JP6474750B2 - Small excavator - Google Patents
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Description
本発明は、例えば市街地で土砂等の掘削作業を行うのに好適に用いられる小型油圧ショベルに関する。 The present invention relates to a small hydraulic excavator that is suitably used for excavation work such as earth and sand in an urban area.
一般に、油圧ショベルに代表される建設機械には、例えば鉱山で岩石の露天堀り(重掘削作業)等を行う大型機、これよりも小型で一般に標準機と呼ばれる中型機の他に、例えば市街地のように周囲に障害物が存在する狭い作業現場でも、小さな旋回半径内に収められて低騒音で掘削作業を行い得るようにしたミニショベルと呼ばれる小型油圧ショベルが知られている。油圧ショベルは、原動機となるディーゼルエンジンで可変容量型油圧ポンプを駆動して圧油を発生させ、作業装置は複数の油圧アクチュエータに圧油が給排されることにより掘削作業等を行う(例えば、特許文献1参照)。 In general, construction machines represented by hydraulic excavators include, for example, large machines that perform rock open-pit digging (heavy excavation work) in mines, medium-sized machines that are smaller and generally called standard machines, for example, urban areas A small hydraulic excavator called a mini excavator is known which can be excavated with low noise by being contained within a small turning radius even in a narrow work site where obstacles exist around. A hydraulic excavator drives a variable displacement hydraulic pump with a diesel engine as a prime mover to generate pressure oil, and a work device performs excavation work and the like by supplying and discharging pressure oil to and from a plurality of hydraulic actuators (for example, Patent Document 1).
このうち、小型油圧ショベルは、上部旋回体の旋回半径が下部走行体の車幅内に収まるようにした後方小旋回式油圧ショベルとして構成されている。小型油圧ショベルは、上部旋回体の旋回半径をできるだけ小さくするために、カウンタウエイトを旋回中心に接近させて配置し、かつ、カウンタウエイトの後面が旋回中心を中心とした円弧状に形成されている。また、上部旋回体は、旋回フレームの後部に油圧ポンプを駆動するためのエンジンを搭載し、前記旋回フレームの前側にキャブ、燃料タンク、作動油タンク等を搭載している(例えば、特許文献2参照)。 Among these, the small hydraulic excavator is configured as a rear small turning hydraulic excavator in which the turning radius of the upper turning body is within the vehicle width of the lower traveling body. The small hydraulic excavator has a counterweight placed close to the turning center in order to make the turning radius of the upper turning body as small as possible, and the rear surface of the counterweight is formed in an arc shape centered on the turning center. . The upper swing body has an engine for driving a hydraulic pump at the rear of the swing frame, and a cab, a fuel tank, a hydraulic oil tank, and the like are mounted on the front side of the swing frame (for example, Patent Document 2). reference).
ところで、本発明者等は、小型油圧ショベルの原動機として、過給機を備えたディーゼルエンジンを用いることで、エンジンの小型化と省エネルギ化を図ることを検討している。しかし、過給機付きのエンジンは、高回転数域で過給機が有効に働くが、エンジンの低回転数域では、吸入空気量が不足してトルクの減少率が大きくなる傾向がある。このため、過給機付きエンジンは、低回転数域で油圧ポンプを駆動するときに過負荷を受けることがあり、場合によってはエンジンストール(即ち、エンスト)を起こす虞れがある。 By the way, the present inventors are considering reducing the size and energy of the engine by using a diesel engine equipped with a supercharger as a prime mover of a small hydraulic excavator. However, in an engine with a supercharger, the supercharger works effectively in a high engine speed range. However, in the engine low engine speed range, the intake air amount is insufficient and the torque reduction rate tends to increase. For this reason, an engine with a supercharger may be overloaded when the hydraulic pump is driven in a low rotational speed range, and may cause engine stall (that is, engine stall) in some cases.
本発明は上述した問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、エンジンが低回転数域で油圧ポンプから過負荷を受けるのを抑え、エンジンストールの発生を防ぐことができるようにした小型油圧ショベルを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to achieve a small size in which the engine is prevented from being overloaded from the hydraulic pump in a low rotational speed region and the occurrence of engine stall can be prevented. It is to provide a hydraulic excavator.
上述した課題を解決するために、本発明は、過給機が付設されたエンジンと、該エンジンによって駆動される可変容量型の油圧ポンプと、該油圧ポンプから吐出される圧油を油圧アクチュエータに供給する方向制御弁と、該方向制御弁を切換操作する操作装置と、外部からの操作により前記エンジンの目標回転数を指示する回転数指示装置と、該回転数指示装置による目標回転数に従って前記エンジンの回転数を制御し、前記油圧ポンプの吐出圧力と吐出容量との関係が前記エンジンの馬力曲線に基づいた特性となるように前記油圧ポンプの容量制御を行う制御装置と、を備えてなる小型油圧ショベルに適用される。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides an engine provided with a supercharger, a variable displacement hydraulic pump driven by the engine, and hydraulic oil discharged from the hydraulic pump as a hydraulic actuator. A directional control valve to be supplied, an operating device for switching the directional control valve, a rotational speed indicating device for instructing a target rotational speed of the engine by an external operation, and the target rotational speed according to the rotational speed indicating device A control device that controls the engine speed and controls the displacement of the hydraulic pump so that the relationship between the discharge pressure and the discharge capacity of the hydraulic pump is based on the horsepower curve of the engine. Applies to small excavators.
