導き、このレギュレータ制御弁39により機械式レギュレータ37のピストン38を作動して斜板36の傾転角を制御し、斜板36の傾転角に応じてポンプ押除け容積を制御する。
【００２８】
また、各種検出器（センサ）は、前記ポンプ吐出圧力検出器42、エンジン回転数検出器44、前記斜板位置検出器などに加えて、操作レバーの操作量を検出する操作量検出器、メインポンプ11からのポンプ吐出流量を検出する流量検出器、油圧アクチュエータの負荷圧力を検出する負荷圧力検出器なども必要に応じて設置し、これらの検出器の出力は、制御情報信号としてコントローラ45に入力される。
【００２９】
次に、このコントローラ45の内容を説明する。
【００３０】
図２に示されるように、ポンプ制御系を大別すると、油圧回路制御部61と、エンジンスピード制御部62と、メインポンプ制御部63との３つのモジュールを備えている。
【００３１】
前記油圧回路制御部61は、作動油の油温信号ТEMPと、油圧ショベルのフロント作業機用および旋回用ジョイスティックの操作有無を検出するためのインプリメントスイッチからの検出信号SWimと、走行用トラベルレバーの操作有無を検出するためのトラベルスイッチからの検出信号SWtrとにより、油圧回路が要求する要求流量Ｑを演算する。
【００３２】
前記エンジンスピード制御部62は、制御ステータス決定部64と、アンダースピード制御トルク演算部65と、エンスト防止トルク演算部66と、メインポンプ許容トルク演算部67とを備えており、パワーモードPM、ワークモードWM、アクセルダイヤルにより設定されるエンジン設定回転数Ｎac、エンジン回転数検出器44により検出されたエンジン回転数Ｎ、シャトル弁41により高圧側を選択されてポンプ吐出圧力検出器42により検出されたポンプ吐出圧力Ｐpなどに基づき、メインポンプ11で利用可能なトルクの大きさ、すなわちメインポンプ許容トルクТmpallowを決定する。
【００３３】
前記制御ステータス決定部64は、各演算部65〜67に接続され、エンジンスピードを制御するにあたって、アクセルダイヤル、エンジン回転数センサなどからインプットされた各種信号をもとに、エンスト防止機能を働かせる必要があるか、あるいはエンジン回転数を定格回転数付近にキープさせるアンダースピード制御を働かせる必要があるかなどの、制御ステータスを決定する機能を有する。
【００３４】
前記アンダースピード制御トルク演算部65は、図３に示されるように、定格回転数−定格馬力が、エンジン出力特性におけるガバナにより制御されるガバナ領域と、制御されないラギング領域との境界の不連続点に位置するから、安定した運転を確保するためにアンダースピード量Ｎusを設定し、定格回転数よりこのアンダースピード量Ｎusだけ少ないエンジン回転数を目標回転数とするために、すなわち図３のラギング領域で目標回転数をアンダースピード量Ｎusだけ左方へ移動するためのアンダースピード制御トルクを演算するものであり、アクセルダイヤルで設定された設定回転数、およびエンジン回転数検出器44で検出されたエンジン回転数を入力信号としている。
【００３５】
基本的には、このエンジン13のアンダースピード制御を実現するために、メインポンプ11のレギュレータ37を制御して、エンジン出力トルクからメインポンプ11が（ポンプ吐出圧力）×（ポンプ吐出流量）の形で吸収する負荷トルク、すなわちポンプ吸収トルクを制御する。
【００３６】
前記エンスト防止トルク演算部66は、エンジン回転数検出器44で検出されたエンジン回転数より、負荷によるエンジン停止を防止するためのエンスト防止トルクを演算する。
【００３７】
そして、前記メインポンプ許容トルク演算部67は、アクセルダイヤルで設定された加速度トルクと、アンダースピード制御トルク演算部65から出力されたアンダースピード制御トルクと、エンスト防止トルク演算部66から出力されたエンスト防止トルクとに基づいて、一対のメインポンプ11で利用可能なメインポンプ許容トルクТmpallowを決定する。
【００３８】
このメインポンプ許容トルク演算部67では、図４に示されるように、定格回転数のメインポンプ11で必要とする標準トルクТtに、前記エンスト防止トルク演算部66で演算されたエンスト防止トルクТasを、加算器71にて加算処理することにより静的トルクТsを演算し、この静的トルクТsに加速度トルクТacを加算器72にて加算処理することにより動的トルクТdを演算し、この動的トルクТdに、前記アンダースピード制御トルク演算部65で演算されたアンダースピード制御トルクТusを加算器73にて加算処理することでメインポンプ許容トルクТmpallowを演算し、このメインポンプ許容トルクТmpallowを前記メインポンプ制御部63に出力する。
【００３９】
このメインポンプ制御部63では、図５に示されるように前記油圧回路制御部61から出力された要求流量Ｑ（％）を、トルク換算器74により第１折れ点圧（図６に示されたポンプ吐出圧力−流量特性の第１折れ点におけるポンプ吐出圧力）を用いてメインポンプ要求トルクТmpreq（％）に換算して、そのメインポンプ要求トルクТmpreqをエンジンスピード制御部62に要求する。
【００４０】
このメインポンプ要求トルクТmpreqは、メインポンプ11の負荷状況に応じて決定されるポンプ側から要求されるトルクであり、一方、メインポンプ許容トルクТmpallow（％）は、エンジン13側の負荷状況に応じて許容されるトルクであり、そして、これらのメインポンプ要求トルクТmpreqおよびメインポンプ許容トルクТmpallowのうち低い方のトルクが、メインポンプ11により実際に使われたポンプ吸収トルクである。
【００４１】
さらに、前記エンジンスピード制御部62より出力されたメインポンプ許容トルクТmpallowと、前記メインポンプ要求トルクТmpreqとをトルク選択手段75に入力して、小さい方のトルクを選択し、すなわちポンプ吸収トルクを求め、そのポンプ吸収トルクを換算器76により第１折れ点圧に換算し、さらにこの第１折れ点圧を換算器77によりパワーシフト圧力Ｐsに換算し、さらに換算器78により、パワーシフト圧力Ｐsを電磁比例減圧弁46から出力させるために電磁比例減圧弁46のソレノイド49で必要とするパワーシフト用入力信号（制御電流）Ｉpsに換算する。
【００４２】
したがって、図２に示されるように、このパワーシフト用入力信号Ｉpsを電磁比例減圧弁46のソレノイド49に入力すると、電磁比例減圧弁46からは、演算されたレギュレータ制御圧力信号としてのパワーシフト圧力Ｐsが出力され、このパワーシフト圧力Ｐsによりレギュレータ制御弁39が制御されて、メインポンプ11の斜板36の傾転角が制御される。