そして、本発明が採用する構成の特徴は、前記制御装置は、前記回転数指示装置による前記エンジンの目標回転数に基づいて前記エンジンの出力トルクを算出する出力トルク算出装置と、前記油圧ポンプの入力トルクを、前記出力トルク算出装置で算出した前記エンジンの出力トルクよりも小さな値に余裕代をもって設定するポンプ入力トルク設定装置と、該ポンプ入力トルク設定装置によって設定された前記入力トルクの範囲で前記油圧ポンプの吐出容量を吐出圧力に応じて可変に制御するポンプ容量制御装置とを含んで構成され、前記エンジンを無負荷に近い状態で回転させる最低回転数をN1、周囲環境の摂氏温度がマイナスで、それにより前記エンジンの温度が低く作動油の粘度が高い状態で前記操作装置を急に操作したときに前記エンジンがエンジンストールを起こすのを回避するための回転数をN2とし、該回転数N2以下の低い回転数の範囲で前記出力トルク算出装置により前記エンジンの目標回転数に基づいて算出される前記エンジンの低域側出力トルクをTeとした場合に、前記ポンプ入力トルク設定装置は、前記エンジンが低い回転数N1〜N2の範囲では、前記エンジンの低域側出力トルクTeに対して所定の余裕代ΔTaだけ下げた減トルク制御用のトルクを前記油圧ポンプの低域側目標入力トルクTaとして設定し、前記ポンプ容量制御装置は、前記ポンプ入力トルク設定装置による前記低域側目標入力トルクTaに従って減トルク制御を行うため、前記低域側目標入力トルクTaに基づいて定められる低域側目標トルク特性の範囲で前記油圧ポンプの吐出容量と前記吐出圧力とを可変に制御する構成としたことにある。 A feature of the configuration adopted by the present invention is that the control device includes an output torque calculation device that calculates an output torque of the engine based on a target rotation speed of the engine by the rotation speed instruction device, and a hydraulic pump. A pump input torque setting device for setting the input torque to a value smaller than the engine output torque calculated by the output torque calculation device with a margin, and a range of the input torque set by the pump input torque setting device. And a pump capacity control device that variably controls the discharge capacity of the hydraulic pump in accordance with the discharge pressure. The minimum speed for rotating the engine in a state close to no load is N1, and the ambient temperature is a Celsius temperature. Minus, when the operating device is suddenly operated with the temperature of the engine being low and the viscosity of the hydraulic oil being high, the The engine is calculated based on the target engine speed of the engine by the output torque calculation device in a range of a low engine speed N2 or less, so that the engine is prevented from causing engine stall. of when the low frequency side output torque was Te, the pump input torque setting device, the engine is in a range of low rotational speed N1~N2 a predetermined margin with respect to the low frequency side output torque Te of the engine The torque for reducing torque control reduced by the allowance ΔTa is set as the low-frequency side target input torque Ta of the hydraulic pump, and the pump capacity control device follows the low-frequency side target input torque Ta by the pump input torque setting device. In order to perform torque reduction control, the hydraulic pump discharges within the range of the low-frequency target torque characteristic determined based on the low-frequency target input torque Ta. The output capacity and the discharge pressure are variably controlled.
上述の如く、本発明によれば、過給機付きのエンジンが低回転数域(回転数N1〜N2)で油圧ポンプから過負荷を受けるのを抑え、エンジンストールの発生を防ぐことができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to prevent an engine with a supercharger from being overloaded from the hydraulic pump in a low rotational speed range (rotational speeds N1 to N2), and to prevent engine stall.
以下、本発明の実施の形態による小型油圧ショベルを、後方小旋回式の油圧ショベルに適用した場合を例に挙げ、添付図面に従って詳細に説明する。 Hereinafter, a small hydraulic excavator according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, taking as an example a case where the small hydraulic excavator is applied to a backward small swing type hydraulic excavator.
ここで、図1ないし図7は第1の実施の形態を示している。図1において、小型油圧ショベル1(以下、油圧ショベル1という)は、種々の作業現場(一例として、市街地のように周囲に障害物が存在する狭い作業現場)で土砂等の掘削作業を行うときに用いられる。この油圧ショベル1は、自走可能なクローラ式の下部走行体2と、該下部走行体2上に旋回装置3を介して旋回可能に搭載され、該下部走行体2と共に車体を構成する上部旋回体4と、該上部旋回体4の前側に俯仰動可能に設けられた作業装置5とを含んで構成されている。
Here, FIG. 1 thru | or FIG. 7 has shown 1st Embodiment. In FIG. 1, a small hydraulic excavator 1 (hereinafter referred to as a hydraulic excavator 1) performs excavation work such as earth and sand at various work sites (for example, a narrow work site where obstacles exist in the surroundings such as an urban area). Used for. The
ここで、油圧ショベル1は、下部走行体2上で上部旋回体4を旋回駆動するときに、上部旋回体4の旋回半径が下部走行体2の車幅内に収まるようにした後方小旋回式油圧ショベルとして構成されている。作業装置5は、例えばスイングポスト式の作業装置として構成され、スイングポスト5A、ブーム5B、アーム5C、作業具としてのバケット5D、スイングシリンダ(図示せず)、ブームシリンダ5E、アームシリンダ5Fおよびバケットシリンダ5G等を備えている。
Here, the
上部旋回体4は、旋回フレーム6、外装カバー7、キャブ8およびカウンタウエイト9等により構成されている。旋回フレーム6は上部旋回体4の支持構造体を構成している。この旋回フレーム6は、旋回装置3を介して下部走行体2上に取付けられている。旋回フレーム6には、その後部側にカウンタウエイト9、エンジン10が設けられ、左前側にはキャブ8が設けられている。また、旋回フレーム6には、キャブ8とカウンタウエイト9との間に位置して外装カバー7が設けられている。この外装カバー7は、旋回フレーム6、キャブ8およびカウンタウエイト9と共に、エンジン10等を内部に収容する空間(機械室)を画成するものである。
The upper swing body 4 includes a
キャブ8は旋回フレーム6の左前側に搭載されている。このキャブ8は、オペレータが搭乗する運転室を内部に画成している。また、キャブ8の内部には、オペレータが着座する運転席、各種の操作レバー(例えば、図3中に示す操作レバー23A)等が配設されている。カウンタウエイト9は上部旋回体4の一部を構成している。このカウンタウエイト9は、後述するエンジン10の後側に位置して旋回フレーム6の後端部に取付けられ、作業装置5との重量バランスをとるものである。また、カウンタウエイト9の後面側は、図2に示すように円弧状をなして形成され、上部旋回体4の旋回半径を小さく収める構成となっている。
The
エンジン10は、旋回フレーム6の後側に横置き状態で設けられ、カウンタウエイト9の前側に配置されている。このエンジン10は、小型の油圧ショベル1に原動機として搭載されるため、例えば小型のディーゼルエンジンを用いて構成されている。図2、図3に示すように、エンジン10には過給機11が設けられている。この過給機11は、排気管10A内を流れる排気ガスを利用してエンジン10の各気筒内に空気(吸入空気)を強制的に送り込むタービンを含んで構成されている。これにより、過給機11付きのエンジン10は、燃料の燃焼効率が高められ、特に高回転数域で出力トルク(エンジン馬力としてのパワー)を増大することができる。
The
過給機11付きエンジン10は、例えば排気量が1.5L(リットル)程度のエンジンであっても、例えば2.2L程度のエンジン(過給機なし)と同等の出力特性を有している。このため、過給機11付きエンジン10を用いることは、原動機(エンジン)の小型化と省エネルギ化を図る上で有効な手段となる。しかし、このエンジン10は、高回転数域(例えば、図6に示す特性線32のうち回転数N3以上の領域)で過給機11が有効に機能するが、エンジン10の低回転域(例えば、図6中の規定回転数N2よりも低い領域)では、吸入空気量が不足してトルクの減少率が大きくなる傾向がある。このため、本実施の形態は、エンジン10が低回転数域で油圧ポンプ12から過負荷を受けることがない構成を後述の如く採用している。
Even if the
例えば、上部旋回体4(車体)の後方からみて、エンジン10の左側には可変容量型油圧ポンプ12(以下、油圧ポンプ12という)が設けられている。この油圧ポンプ12は、作動油タンク13(図3参照)と共にメインの油圧源を構成する。メインの油圧ポンプ12は、可変容量型の斜板式、斜軸式またはラジアルピストン式油圧ポンプ等によって構成され、例えば斜板または斜軸等からなる容量可変部12Aを有している。油圧ポンプ12は、エンジン10の左側(即ち、出力軸側)に動力伝達装置(図示せず)を介して取付けられ、この動力伝達装置によりエンジン10の回転出力が伝えられる。油圧ポンプ12は、エンジン10によって駆動されることにより後述の方向制御弁22等に向けて圧油(作動油)を供給するものである。