【００４３】
このように、従来は、エンジン回転数を検出してポンプ制御をしていたが、本制御方法は、ポンプ吐出圧力Ｐp（またはアクチュエータ負荷圧力）も検出して制御手段に加えることにより、従来と同様の二段バネ使用型の機械式レギュレ一夕37を活用したまま、ポンプ要求馬力を制御できる。
【００４４】
すなわち、前記ポンプ吐出圧力検出器42を追加して、油圧ショベルのポンプ制御で用いられている現状の２段バネによるポンプ斜板制御用のレギュレータ駆動部に対し、ポンプ吐出圧力Ｐpを検出して機械式レギュレータ37のＰ−Ｑ特性を理想的なものとするようにパワーシフト圧力Ｐsを制御することにより、目標制御トルクと実トルクとの誤差を小さくすることができる。
【００４５】
言い換えると、図７に示されるように、定馬力制御手段では、ポンプ吐出圧力Ｐpとポンプ吐出流量Ｑとの関係（以下、この関係を「ポンプＰ−Ｑ特性」という）が特定の定ポンプ馬力曲線上で変化するように、レギュレータ37を制御するが、一方、パワーシフト制御手段では、コントローラ45により、エンジン目標回転数とエンジン実回転数との回転数偏差に応じて、修正すべきポンプ吸収トルクを演算し、対応するパワーシフト用電気信号Ｉpsを出力して電磁比例減圧弁46を制御することによりパワーシフト圧力Ｐsを制御し、ポンプＰ−Ｑ特性を特定の定ポンプ馬力曲線から他の曲線にシフトさせることにより、機械式レギュレータ37で用いられているバネ50の折点を補正し、上記回転数偏差を修正する。図７にて、ポンプ馬力を増加させるときは、右上の定ポンプ馬力曲線へとシフトさせる。
【００４６】
次に、上記制御内容をふまえて、図１に示された実施形態の作用を説明する。
【００４７】
コントロール弁15の全ステム21〜30が中立状態および微操作状態のときは、ネガティブ制御手段により、センタバイパス通路54の絞り57の上流側に発生するネガティブコントロール圧力を、ネガティブコントロール通路58を経てレギュレータ制御弁39のパイロット圧力導入部59へ導いて、ポンプ吐出流量が最小となるようにレギュレータ37により斜板36を制御する。
【００４８】
さらに、ステム21〜30の変位によりネガティブコントロール圧力が低下すると、定馬力制御手段の通路52を経てレギュレータ制御弁39のパイロット圧力導入部53に導かれたポンプ吐出圧力Ｐpによりレギュレータ制御弁39を制御し、エンジン13からメインポンプ11に供給されるポンプ馬力（またはポンプ吸収トルク）が一定となるように斜板36の傾転角をレギュレータ37により制御する。すなわち、図７において、ポンプ吐出圧力Ｐpが変化するにしたがって、１つの定ポンプ馬力曲線に沿ってポンプ吐出流量Ｑが変化するように、斜板36の傾転角がレギュレータ37により制御される。
【００４９】
また、検出されたエンジン回転数Ｎおよびポンプ吐出圧力Ｐpに応じたパワーシフト圧力Ｐsをコントローラ45により演算して、その演算結果の制御信号によりパワーシフト制御手段の電磁比例減圧弁46を制御し、この電磁比例減圧弁46で減圧制御されたパイロット圧力すなわちパワーシフト圧力Ｐsをレギュレータ制御弁39のパイロット圧力導入部48に導き、ポンプ吐出圧力−吐出流量特性を最適なものにシフト制御するように斜板36をレギュレータ37により制御する。すなわち、図７において、一の定ポンプ馬力曲線から他の定ポンプ馬力曲線へとシフトさせる。
【００５０】
以上のように、従来は、エンジン回転数Ｎを検出してフィードバック制御することで定馬力制御を行っていたのに対して、本制御装置は、メインポンプ11からのポンプ吐出圧力Ｐpも検出して、容量制御手段35を制御する制御情報信号に取入れるようにしたので、負荷圧力の急変に対してエンジン13の回転数変化を低減できる。
【００５１】
さらに、高価な制御装置を用いることなく、システムの大幅な変更もなく、現状のハードウエアをそのまま用いて、検出したポンプ吐出圧力Ｐpを制御情報信号として取入れるのみで、コストアップを押さえながら、良好なポンプ制御装置を実現できる。
【００５２】
なお、本制御は、斜板式ポンプの制御のみならず、類似機構を有する斜軸式ポンプなどの制御にも適用可能であることは言うまでもない。
【００５３】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、エンジン回転速度および可変容量型ポンプからのポンプ吐出圧力をそれぞれ検出してパワーシフト圧力を演算し、可変容量型ポンプの容量制御手段を制御することで、負荷圧力の急変に対するエンジン回転速度の変化を低減でき、安定したポンプ制御を実現できる。
【００５４】
請求項２記載の発明によれば、コントロール弁の中立状態および微操作状態により発生するネガティブコントロール圧力を容量制御手段へ導いてポンプ吐出流量を最小に制御でき、さらに、ネガティブコントロール圧力が低下すると、ポンプ吐出圧力を容量制御手段に導きエンジンから可変容量型ポンプに供給されるポンプ馬力を一定に制御でき、また、エンジン回転速度およびポンプ吐出圧力を検出してパワーシフト圧力を演算し、可変容量型ポンプの容量制御手段を制御することで、負荷圧力の急変に対するエンジン回転速度の変化を低減でき、種々の状況に応じて可変容量型ポンプの容量制御手段を最適な状態に制御できる。
【００５５】
請求項３記載の発明によれば、エンジン回転速度検出手段によりエンジン回転速度を検出するとともに、ポンプ吐出圧力検出手段により可変容量型ポンプからのポンプ吐出圧力を検出して、パワーシフト制御手段によりパワーシフト圧力を演算し、可変容量型ポンプの容量制御手段を制御することで、負荷圧力の急変に対するエンジン回転速度の変化を低減でき、安定したポンプ制御を実現できるとともに、ポンプ吐出圧力を制御信号として取入れるための変更のみで、現状のハードウエアをさほど変更することなく、すなわちシステムの大幅な変更もなく、良好なポンプ制御装置を実現できる。
【００５６】
請求項４記載の発明によれば、ネガティブ制御手段により、コントロール弁の中立状態および微操作状態により発生するネガティブコントロール圧力を容量制御手段へ導いてポンプ吐出流量を最小に制御でき、さらに、ネガティブコントロール圧力が低下すると、定馬力制御手段により、ポンプ吐出圧力を容量制御手段に導きエンジンから可変容量型ポンプに供給されるポンプ馬力を一定に制御でき、また、エンジン回転速度検出手段によりエンジン回転速度を検出するとともに、ポンプ吐出圧力検出手段により可変容量型ポンプからのポンプ吐出圧力を検出して、パワーシフト制御手段によりパワーシフト圧力を演算し、可変容量型ポンプの容量制御手段を制御することで、負荷圧力の急変に対するエンジン回転速度の変化を低減でき、種々の状況に応じて可変容量型ポンプの容量制御手段を最適な状態に制御できる。