For example, a variable displacement hydraulic pump 12 (hereinafter referred to as a hydraulic pump 12) is provided on the left side of the
熱交換器14はエンジン10の右側に位置して旋回フレーム6上に設けられている。この熱交換器14は、例えばラジエータ、オイルクーラ、インタクーラ等を含んで構成され、エンジン10等の冷却を行うと共に、作動油タンク13に戻される圧油(作動油)を冷却する機能も有している。
The
排気ガス浄化装置15は、エンジン10の排気ガスに含まれる有害物質を除去して排気ガスを浄化する装置である。この排気ガス浄化装置15は、図2に示すように、例えばエンジン10の左側上部で、前記動力伝達装置の上側となる位置に配設されている。排気ガス浄化装置15は、その上流側がエンジン10の排気管10Aに接続されている。排気ガス浄化装置15は、排気管10Aと共に排気ガス通路を構成し、上流側から下流側に排気ガスが流通する間に、この排気ガスに含まれる有害物質を除去して排気ガスの浄化を行う。
The exhaust
図3に示すように、メインの油圧ポンプ12には容量制御用のレギュレータ16が付設されている。このレギュレータ16は、油圧ポンプ12の容量可変アクチュエータを構成している。レギュレータ16は、後述の車体コントローラ30(ポンプ容量制御装置30C)から出力される制御信号に従って油圧ポンプ12の容量可変部12Aを駆動する。これによって、油圧ポンプ12は、その吐出容量(押のけ容積)が可変に制御される。レギュレータ16は、例えばソレノイド等の電磁アクチュエータまたは油圧アクチュエータにより構成される。
As shown in FIG. 3, a
ここで、電磁アクチュエータでレギュレータ16を構成する場合、例えば車体コントローラ30(ポンプ容量制御装置30C)から出力される制御信号の電流値に応じて、レギュレータ16が図3中の小容量(Min)と大容量(Max)との間で伸縮するように駆動される。これにより、油圧ポンプ12は、容量可変部12Aが傾転駆動され、その吐出容量が小容量と大容量との間で可変に制御される。なお、レギュレータ16を油圧アクチュエータで構成する場合には、パイロットポンプ17からのパイロット圧が傾転制御圧としてレギュレータ16に給排される。この場合、前記傾転制御圧は、車体コントローラ30(ポンプ容量制御装置30C)からの制御信号に従って可変に圧力調整され、レギュレータ16は図3中の小容量(Min)と大容量(Max)との間で伸縮するように駆動される構成とすればよい。
Here, when the
パイロットポンプ17は作動油タンク13と共にパイロット油圧源を構成している。このパイロットポンプ17は、エンジン10によりメインの油圧ポンプ12と一緒に回転駆動される。パイロットポンプ17の吐出側には、作動油タンク13との間に低圧リリーフ弁18が設けられている。この低圧リリーフ弁18は、パイロットポンプ17の吐出圧力を予め決められたリリーフ設定圧以下に抑えるものである。
The
メインの油圧ポンプ12には、その吐出管路19と作動油タンク13との間に高圧リリーフ弁20が設けられている。この高圧リリーフ弁20は、油圧ポンプ12に過剰圧が発生するのを防ぐため、油圧ポンプ12の吐出圧力を予め決められたリリーフ設定圧以下に抑える。このリリーフ設定圧は、低圧リリーフ弁18よりも十分に高い圧力に設定されている。
The main
油圧モータ21は、油圧ショベル1に設ける複数の油圧アクチュエータの代表例を示している。この油圧モータ21は、例えば油圧ショベル1の旋回用または走行用の油圧モータを構成する。なお、油圧アクチュエータとしては、油圧モータ21に限らず、例えば作業装置5に設けられる前記スイングシリンダ、ブームシリンダ5E、アームシリンダ5Fおよびバケットシリンダ5G等を用いることができる。
The
方向制御弁22は、油圧ポンプ12、作動油タンク13と油圧モータ21との間に設けられている。この方向制御弁22は、例えば6ポート3位置の油圧パイロット式方向制御弁からなり、左,右両側には油圧パイロット部22A,22Bが設けられている。方向制御弁22は、後述の操作弁23から油圧パイロット部22A,22Bにパイロット圧が供給されることにより、中立位置(I)から切換位置(II),(III)のいずれかに切換えられる。このとき、油圧ポンプ12から吐出管路19を介して油圧モータ21に給排される圧油の流量は、方向制御弁22のストローク量(即ち、後述する操作レバー23Aの傾転操作量)に対応して可変に制御される。
The
油圧モータ21は、方向制御弁22を介して減圧弁型のパイロット操作弁23(以下、操作弁23という)により遠隔操作される。この操作弁23は、方向制御弁22を切換操作する操作装置を構成している。操作弁23は、例えば油圧ショベル1のキャブ8内に設けられ、オペレータによって傾転操作される操作レバー23Aを有している。操作弁23は、そのポンプポートがパイロットポンプ17の吐出側に接続され、タンクポートが作動油タンク13に接続されている。操作弁23の出力ポートは、パイロット管路24A,24Bを介して方向制御弁22の油圧パイロット部22A,22Bに接続されている。
The
操作弁23は、オペレータが操作レバー23Aを傾転操作したときに、その操作量に対応したパイロット圧をパイロット管路24A,24Bを通じて方向制御弁22の油圧パイロット部22A,22Bに供給する。これにより、方向制御弁22は、中立位置(I)から切換位置(II),(III)のいずれか一方に切換えられ、このときのストローク量(切換え量)は、操作レバー23Aの操作量に対応して増減される。
When the operator tilts the
圧力センサ25は、油圧ポンプ12の吐出圧力(例えば、図7に示す吐出圧力P)を検出する圧力検出器である。この圧力センサ25は、例えば油圧ポンプ12と方向制御弁22との間で吐出管路19に接続され、この吐出管路19内の圧力を吐出圧力Pとして検出する。圧力センサ25からの検出信号は、後述する車体コントローラ30のポンプ容量制御装置30C(図4参照)に出力される。
The
ガバナ装置26は、例えばエンジン10に対する燃料供給量を可変に制御する電子ガバナにより構成されている。ガバナ装置26は、後述の制御装置28(エンジンコントローラ29)から出力される制御信号に基づいてエンジン10に供給すべき燃料の噴射量を可変に制御する。これにより、エンジン10は、その回転数が前記制御信号による目標回転数Nt(図4参照)に対応した回転数となるように制御される。