【００５７】
請求項５記載の発明によれば、ネガティブ制御手段、定馬力制御手段、パワーシフト制御手段からの信号圧力をパイロット操作型のレギュレータ制御弁に導くことで、このレギュレータ制御弁により機械式レギュレータのピストンを精度良くストローク制御できるから、既存の機械式レギュレータをそのまま活用して、現状のハードウエアをさほど変更することなく良好なポンプ制御装置を実現できる。
【００５８】
請求項６記載の発明によれば、コントローラからの電気信号に応じて作動する電磁比例動作弁によりレギュレータ制御弁を希望通りに制御して、既存の機械式レギュレータであってもポンプ吐出圧力−吐出流量特性を理想的なものに制御できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るポンプ制御装置の一実施の形態を示す油圧回路図である。
【図２】同上ポンプ制御装置におけるコントローラの機能を示すブロック図である。
【図３】同上コントローラにおけるアンダースピード制御トルク演算部に係るエンジン回転数−出力馬力特性を示す特性図である。
【図４】同上コントローラにおけるメインポンプ許容トルク演算部の機能を示すブロック図である。
【図５】同上コントローラにおけるメインポンプ制御部の機能を示すブロック図である。
【図６】同上メインポンプ制御部でのトルク−第１折れ点圧換算を説明するためのポンプ吐出圧力−流量特性図である。
【図７】ポンプ吐出圧力−ポンプ吐出流量特性を示す特性図である。
【符号の説明】
11 可変容量型ポンプとしてのメインポンプ
13 エンジン
15 コントロール弁
35 容量制御手段
36 斜板
37 機械式レギュレータ
38 ピストン
39 レギュレータ制御弁
42 ポンプ吐出圧力検出手段としてのポンプ吐出圧力検出器
44 エンジン回転速度検出手段としてのエンジン回転数検出器
45 コントローラ
46 電磁比例動作弁としての電磁比例減圧弁
47 パワーシフト制御手段のパワーシフト圧力通路
52 定馬力制御手段の通路
58 ネガティブ制御手段のネガティブコントロール通路
Ｎ エンジン回転速度（エンジン回転数）
Ｑ ポンプ吐出流量
Ｐp ポンプ吐出圧力
Ｐs パワーシフト圧力
【発明の属する技術分野】
本発明は、可変容量型ポンプを制御するポンプ制御方法およびポンプ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開平１０−２２０３５９号公報に示されるように、油圧ショベルなどの建設機械の可変容量型ポンプの制御装置として、エンジン回転数を検出するエンジン回転数検出器からの信号を受けて、予めエンジン回転数に対して段階的に連続し、かつエンジン定格点で交差するポンプ吸収トルクを設定し、エンジン回転数の増減に対応してポンプ吸収トルクを演算し、その演算結果に基づいてポンプ吸収トルクを所定値にして可変容量型ポンプのレギュレータを調整するようにレギュレータ制御弁へ指令を出力するものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来はエンジン回転数を検出してポンプ吸収トルクを演算し、可変容量型ポンプのレギュレータを調整するようにしているから、負荷圧力の急変に対してエンジン回転数の変化が大きくなる問題がある。
【０００４】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、負荷圧力の急変に対するエンジン回転速度の変化を低減するポンプ制御方法およびポンプ制御装置を提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載された発明は、エンジン回転速度を検出し、エンジンにより駆動されポンプ吐出流量を可変制御する容量制御手段を備えた可変容量型ポンプからのポンプ吐出圧力を検出し、定格回転速度の標準トルクにエンジン回転速度に応じたトルクを加算処理することでメインポンプ許容トルクを演算し、油圧回路よりの要求流量からメインポンプ要求トルクを演算し、メインポンプ許容トルクおよびメインポンプ要求トルクのうち小さい方のトルクを、ポンプ吐出圧力−流量特性の第１折れ点圧に換算し、この第１折れ点圧をパワーシフト圧力に換算し、このパワーシフト圧力を容量制御手段に導き可変容量型ポンプのポンプ吐出圧力−吐出流量特性を最適なものにシフト制御するポンプ制御方法であり、エンジン回転速度およびポンプ吐出圧力を検出してパワーシフト圧力を演算し、可変容量型ポンプの容量制御手段を制御することで、負荷圧力の急変に対するエンジン回転速度の変化を低減する。
【０００６】
請求項２に記載された発明は、エンジン回転速度を検出し、エンジンにより駆動されポンプ吐出流量を可変制御する容量制御手段を備えた可変容量型ポンプからのポンプ吐出圧力を検出し、可変容量型ポンプから負荷に供給される作動流体を制御するコントロール弁の中立状態および微操作状態により発生するネガティブコントロール圧力を容量制御手段へ導いてポンプ吐出流量を最小に制御し、ポンプ吐出圧力を容量制御手段に導きエンジンから可変容量型ポンプに供給されるポンプ馬力を一定に制御し、定格回転速度の標準トルクにエンジン回転速度に応じたトルクを加算処理することでメインポンプ許容トルクを演算し、油圧回路よりの要求流量からメインポンプ要求トルクを演算し、メインポンプ許容トルクおよびメインポンプ要求トルクのうち小さい方のトルクを、ポンプ吐出圧力−流量特性の第１折れ点圧に換算し、この第１折れ点圧をパワーシフト圧力に換算し、このパワーシフト圧力を容量制御手段に導き可変容量型ポンプのポンプ吐出圧力−吐出流量特性を最適なものにシフト制御するポンプ制御方法であり、コントロール弁の中立状態および微操作状態により発生するネガティブコントロール圧力を容量制御手段へ導いてポンプ吐出流量を最小に制御し、さらに、ネガティブコントロール圧力が低下すると、ポンプ吐出圧力を容量制御手段に導きエンジンから可変容量型ポンプに供給されるポンプ馬力を一定に制御し、また、エンジン回転速度およびポンプ吐出圧力を検出してパワーシフト圧力を演算し、可変容量型ポンプの容量制御手段を制御することで、負荷圧力の急変に対するエンジン回転速度の変化を低減する。
【０００７】