The
回転センサ27はエンジン10の実際の回転数(実回転数)を検出する回転数検出装置である。この回転センサ27は、エンジン10の出力軸(例えば、クランク軸)の回転を検出し、その検出信号を回転数検出信号として制御装置28のエンジンコントローラ29に出力する。エンジンコントローラ29は、エンジン10の実回転数が目標回転数Nt(図4参照)に近付くように、例えば燃料噴射装置であるガバナ装置26をフィードバック制御するものである。
The
制御装置28は、例えばマイクロコンピュータ等により構成されている。この制御装置28は、エンジンコントローラ29と車体コントローラ30とを含んで構成されている。制御装置28は、その入力側に圧力センサ25、回転センサ27および回転数指示装置31等が接続され、その出力側はレギュレータ16およびガバナ装置26等に接続されている。制御装置28は、回転数指示装置31による目標回転数Nt(図4参照)に従ってエンジン10の回転数を制御する。また、制御装置28は、油圧ポンプ12の吐出圧力Pと吐出容量Qとの関係(図7参照)がエンジン10の馬力曲線に基づいたP−Q特性となるように、レギュレータ16を介して油圧ポンプ12の容量制御を行うものである。
The control device 28 is constituted by, for example, a microcomputer. The control device 28 includes an
回転数指示装置31は、油圧ショベル1のキャブ8内に設けられ、オペレータによって手動で操作される操作ダイヤルにより構成されている。この回転数指示装置31は、外部からのダイヤル操作によってエンジン10の目標回転数Ntを指示する装置である。なお、回転数指示装置31は、前記操作ダイヤルに限られるものではなく、例えば公知のアップダウンスイッチまたはエンジンレバー(いずれも図示せず)によっても構成することができる。
The rotation
制御装置28のエンジンコントローラ29および/または車体コントローラ30は、例えば不揮発性メモリ,ROM,RAM等からなる記憶部(図示せず)を有している。この記憶部内には、後述の図5に示す目標入力トルクに従った減トルク制御用の処理プログラムと、エンジン10の回転数Nと出力トルクTとの関係を図6に示す特性線32として記憶した出力トルク算出マップと、油圧ポンプ12の吐出圧力Pと吐出容量Q(流量)との関係(P−Q特性)を図7に示す特性線34〜37として記憶したP−Q特性マップ等とが格納されている。
The
図4に示すように、制御装置28の車体コントローラ30は、出力トルク算出装置30A、ポンプ入力トルク設定装置30Bおよびポンプ容量制御装置30Cを含んで構成されている。出力トルク算出装置30Aは、回転数指示装置31により指示されたエンジン10の目標回転数Ntに基づいて、例えば図6に示す特性線32による出力トルク算出マップからエンジン10の出力トルクTを算出する。
As shown in FIG. 4, the
ポンプ入力トルク設定装置30Bは、油圧ポンプ12の入力トルク(例えば、入力トルクT1,T2,Ta)を、出力トルク算出装置30Aで算出したエンジン10の出力トルク(特性線32で示す出力トルクT)よりも小さな値に余裕代(例えば、後述の余裕代ΔT1,ΔT2,ΔTa)をもって3段階の異なる目標入力トルクとして設定する。このように、油圧ポンプ12の入力トルクを、エンジン10の出力トルクよりも常に小さな値に設定しておくことにより、エンジン10は油圧ポンプ12からの油圧負荷を受けても、エンジンストールを起こす可能性を小さく減じることができる。
The pump input
ポンプ容量制御装置30Cは、ポンプ入力トルク設定装置30Bにより設定された入力トルクの範囲で、即ち油圧ポンプ12の吐出圧力Pと吐出容量Qとの関係(P−Q特性)が後述の目標トルク特性34〜37を越えないように、図7に示すP−Q特性マップに基づき油圧ポンプ12の吐出容量Qを吐出圧力Pに応じて可変に制御する制御信号をレギュレータ16に出力する。油圧ポンプ12の入力トルクTi(i=1,2,…)は、油圧ポンプ12の吐出容量Qと吐出圧力Pに対して、定数kとすると下記の数1式に示す関係にある。
The pump
図6に示す特性線32は、エンジン10の回転数Nと出力トルクTとの関係を表している。これは、エンジン10の性能試験等に基づいて予め知ることができる。図6中の最低回転数N1は、例えば方向制御弁22に代表される全ての方向制御弁を中立位置(I)に戻してエンジン10の油圧負荷を最小にした状態(即ち、油圧ポンプ12およびパイロットポンプ17を回転駆動するエンジン10が無負荷に近い状態)でのアイドル回転数である。このときのエンジン10の出力トルクTは、例えば出力トルクTe1として表される。
A
規定回転数N2は、最低回転数N1よりも高く、最大トルク発生回転数N3よりも低い回転数である。過給機11付きエンジン10は、回転数Nが規定回転数N2よりも低くなると、低温状態でエンジンストールを起こす可能性がある。このため、ポンプ入力トルク設定装置30Bによる設定値(例えば、入力トルクT2から入力トルクTa)の切替えを行い、低温状態でのエンジンストールを回避するための回転数として規定回転数N2を表している。
The specified rotational speed N2 is higher than the minimum rotational speed N1 and lower than the maximum torque generation rotational speed N3. The
即ち、周囲環境の摂氏温度がマイナスで、それによりエンジン10の温度が低い状態(例えば、冷却水温度が−20℃以下となる状態)では、油圧ポンプ12が作動油タンク13から吸込む作動油の粘度が高い。この状態で、操作レバー23Aを急にフル操作し、方向制御弁22が中立位置(I)から切換位置(II)または(III)に切換えられると、油圧モータ21に圧油が供給されて油圧負荷が急増する。このため、エンジン10は、油圧ポンプ12から受ける負荷が急増し、エンジンストールを起こす可能性がある。規定回転数N2は、このような低温状態でのエンジンストールの可能性を回避するために予め決められた規定の回転数を表している。
That is, when the ambient temperature is minus Celsius and the temperature of the