請求項３に記載された発明は、エンジンにより駆動される可変容量型ポンプの吐出流量を可変制御する容量制御手段と、エンジン回転速度を検出するエンジン回転速度検出手段と、可変容量型ポンプからのポンプ吐出圧力を検出するポンプ吐出圧力検出手段と、定格回転速度の標準トルクにエンジン回転速度に応じたトルクを加算処理することでメインポンプ許容トルクを演算し、油圧回路よりの要求流量からメインポンプ要求トルクを演算し、メインポンプ許容トルクおよびメインポンプ要求トルクのうち小さい方のトルクを、ポンプ吐出圧力−流量特性の第１折れ点圧に換算し、この第１折れ点圧をパワーシフト圧力に換算し、このパワーシフト圧力を容量制御手段に導き可変容量型ポンプのポンプ吐出圧力−吐出流量特性を最適なものにシフト制御するパワーシフト制御手段とを具備したポンプ制御装置であり、エンジン回転速度検出手段によりエンジン回転速度を検出するとともに、ポンプ吐出圧力検出手段により可変容量型ポンプからのポンプ吐出圧力を検出して、パワーシフト制御手段によりパワーシフト圧力を演算し、可変容量型ポンプの容量制御手段を制御することで、負荷圧力の急変に対するエンジン回転速度の変化を低減する。
【０００８】
請求項４に記載された発明は、エンジンにより駆動される可変容量型ポンプの吐出流量を可変制御する容量制御手段と、エンジン回転速度を検出するエンジン回転速度検出手段と、可変容量型ポンプからのポンプ吐出圧力を検出するポンプ吐出圧力検出手段と、定格回転速度の標準トルクにエンジン回転速度に応じたトルクを加算処理することでメインポンプ許容トルクを演算し、油圧回路よりの要求流量からメインポンプ要求トルクを演算し、メインポンプ許容トルクおよびメインポンプ要求トルクのうち小さい方のトルクを、ポンプ吐出圧力−流量特性の第１折れ点圧に換算し、この第１折れ点圧をパワーシフト圧力に換算し、このパワーシフト圧力を容量制御手段に導き可変容量型ポンプのポンプ吐出圧力−吐出流量特性を最適なものにシフト制御するパワーシフト制御手段と、ポンプ吐出圧力を容量制御手段に導きエンジンから可変容量型ポンプに供給されるポンプ馬力を一定に制御する定馬力制御手段と、可変容量型ポンプから負荷に供給される作動流体を制御するコントロール弁の中立状態および微操作状態により発生するネガティブコントロール圧力を容量制御手段へ導いてポンプ吐出流量を最小に制御するネガティブ制御手段とを具備したポンプ制御装置であり、ネガティブ制御手段により、コントロール弁の中立状態および微操作状態により発生するネガティブコントロール圧力を容量制御手段へ導いてポンプ吐出流量を最小に制御し、さらに、ネガティブコントロール圧力が低下すると、定馬力制御手段により、ポンプ吐出圧力を容量制御手段に導きエンジンから可変容量型ポンプに供給されるポンプ馬力を一定に制御し、また、エンジン回転速度検出手段によりエンジン回転速度を検出するとともに、ポンプ吐出圧力検出手段により可変容量型ポンプからのポンプ吐出圧力を検出して、パワーシフト制御手段によりパワーシフト圧力を演算し、可変容量型ポンプの容量制御手段を制御することで、負荷圧力の急変に対するエンジン回転速度の変化を低減する。
【０００９】
請求項５に記載された発明は、請求項３または４記載のポンプ制御装置における容量制御手段が、ポンプ吐出流量を可変調整する斜板と、斜板の傾転角を制御する流体圧アクチュエータ型の機械式レギュレータとを備え、機械式レギュレータは、斜板の傾転角を増加させる方向のバネ力を受けて動作するピストンと、ピストンをバネ力に抗する流体圧により斜板の傾転角を減少させる方向に制御するパイロット操作型のレギュレータ制御弁とを具備したポンプ制御装置であり、ネガティブ制御手段、定馬力制御手段、パワーシフト制御手段からの信号圧力をパイロット操作型のレギュレータ制御弁に導くと、このレギュレータ制御弁により機械式レギュレータのピストンを精度良くストローク制御できるから、既存の機械式レギュレータをそのまま活用する。
【００１０】
請求項６に記載された発明は、請求項５記載のポンプ制御装置におけるパワーシフト制御手段が、エンジン回転速度およびポンプ吐出圧力に応じたパワーシフト圧力を演算するコントローラと、コントローラから出力された電気信号に応じて容量制御手段のレギュレータ制御弁に入力されるパイロット圧力を制御する電磁比例動作弁とを具備したポンプ制御装置であり、コントローラからの電気信号に応じて作動する電磁比例動作弁によりレギュレータ制御弁を希望通りに制御して、既存の機械式レギュレータであってもポンプ吐出圧力−吐出流量特性を理想的なものに制御する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図面を参照しながら説明する。
【００１２】
図１は油圧ショベルの油圧回路を示す。油圧ショベル（図示せず）は、下部走行体上の上部旋回体に、左右の各走行用油圧モータ、旋回用油圧モータおよびフロント作業機の各油圧シリンダに作動油を供給する一対の可変容量型ポンプとしてのメインポンプ11と、制御用のパイロット圧力を供給するパイロットポンプ12と、これらのメインポンプ11およびパイロットポンプ12を駆動するエンジン13と、油圧回路の作動油を収容するタンク14とがそれぞれ搭載されている。
【００１３】
さらに、この油圧ショベルは、左右の各走行用油圧モータ、旋回用油圧モータおよびフロント作業機の各油圧シリンダの動作を制御する油圧回路を備えている。
【００１４】
この油圧回路は、一対のメインポンプ11から左右の各走行用油圧モータ、旋回用油圧モータおよびフロント作業機の各油圧シリンダに供給される作動油を方向制御および流量制御するコントロール弁15と、このコントロール弁15をパイロットポンプ12から供給されたパイロット油圧により遠隔操作するパイロット弁（以下、このパイロット弁を「リモコン弁16」という）と、これらを配管接続する油圧通路とを備えている。
【００１５】
コントロール弁15は、作動油を方向制御および流量制御する種々のステム（スプール）を有し、左側の走行用油圧モータを制御するための左走行制御用ステム21と、右側の走行用油圧モータを制御するための右走行制御用ステム22と、旋回用油圧モータを制御するための旋回制御用ステム23と、ブーム用油圧シリンダを制御するためのブーム制御用第１ステム24および第２ステム25と、スティック用油圧シリンダを制御するためのスティック制御用第１ステム26および第２ステム27と、バケット用油圧シリンダを制御するためのバケット制御用ステム28と、バケットに代えてスティックの先端部に装着されたアタッチメントを制御するためのアタッチメント制御用ステム29とが、２つのメインポンプ11に対応する２つのグループにバランス良く配置されている。なお、一方のメインポンプ11のみから左走行制御用ステム21および右走行制御用ステム22のみに作動油を供給して左右の走行用油圧モータを等速で駆動することにより直進走行を図る直進制御用ステム30も設けられている。