この規定回転数N2は、ポンプ入力トルク設定装置30Bにより一定値に(回転数N2〜N3の範囲では)固定された目標入力トルクT2を、回転数N2以下では可変値となる目標入力トルクTaに切替えるための回転数でもある。この目標入力トルクTaは、傾斜線33の如く回転数N1〜N2に応じて可変に設定される目標入力トルクである。規定回転数N2は、エンジン10の性能試験等に基づいて予め決めることができる。図6中に示す特性線32(特性線部32B,32Cの間)のように、エンジン回転数が規定回転数N2のときに、エンジン10の出力トルクTは、例えば出力トルクTe2(Te2>Te1)として表される。ポンプ入力トルク設定装置30Bは、後述の如く目標入力トルクTaを可変に設定する構成である。このため、エンジン10の回転数Nが規定回転数N2以下の場合でも、エンジン10がエンジンストールを起こす可能性を小さく減じることができる。
The specified rotational speed N2 is changed from the target input torque T2 fixed to a constant value (in the range of the rotational speeds N2 to N3) by the pump input
図6に示すように、最大トルク発生回転数N3は、エンジン10の出力トルクTが最大トルクTmとなるときの回転数を表している。最高回転数N4は、エンジン10の出力トルクTが定格トルクTrのときの回転数Nrよりもさらに高くなって、エンジン10の回転数Nが最も高くなる回転数を表している。定格トルクTrは、最大トルクTmよりも小さく、前記出力トルクTe2,Te1よりも大きいトルク値(Tm>Tr>Te2>Te1)である。
As shown in FIG. 6, the maximum torque generation rotational speed N3 represents the rotational speed when the output torque T of the
ここで、出力トルク算出装置30Aは、回転数指示装置31により指示されたエンジン10の目標回転数Ntに基づいて、例えば図6に示す出力トルク算出マップ(特性線32)からエンジン10の出力トルクを算出する。即ち、目標回転数Ntを最大トルク発生回転数N3以上に設定した場合、出力トルク算出装置30Aは、最大トルクTm以下となるエンジン10の出力トルクTを、図6中の特性線32(特性線部32A)に基づいて算出する。
Here, the output torque calculation device 30A is based on the target rotation speed Nt of the
目標回転数Ntを回転数N2〜N3に設定した場合に、出力トルク算出装置30Aは、エンジン10の出力トルクTを図6中の特性線32(特性線部32B)に基づいて、例えば、出力トルクTe2〜Tmの範囲で算出する。目標回転数Ntを回転数N1〜N2に設定した場合には、エンジン10の出力トルクTが、例えば図6中の出力トルクTe1〜Te2の範囲で、特性線32の特性線部32Cに基づいて算出される。このときの出力トルクTe1〜Te2を、低域側出力トルクTe(即ち、Te=Te1〜Te2)として総称する。
When the target rotational speed Nt is set to the rotational speeds N2 to N3, the output torque calculation device 30A outputs the output torque T of the
ポンプ入力トルク設定装置30Bは、エンジン10が回転数N3〜N4の範囲では、エンジン10の定格トルクTrに対して第1の余裕代ΔT1だけ下げた減トルク制御用のトルクを、油圧ポンプ12の第1の目標入力トルクT1として設定する。エンジン10が回転数N2〜N3の範囲では、エンジン10の定格トルクTrに対して第1の余裕代ΔT1よりも大きい第2の余裕代ΔT2(ΔT2>ΔT1)だけ下げた減トルク制御用のトルクを、油圧ポンプ12の第2の目標入力トルクT2として設定する。
Pump input
さらに、ポンプ入力トルク設定装置30Bは、エンジン10が低い回転数N1〜N2の範囲(低回転数域)で、エンジン10の低域側出力トルクTe(即ち、Te=Te1〜Te2)に対して所定の余裕代ΔTaだけ下げた減トルク制御用のトルクを、油圧ポンプ12の低域側目標入力トルクTaとして設定する。この低域側目標入力トルクTaは、エンジン10が低い回転数N1〜N2の範囲で、低域側出力トルクTeに応じて変化(増減)するトルクであり、図6中に示す傾斜線33に沿って可変に設定されている。この傾斜線33は、特性線32の特性線部32Cに対してほぼ平行な特性線である。しかし、傾斜線33は特性線部32Cに対して必ずしも平行な直線である必要はなく、曲線であってもよく、実験データ等に基づいて決定すればよい。
Further, the pump input
油圧ポンプ12の低域側目標入力トルクTaは、エンジン10の出力トルク値が出力トルクTe2のとき、目標入力トルクTa2(即ち、Ta2=Te2−ΔTa)に設定される。エンジン10の出力トルク値が出力トルクTe1まで低下したときには、油圧ポンプ12の目標入力トルクTaは、目標入力トルクTa1(即ち、Ta1=Te1−ΔTa)として設定される。このときの目標入力トルクTa1〜Ta2を、低域側目標入力トルクTa(即ち、Ta=Ta1〜Ta2)として総称する。
The low-frequency side target input torque Ta of the
ポンプ容量制御装置30Cは、ポンプ入力トルク設定装置30Bにより前記第1の目標入力トルクT1が設定されるときに、図7に示す目標トルク特性34よりも小さい範囲で、油圧ポンプ12の吐出容量Qを吐出圧力Pに応じて可変に制御する制御信号をレギュレータ16に出力する。このときの目標トルク特性34は、前記目標入力トルクT1に基づいて定められるトルク特性(前記数1式参照)である。また、ポンプ入力トルク設定装置30Bにより前記第2の目標入力トルクT2が設定されるときには、図7に示す目標トルク特性35よりも小さい範囲で、油圧ポンプ12の吐出容量Qは吐出圧力Pに応じて可変に制御される。目標トルク特性35は、前記目標入力トルクT2に基づいて定められるトルク特性(前記数1式参照)である。
When the first target input torque T1 is set by the pump input