【００１６】
前記リモコン弁16は、一部のみを図示するが、油圧ショベルのキャブ内のオペレータにより操作レバーで手動操作され、パイロットポンプ12からパイロット圧力通路31を経て供給されたパイロット圧油を減圧制御して、コントロール弁15の各ステムの端部の圧力室に供給する減圧弁32を有している。なお、パイロット圧力通路31には、フィルタユニット33とともに、パイロット圧力を設定圧力に保つリリーフ弁34が設けられている。
【００１７】
前記一対のメインポンプ11は、ポンプ吐出流量を可変制御する容量制御手段35を備えており、この容量制御手段35は、傾転角に応じてポンプ押除け容積を制御してポンプ吐出流量を可変調整する斜板36と、斜板36の傾転角を制御する流体圧アクチュエータ型の機械式レギュレータ37とをそれぞれ備えている。
【００１８】
これらの機械式レギュレータ37は、斜板36の傾転角を増加させる方向のバネ力を受けて動作するピストン38と、このピストン38をバネ力に抗する流体圧（油圧）により斜板36の傾転角を減少させる方向に制御するパイロット操作型のレギュレータ制御弁39とをそれぞれ具備している。これらのレギュレータ制御弁39は、ピストン38を内蔵したレギュレータ本体に一体的に組込まれている。
【００１９】
各ピストン38の一端には、各メインポンプ11のポンプ吐出圧力がそれぞれ作用され、各ピストン38の他端には、バネ力とともに、ポンプ吐出圧力を各レギュレータ制御弁39により制御した制御圧力がそれぞれ作用される。各斜板36には、傾転角（斜板位置）を検出する斜板位置検出器（図示せず）がそれぞれ設けられている。
【００２０】
２つのメインポンプ11からの吐出通路には、高圧側のポンプ吐出圧力を取出すためのシャトル弁41を介して、そのポンプ吐出圧力を検出するポンプ吐出圧力検出手段としてのポンプ吐出圧力検出器42が接続されている。
【００２１】
エンジン13は、エンジン回転速度（以下、このエンジン回転速度を「エンジン回転数」または「エンジンスピード」という）を制御するガバナ43と、エンジン回転数を検出するエンジン回転速度検出手段としてのエンジン回転数検出器44とを備えている。エンジン13の目標回転数は、回転数設定手段としてのアクセルダイヤルや、定格回転数に対しアンダースピードを設定するアンダースピード設定手段などにより設定する。
【００２２】
前記エンジン回転数検出器44およびポンプ吐出圧力検出器42で検出されたエンジン回転数およびポンプ吐出圧力などに応じたパワーシフト圧力Ｐsをメインポンプ11の容量制御手段35に導きメインポンプ11のポンプ吐出圧力−吐出流量特性を最適なものにシフト制御するパワーシフト制御手段として、エンジン回転数およびポンプ吐出圧力に応じたパワーシフト圧力Ｐsを演算するコントローラ45と、このコントローラ45から出力された電気信号に応じてレギュレータ制御弁39に入力されるパイロット圧力すなわちパワーシフト圧力Ｐsを制御する電磁比例動作弁としての電磁比例減圧弁46とが設けられている。
【００２３】
この電磁比例減圧弁46の一次ポートには、前記パイロット圧力通路31が接続され、２次ポートは、パワーシフト圧力通路47を経て容量制御手段35における２つのレギュレータ制御弁39のパイロット圧力導入部48にそれぞれ連通されている。
【００２４】
この電磁比例減圧弁46は、前記リリーフ弁34により一定に制御されているパイロット圧力を、コントローラ45からソレノイド49への電気信号に応じて比例制御して、レギュレータ制御弁39のパイロット圧力導入部48に導き、このレギュレータ制御弁39をバネ50に抗して変位制御することにより、各機械式レギュレータ37のピストン38を精度良くストローク制御し、斜板36を所望の傾転角度に駆動する。
【００２５】
また、メインポンプ11のポンプ吐出圧力を容量制御手段35のレギュレータ制御弁39に導きエンジン13からメインポンプ11に供給されるポンプ馬力を一定に制御する定馬力制御手段として、２つのメインポンプ11の吐出通路から弁51を介して引出された通路52が、２つのレギュレータ制御弁39の別のパイロット圧力導入部53にそれぞれ連通されている。
【００２６】
さらに、メインポンプ11から負荷としての各種油圧アクチュエータに供給される作動油を制御するコントロール弁15の中立状態および微操作状態により発生するネガティブコントロール圧力を容量制御手段35へ導いてポンプ吐出流量を最小に制御するネガティブ制御手段として、コントロール弁15の各ステム21〜30が中立状態および微操作状態にあるとき各ステム21〜30を経てタンク14に連通可能な２つのグループのセンタバイパス通路54であって、タンク14に連通したタンク通路55との境界部分に、リリーフ弁56とともに絞り57がそれぞれ設けられ、これらの絞り57の上流側から引出されたネガティブコントロール通路58が、２つのレギュレータ制御弁39のさらに別のパイロット圧力導入部59にそれぞれ連通されている。各ネガティブコントロール通路58には、ネガティブコントロール圧力を検出するための圧力検出器60がそれぞれ設けられ、これらの圧力検出器60は前記コントローラ45にそれぞれ接続されている。
【００２７】
このように、前記機械式レギュレータ37は、既存のものをそのまま活用して、ネガティブ制御手段、定馬力制御手段、パワーシフト制御手段からの信号圧力をパイロット操作型のレギュレータ制御弁39に導き、このレギュレータ制御弁39により機械式レギュレータ37のピストン38を作動して斜板36の傾転角を制御し、斜板36の傾転角に応じてポンプ押除け容積を制御する。
【００２８】
また、各種検出器（センサ）は、前記ポンプ吐出圧力検出器42、エンジン回転数検出器44、前記斜板位置検出器などに加えて、操作レバーの操作量を検出する操作量検出器、メインポンプ11からのポンプ吐出流量を検出する流量検出器、油圧アクチュエータの負荷圧力を検出する負荷圧力検出器なども必要に応じて設置し、これらの検出器の出力は、制御情報信号としてコントローラ45に入力される。
【００２９】
次に、このコントローラ45の内容を説明する。
【００３０】