目標トルク特性34,34は、油圧ポンプ12の吐出圧力Pと吐出容量Qとの関係がそれぞれエンジン10の馬力曲線(即ち、目標入力トルクT1,T2)に基づいたP−Q特性となるように、レギュレータ16を介して油圧ポンプ12の容量制御を行うための特性である。これは、前記数1式を満たす関係である。なお、以下で説明する目標トルク特性36〜37も、これと同様である。
The
エンジン10の低回転数域において、ポンプ容量制御装置30Cは、ポンプ入力トルク設定装置30Bによる低域側目標入力トルクTaに従って減トルク制御を行う。即ち、ポンプ入力トルク設定装置30Bにより低域側目標入力トルクTaが設定されるときに、例えば図7に示す低域側目標トルク特性36よりも小さい範囲で、油圧ポンプ12の吐出容量Qは吐出圧力Pに応じて可変に制御される。低域側目標トルク特性36は、低域側目標入力トルクTaに基づいて定められる可変なトルク特性である。
In the low speed range of the
この場合、低域側目標入力トルクTaは、目標入力トルクTa1〜Ta2の範囲で可変に設定されるトルク値である。このため、低域側目標トルク特性36は、図7中に実線で示す目標トルク特性35と、図7中に点線で示す目標トルク特性37との間で、それぞれ矢印で示すように変化する可変な特性となっている。
In this case, the low-frequency side target input torque Ta is a torque value that is variably set within the range of the target input torque Ta1 to Ta2. For this reason, the low-frequency side
具体的には、エンジン10の目標回転数Ntを最低回転数N1側から規定回転数N2に向けて増加させ、油圧ポンプ12の低域側目標入力トルクTaが、図6に示す目標入力トルクTa2に近付くときには、図7中に実線で示す目標トルク特性36は、目標トルク特性35に漸次接近するように近付く。低域側目標入力トルクTaが目標入力トルクTa2と一致するときは、目標トルク特性36が目標トルク特性35と同じ特性となる。一方、エンジン10の目標回転数Ntを最低回転数N1に向けて低下させ、油圧ポンプ12の目標入力トルクTaが、図6に示す目標入力トルクTa1に近付くときには、低域側目標トルク特性36が図7中に点線で示す目標トルク特性37に近付いた特性となる。目標入力トルクTaが目標入力トルクTa1と一致するときは、低域側目標トルク特性36が目標トルク特性37と同じ特性となる。
Specifically, the target rotational speed Nt of the
第1の実施の形態による小型の油圧ショベル1は、上述の如き構成を有するもので、次に、その作動について説明する。
The
まず、油圧ショベル1のオペレータは、上部旋回体4のキャブ8に搭乗し、エンジン10を始動して油圧ポンプ12とパイロットポンプ17を駆動する。これにより、油圧ポンプ12から吐出管路19に向けて圧油が吐出され、この圧油は方向制御弁22を介して油圧モータ21に供給される。また、これ以外の方向制御弁(図示せず)からは他の油圧アクチュエータ(例えば、前記スイングシリンダ、ブームシリンダ5E、アームシリンダ5Fおよびバケットシリンダ5G等)へと供給される。
First, the operator of the
キャブ8に搭乗したオペレータが走行用の操作レバー(例えば、操作レバー23A)を操作したときには、方向制御弁22を介して油圧モータ21に圧油が供給される。これにより、下部走行体2を前進または後退させることができる。一方、キャブ8内のオペレータが作業用の操作レバー(図示せず)を操作することにより、作業装置5を俯仰動させて土砂の掘削作業等を行うことができる。油圧ショベル1は、小型で上部旋回体4による旋回半径が小さいため、例えば市街地等のように狭い作業現場でも、上部旋回体4を旋回駆動しながら作業装置5により側溝堀作業等を行うことができる。このような場合に、エンジン10を負荷の軽い状態で稼働することにより騒音の低減化を図ることができる。
When an operator who has boarded the
次に、第1の実施の形態による目標回転数に基づく出力トルクと目標入力トルクに従った減トルク制御処理について、図5を参照して説明する。 Next, the torque reduction control process according to the output torque based on the target rotational speed and the target input torque according to the first embodiment will be described with reference to FIG.
エンジン10を稼働した状態で処理動作がスタートすると、ステップ1で回転数指示装置31による目標回転数Ntを読込む。次のステップ2では、目標回転数Ntが最大トルク発生回転数N3よりも大きいか否かを判定する。ステップ2で「YES」と判定したときには、目標回転数Ntが最大トルク発生回転数N3よりも大きいので、エンジン10の出力トルクTは、図6中の特性線32のうち特性線部32Aに沿ったトルク値となる。
When the processing operation starts with the
そこで、次のステップ3では、エンジン10が回転数N3〜N4の範囲でのポンプ入力トルクをポンプ入力トルク設定装置30Bにより第1の目標入力トルクT1として設定する。図6に示すように、第1の目標入力トルクT1は、エンジン10の定格トルクTrに対して第1の余裕代ΔT1だけ下げた一定のトルク値として設定される。
Therefore, in the next step 3, the
次のステップ4では、第1の目標入力トルクT1に従った減トルク制御をレギュレータ16で実行させる。即ち、ポンプ容量制御装置30Cは、ポンプ入力トルク設定装置30Bにより第1の目標入力トルクT1が設定されたときの目標トルク特性34を図7に示すように求める。このときの目標トルク特性34は、前記目標入力トルクT1に基づいて定められるトルク特性である。この上で、ポンプ容量制御装置30Cは、図7に示す目標トルク特性34よりも小さい範囲で、即ち油圧ポンプ12の吐出圧力Pと吐出容量Qとの関係(P−Q特性)が目標トルク特性34を越えることがないように、レギュレータ16により油圧ポンプ12の吐出容量Qを吐出圧力Pに応じて可変に制御する。