図２に示されるように、ポンプ制御系を大別すると、油圧回路制御部61と、エンジンスピード制御部62と、メインポンプ制御部63との３つのモジュールを備えている。
【００３１】
前記油圧回路制御部61は、作動油の油温信号ТEMPと、油圧ショベルのフロント作業機用および旋回用ジョイスティックの操作有無を検出するためのインプリメントスイッチからの検出信号SWimと、走行用トラベルレバーの操作有無を検出するためのトラベルスイッチからの検出信号SWtrとにより、油圧回路が要求する要求流量Ｑを演算する。
【００３２】
前記エンジンスピード制御部62は、制御ステータス決定部64と、アンダースピード制御トルク演算部65と、エンスト防止トルク演算部66と、メインポンプ許容トルク演算部67とを備えており、パワーモードPM、ワークモードWM、アクセルダイヤルにより設定されるエンジン設定回転数Ｎac、エンジン回転数検出器44により検出されたエンジン回転数Ｎ、シャトル弁41により高圧側を選択されてポンプ吐出圧力検出器42により検出されたポンプ吐出圧力Ｐpなどに基づき、メインポンプ11で利用可能なトルクの大きさ、すなわちメインポンプ許容トルクТmpallowを決定する。
【００３３】
前記制御ステータス決定部64は、各演算部65〜67に接続され、エンジンスピードを制御するにあたって、アクセルダイヤル、エンジン回転数センサなどからインプットされた各種信号をもとに、エンスト防止機能を働かせる必要があるか、あるいはエンジン回転数を定格回転数付近にキープさせるアンダースピード制御を働かせる必要があるかなどの、制御ステータスを決定する機能を有する。
【００３４】
前記アンダースピード制御トルク演算部65は、図３に示されるように、定格回転数−定格馬力が、エンジン出力特性におけるガバナにより制御されるガバナ領域と、制御されないラギング領域との境界の不連続点に位置するから、安定した運転を確保するためにアンダースピード量Ｎusを設定し、定格回転数よりこのアンダースピード量Ｎusだけ少ないエンジン回転数を目標回転数とするために、すなわち図３のラギング領域で目標回転数をアンダースピード量Ｎusだけ左方へ移動するためのアンダースピード制御トルクを演算するものであり、アクセルダイヤルで設定された設定回転数、およびエンジン回転数検出器44で検出されたエンジン回転数を入力信号としている。
【００３５】
基本的には、このエンジン13のアンダースピード制御を実現するために、メインポンプ11のレギュレータ37を制御して、エンジン出力トルクからメインポンプ11が（ポンプ吐出圧力）×（ポンプ吐出流量）の形で吸収する負荷トルク、すなわちポンプ吸収トルクを制御する。
【００３６】
前記エンスト防止トルク演算部66は、エンジン回転数検出器44で検出されたエンジン回転数より、負荷によるエンジン停止を防止するためのエンスト防止トルクを演算する。
【００３７】
そして、前記メインポンプ許容トルク演算部67は、アクセルダイヤルで設定された加速度トルクと、アンダースピード制御トルク演算部65から出力されたアンダースピード制御トルクと、エンスト防止トルク演算部66から出力されたエンスト防止トルクとに基づいて、一対のメインポンプ11で利用可能なメインポンプ許容トルクТmpallowを決定する。
【００３８】
このメインポンプ許容トルク演算部67では、図４に示されるように、定格回転数のメインポンプ11で必要とする標準トルクТtに、前記エンスト防止トルク演算部66で演算されたエンスト防止トルクТasを、加算器71にて加算処理することにより静的トルクТsを演算し、この静的トルクТsに加速度トルクТacを加算器72にて加算処理することにより動的トルクТdを演算し、この動的トルクТdに、前記アンダースピード制御トルク演算部65で演算されたアンダースピード制御トルクТusを加算器73にて加算処理することでメインポンプ許容トルクТmpallowを演算し、このメインポンプ許容トルクТmpallowを前記メインポンプ制御部63に出力する。
【００３９】
このメインポンプ制御部63では、図５に示されるように前記油圧回路制御部61から出力された要求流量Ｑ（％）を、トルク換算器74により第１折れ点圧（図６に示されたポンプ吐出圧力−流量特性の第１折れ点におけるポンプ吐出圧力）を用いてメインポンプ要求トルクТmpreq（％）に換算して、そのメインポンプ要求トルクТmpreqをエンジンスピード制御部62に要求する。
【００４０】
このメインポンプ要求トルクТmpreqは、メインポンプ11の負荷状況に応じて決定されるポンプ側から要求されるトルクであり、一方、メインポンプ許容トルクТmpallow（％）は、エンジン13側の負荷状況に応じて許容されるトルクであり、そして、これらのメインポンプ要求トルクТmpreqおよびメインポンプ許容トルクТmpallowのうち低い方のトルクが、メインポンプ11により実際に使われたポンプ吸収トルクである。
【００４１】
さらに、前記エンジンスピード制御部62より出力されたメインポンプ許容トルクТmpallowと、前記メインポンプ要求トルクТmpreqとをトルク選択手段75に入力して、小さい方のトルクを選択し、すなわちポンプ吸収トルクを求め、そのポンプ吸収トルクを換算器76により第１折れ点圧に換算し、さらにこの第１折れ点圧を換算器77によりパワーシフト圧力Ｐsに換算し、さらに換算器78により、パワーシフト圧力Ｐsを電磁比例減圧弁46から出力させるために電磁比例減圧弁46のソレノイド49で必要とするパワーシフト用入力信号（制御電流）Ｉpsに換算する。
【００４２】
したがって、図２に示されるように、このパワーシフト用入力信号Ｉpsを電磁比例減圧弁46のソレノイド49に入力すると、電磁比例減圧弁46からは、演算されたレギュレータ制御圧力信号としてのパワーシフト圧力Ｐsが出力され、このパワーシフト圧力Ｐsによりレギュレータ制御弁39が制御されて、メインポンプ11の斜板36の傾転角が制御される。
【００４３】
このように、従来は、エンジン回転数を検出してポンプ制御をしていたが、本制御方法は、ポンプ吐出圧力Ｐp（またはアクチュエータ負荷圧力）も検出して制御手段に加えることにより、従来と同様の二段バネ使用型の機械式レギュレ一夕37を活用したまま、ポンプ要求馬力を制御できる。
【００４４】
すなわち、前記ポンプ吐出圧力検出器42を追加して、油圧ショベルのポンプ制御で用いられている現状の２段バネによるポンプ斜板制御用のレギュレータ駆動部に対し、ポンプ吐出圧力Ｐpを検出して機械式レギュレータ37のＰ−Ｑ特性を理想的なものとするようにパワーシフト圧力Ｐsを制御することにより、目標制御トルクと実トルクとの誤差を小さくすることができる。
【００４５】
言い換えると、図７に示されるように、定馬力制御手段では、ポンプ吐出圧力Ｐpとポンプ吐出流量Ｑとの関係（以下、この関係を「ポンプＰ−Ｑ特性」という）が特定の定ポンプ馬力曲線上で変化するように、レギュレータ37を制御するが、一方、パワーシフト制御手段では、コントローラ45により、エンジン目標回転数とエンジン実回転数との回転数偏差に応じて、修正すべきポンプ吸収トルクを演算し、対応するパワーシフト用電気信号Ｉpsを出力して電磁比例減圧弁46を制御することによりパワーシフト圧力Ｐsを制御し、ポンプＰ−Ｑ特性を特定の定ポンプ馬力曲線から他の曲線にシフトさせることにより、機械式レギュレータ37で用いられているバネ50の折点を補正し、上記回転数偏差を修正する。図７にて、ポンプ馬力を増加させるときは、右上の定ポンプ馬力曲線へとシフトさせる。
【００４６】
次に、上記制御内容をふまえて、図１に示された実施形態の作用を説明する。
【００４７】
コントロール弁15の全ステム21〜30が中立状態および微操作状態のときは、ネガティブ制御手段により、センタバイパス通路54の絞り57の上流側に発生するネガティブコントロール圧力を、ネガティブコントロール通路58を経てレギュレータ制御弁39のパイロット圧力導入部59へ導いて、ポンプ吐出流量が最小となるようにレギュレータ37により斜板36を制御する。
【００４８】
さらに、ステム21〜30の変位によりネガティブコントロール圧力が低下すると、定馬力制御手段の通路52を経てレギュレータ制御弁39のパイロット圧力導入部53に導かれたポンプ吐出圧力Ｐpによりレギュレータ制御弁39を制御し、エンジン13からメインポンプ11に供給されるポンプ馬力（またはポンプ吸収トルク）が一定となるように斜板36の傾転角をレギュレータ37により制御する。すなわち、図７において、ポンプ吐出圧力Ｐpが変化するにしたがって、１つの定ポンプ馬力曲線に沿ってポンプ吐出流量Ｑが変化するように、斜板36の傾転角がレギュレータ37により制御される。
【００４９】
また、検出されたエンジン回転数Ｎおよびポンプ吐出圧力Ｐpに応じたパワーシフト圧力Ｐsをコントローラ45により演算して、その演算結果の制御信号によりパワーシフト制御手段の電磁比例減圧弁46を制御し、この電磁比例減圧弁46で減圧制御されたパイロット圧力すなわちパワーシフト圧力Ｐsをレギュレータ制御弁39のパイロット圧力導入部48に導き、ポンプ吐出圧力−吐出流量特性を最適なものにシフト制御するように斜板36をレギュレータ37により制御する。すなわち、図７において、一の定ポンプ馬力曲線から他の定ポンプ馬力曲線へとシフトさせる。
【００５０】
以上のように、従来は、エンジン回転数Ｎを検出してフィードバック制御することで定馬力制御を行っていたのに対して、本制御装置は、メインポンプ11からのポンプ吐出圧力Ｐpも検出して、容量制御手段35を制御する制御情報信号に取入れるようにしたので、負荷圧力の急変に対してエンジン13の回転数変化を低減できる。
【００５１】
さらに、高価な制御装置を用いることなく、システムの大幅な変更もなく、現状のハードウエアをそのまま用いて、検出したポンプ吐出圧力Ｐpを制御情報信号として取入れるのみで、コストアップを押さえながら、良好なポンプ制御装置を実現できる。
【００５２】
なお、本制御は、斜板式ポンプの制御のみならず、類似機構を有する斜軸式ポンプなどの制御にも適用可能であることは言うまでもない。
【００５３】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、エンジン回転速度および可変容量型ポンプからのポンプ吐出圧力をそれぞれ検出してパワーシフト圧力を演算し、可変容量型ポンプの容量制御手段を制御することで、負荷圧力の急変に対するエンジン回転速度の変化を低減でき、安定したポンプ制御を実現できる。
【００５４】
請求項２記載の発明によれば、コントロール弁の中立状態および微操作状態により発生するネガティブコントロール圧力を容量制御手段へ導いてポンプ吐出流量を最小に制御でき、さらに、ネガティブコントロール圧力が低下すると、ポンプ吐出圧力を容量制御手段に導きエンジンから可変容量型ポンプに供給されるポンプ馬力を一定に制御でき、また、エンジン回転速度およびポンプ吐出圧力を検出してパワーシフト圧力を演算し、可変容量型ポンプの容量制御手段を制御することで、負荷圧力の急変に対するエンジン回転速度の変化を低減でき、種々の状況に応じて可変容量型ポンプの容量制御手段を最適な状態に制御できる。
【００５５】
請求項３記載の発明によれば、エンジン回転速度検出手段によりエンジン回転速度を検出するとともに、ポンプ吐出圧力検出手段により可変容量型ポンプからのポンプ吐出圧力を検出して、パワーシフト制御手段によりパワーシフト圧力を演算し、可変容量型ポンプの容量制御手段を制御することで、負荷圧力の急変に対するエンジン回転速度の変化を低減でき、安定したポンプ制御を実現できるとともに、ポンプ吐出圧力を制御信号として取入れるための変更のみで、現状のハードウエアをさほど変更することなく、すなわちシステムの大幅な変更もなく、良好なポンプ制御装置を実現できる。
【００５６】
請求項４記載の発明によれば、ネガティブ制御手段により、コントロール弁の中立状態および微操作状態により発生するネガティブコントロール圧力を容量制御手段へ導いてポンプ吐出流量を最小に制御でき、さらに、ネガティブコントロール圧力が低下すると、定馬力制御手段により、ポンプ吐出圧力を容量制御手段に導きエンジンから可変容量型ポンプに供給されるポンプ馬力を一定に制御でき、また、エンジン回転速度検出手段によりエンジン回転速度を検出するとともに、ポンプ吐出圧力検出手段により可変容量型ポンプからのポンプ吐出圧力を検出して、パワーシフト制御手段によりパワーシフト圧力を演算し、可変容量型ポンプの容量制御手段を制御することで、負荷圧力の急変に対するエンジン回転速度の変化を低減でき、種々の状況に応じて可変容量型ポンプの容量制御手段を最適な状態に制御できる。
【００５７】
請求項５記載の発明によれば、ネガティブ制御手段、定馬力制御手段、パワーシフト制御手段からの信号圧力をパイロット操作型のレギュレータ制御弁に導くことで、このレギュレータ制御弁により機械式レギュレータのピストンを精度良くストローク制御できるから、既存の機械式レギュレータをそのまま活用して、現状のハードウエアをさほど変更することなく良好なポンプ制御装置を実現できる。
【００５８】
請求項６記載の発明によれば、コントローラからの電気信号に応じて作動する電磁比例動作弁によりレギュレータ制御弁を希望通りに制御して、既存の機械式レギュレータであってもポンプ吐出圧力−吐出流量特性を理想的なものに制御できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るポンプ制御装置の一実施の形態を示す油圧回路図である。
【図２】同上ポンプ制御装置におけるコントローラの機能を示すブロック図である。
【図３】同上コントローラにおけるアンダースピード制御トルク演算部に係るエンジン回転数−出力馬力特性を示す特性図である。
【図４】同上コントローラにおけるメインポンプ許容トルク演算部の機能を示すブロック図である。
【図５】同上コントローラにおけるメインポンプ制御部の機能を示すブロック図である。
【図６】同上メインポンプ制御部でのトルク−第１折れ点圧換算を説明するためのポンプ吐出圧力−流量特性図である。
【図７】ポンプ吐出圧力−ポンプ吐出流量特性を示す特性図である。
【符号の説明】
11 可変容量型ポンプとしてのメインポンプ
13 エンジン
15 コントロール弁
35 容量制御手段
36 斜板
37 機械式レギュレータ
38 ピストン
39 レギュレータ制御弁
42 ポンプ吐出圧力検出手段としてのポンプ吐出圧力検出器
44 エンジン回転速度検出手段としてのエンジン回転数検出器
45 コントローラ
46 電磁比例動作弁としての電磁比例減圧弁
47 パワーシフト制御手段のパワーシフト圧力通路
52 定馬力制御手段の通路
58 ネガティブ制御手段のネガティブコントロール通路
Ｎ エンジン回転速度（エンジン回転数）
Ｑ ポンプ吐出流量
Ｐp ポンプ吐出圧力
Ｐs パワーシフト圧力
Claims (6)
- エンジン回転速度を検出し、
エンジンにより駆動されポンプ吐出流量を可変制御する容量制御手段を備えた可変容量型ポンプからのポンプ吐出圧力を検出し、
定格回転速度の標準トルクにエンジン回転速度に応じたトルクを加算処理することでメインポンプ許容トルクを演算し、
油圧回路よりの要求流量からメインポンプ要求トルクを演算し、
メインポンプ許容トルクおよびメインポンプ要求トルクのうち小さい方のトルクを、ポンプ吐出圧力−流量特性の第１折れ点圧に換算し、
この第１折れ点圧をパワーシフト圧力に換算し、
このパワーシフト圧力を容量制御手段に導き可変容量型ポンプのポンプ吐出圧力−吐出流量特性を最適なものにシフト制御する
ことを特徴とするポンプ制御方法。 - エンジン回転速度を検出し、
エンジンにより駆動されポンプ吐出流量を可変制御する容量制御手段を備えた可変容量型ポンプからのポンプ吐出圧力を検出し、
可変容量型ポンプから負荷に供給される作動流体を制御するコントロール弁の中立状態および微操作状態により発生するネガティブコントロール圧力を容量制御手段へ導いてポンプ吐出流量を最小に制御し、
ポンプ吐出圧力を容量制御手段に導きエンジンから可変容量型ポンプに供給されるポンプ馬力を一定に制御し、
定格回転速度の標準トルクにエンジン回転速度に応じたトルクを加算処理することでメインポンプ許容トルクを演算し、
油圧回路よりの要求流量からメインポンプ要求トルクを演算し、
メインポンプ許容トルクおよびメインポンプ要求トルクのうち小さい方のトルクを、ポンプ吐出圧力−流量特性の第１折れ点圧に換算し、
この第１折れ点圧をパワーシフト圧力に換算し、
このパワーシフト圧力を容量制御手段に導き可変容量型ポンプのポンプ吐出圧力−吐出流量特性を最適なものにシフト制御する
ことを特徴とするポンプ制御方法。 - エンジンにより駆動される可変容量型ポンプの吐出流量を可変制御する容量制御手段と、
エンジン回転速度を検出するエンジン回転速度検出手段と、
可変容量型ポンプからのポンプ吐出圧力を検出するポンプ吐出圧力検出手段と、
定格回転速度の標準トルクにエンジン回転速度に応じたトルクを加算処理することでメインポンプ許容トルクを演算し、油圧回路よりの要求流量からメインポンプ要求トルクを演算し、メインポンプ許容トルクおよびメインポンプ要求トルクのうち小さい方のトルクを、ポンプ吐出圧力−流量特性の第１折れ点圧に換算し、この第１折れ点圧をパワーシフト圧力に換算し、このパワーシフト圧力を容量制御手段に導き可変容量型ポンプのポンプ吐出圧力−吐出流量特性を最適なものにシフト制御するパワーシフト制御手段と
を具備したことを特徴とするポンプ制御装置。 - エンジンにより駆動される可変容量型ポンプの吐出流量を可変制御する容量制御手段と、
エンジン回転速度を検出するエンジン回転速度検出手段と、
可変容量型ポンプからのポンプ吐出圧力を検出するポンプ吐出圧力検出手段と、
定格回転速度の標準トルクにエンジン回転速度に応じたトルクを加算処理することでメインポンプ許容トルクを演算し、油圧回路よりの要求流量からメインポンプ要求トルクを演算し、メインポンプ許容トルクおよびメインポンプ要求トルクのうち小さい方のトルクを、ポンプ吐出圧力−流量特性の第１折れ点圧に換算し、この第１折れ点圧をパワーシフト圧力に換算し、このパワーシフト圧力を容量制御手段に導き可変容量型ポンプのポンプ吐出圧力−吐出流量特性を最適なものにシフト制御するパワーシフト制御手段と、
ポンプ吐出圧力を容量制御手段に導きエンジンから可変容量型ポンプに供給されるポンプ馬力を一定に制御する定馬力制御手段と、
可変容量型ポンプから負荷に供給される作動流体を制御するコントロール弁の中立状態および微操作状態により発生するネガティブコントロール圧力を容量制御手段へ導いてポンプ吐出流量を最小に制御するネガティブ制御手段と
を具備したことを特徴とするポンプ制御装置。 - 容量制御手段は、
ポンプ吐出流量を可変調整する斜板と、
斜板の傾転角を制御する流体圧アクチュエータ型の機械式レギュレータとを備え、
機械式レギュレータは、
斜板の傾転角を増加させる方向のバネ力を受けて動作するピストンと、
ピストンをバネ力に抗する流体圧により斜板の傾転角を減少させる方向に制御するパイロット操作型のレギュレータ制御弁と
を具備したことを特徴とする請求項３または４記載のポンプ制御装置。 - パワーシフト制御手段は、
エンジン回転速度およびポンプ吐出圧力に応じたパワーシフト圧力を演算するコントローラと、
コントローラから出力された電気信号に応じて容量制御手段のレギュレータ制御弁に入力されるパイロット圧力を制御する電磁比例動作弁と
を具備したことを特徴とする請求項５記載のポンプ制御装置。
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