In the next step 4, torque reduction control according to the first target input torque T <b> 1 is executed by the
油圧ポンプ12の吐出圧力Pは、例えば油圧モータ21が受ける慣性負荷等に応じて変化するから、レギュレータ16は、油圧ポンプ12の吐出圧力Pと吐出容量Qとの関係が図7に示す目標トルク特性34の範囲を越えないように、油圧ポンプ12の容量可変部12Aを傾転制御するものである。その後は、次のステップ5でリターンし、ステップ1以降の処理を繰返すようにする。
Since the discharge pressure P of the
ステップ2で「NO」と判定したときには、目標回転数Ntが最大トルク発生回転数N3以下に設定されているので、次のステップ6では、目標回転数Ntが規定回転数N2よりも大きいか否かを判定する。ステップ6で「YES」と判定したときには、目標回転数Ntが最大トルク発生回転数N3以下で、規定回転数N2よりも大きくなっている。このとき、エンジン10の出力トルクTは、図6中の特性線32のうち特性線部32Bに沿ったトルク値となる。
If “NO” is determined in
そこで、次のステップ7では、エンジン10が回転数N2〜N3の範囲でのポンプ入力トルクを、ポンプ入力トルク設定装置30Bにより第2の目標入力トルクT2として設定する。図6に示すように、第2の目標入力トルクT2は、エンジン10の定格トルクTrに対して第2の余裕代ΔT2だけ下げた一定のトルク値として設定される。
Therefore, in the
次のステップ8では、第2の目標入力トルクT2に従った減トルク制御をレギュレータ16で実行させる。即ち、ポンプ容量制御装置30Cは、ポンプ入力トルク設定装置30Bにより第2の目標入力トルクT2が設定されたときの目標トルク特性35を図7に示すように求める。このときの目標トルク特性35は、前記目標入力トルクT2に基づいて定められるトルク特性である。この上で、ポンプ容量制御装置30Cは、図7に示す目標トルク特性35よりも小さい範囲で、即ち油圧ポンプ12の吐出圧力Pと吐出容量Qとの関係(P−Q特性)が目標トルク特性35を越えることがないように、レギュレータ16により油圧ポンプ12の吐出容量Qを吐出圧力Pに応じて可変に制御する。その後は、次のステップ5でリターンし、ステップ1以降の処理を繰返すようにする。
In the
次に、ステップ6で「NO」と判定したときには、目標回転数Ntが規定回転数N2以下に設定されているので、次のステップ9では、目標回転数Ntに基づくエンジン10の低域側出力トルクTeを、図6中に示す特性線32の特性線部32Cに沿ったトルク値(例えば、出力トルクTe1〜Te2の間のトルク値)として算出する。即ち、出力トルク算出装置30Aは、目標回転数Ntが低い回転数N1〜N2の間で任意の回転数に設定された場合に、このときの低域側出力トルクTeを、特性線32の特性線部32Cによる出力トルクTe1〜Te2の範囲で任意のトルク値として、それぞれの場合毎に逐一的に算出する。
Next, when it is determined as “NO” in
次のステップ10では、エンジン10が低回転数域(回転数N1〜N2)でのポンプ入力トルクを低域側目標入力トルクTaとしてポンプ入力トルク設定装置30Bにより設定する。図6に示すように、低域側目標入力トルクTa(即ち、Ta=Ta1〜Ta2)は、エンジン10の低域側出力トルクTe(即ち、Te=Te1〜Te2)に対して所定の余裕代ΔTaだけ下げたトルク値として設定される。即ち、油圧ポンプ12の低域側目標入力トルクTaは、エンジン10の低回転数域(回転数N1〜N2)で、図6中に示す傾斜線33に沿って可変に設定されるトルク値である。
In the
次のステップ11では、低域側目標入力トルクTa(即ち、Ta=Ta1〜Ta2)に従った減トルク制御をレギュレータ16で実行させる。即ち、ポンプ容量制御装置30Cは、ポンプ入力トルク設定装置30Bにより低域側目標入力トルクTaが設定されたときの目標トルク特性36を図7に示すように求める。このときの目標トルク特性36は、前記目標入力トルクTaに基づいて定められる低域側トルク特性である。しかも、低域側目標入力トルクTaは、目標入力トルクTa1〜Ta2の範囲で可変に設定されるトルク値であるため、低域側目標トルク特性36は、図7中に実線で示す目標トルク特性35と図7中に点線で示す目標トルク特性37との間で、それぞれ矢印で示すように変化する可変な特性となっている。
In the
具体的には、エンジン10の目標回転数Ntを最低回転数N1側から規定回転数N2に向けて増加させ、油圧ポンプ12の低域側目標入力トルクTaが、図6に示す目標入力トルクTa2に近付くときには、図7中に実線で示す低域側目標トルク特性36は、目標トルク特性35に漸次接近するように近付く。そして、低域側目標入力トルクTaが目標入力トルクTa2と一致するときは、目標トルク特性35と同じ特性となる。一方、エンジン10の目標回転数Ntを最低回転数N1に向けて低下させ、油圧ポンプ12の目標入力トルクTaが、図6に示す目標入力トルクTa1に近付くときには、低域側目標トルク特性36が図7中に点線で示す目標トルク特性37に近付いた特性となる。目標入力トルクTaが目標入力トルクTa1と一致するときは、目標トルク特性37と同じ特性となる。
Specifically, the target rotational speed Nt of the
この上で、ポンプ容量制御装置30Cは、図7に示す低域側目標トルク特性36(図7中に実線で示す目標トルク特性35と図7中に点線で示す目標トルク特性37との間の特性)よりも小さい範囲で、レギュレータ16により油圧ポンプ12の吐出容量Qを吐出圧力Pに応じて可変に制御する。油圧ポンプ12の吐出圧力Pは、例えば油圧モータ21が受ける慣性負荷等に応じて変化するから、レギュレータ16は、油圧ポンプ12の吐出圧力Pと吐出容量Qとの関係が前述の如く可変な低域側目標トルク特性36の範囲を越えないように、油圧ポンプ12の容量可変部12Aを傾転制御する。その後は、次のステップ5でリターンし、ステップ1以降の処理を繰返すようにする。
On this basis, the pump
ところで、小型でコンパクトな構造となった小旋回式(小型)の油圧ショベル1は、大型、中型の機種等に比較して作業装置5による土砂の掘削力が相対的に小さくなっており、エンジン10も可能な限り小型化したいという要求がある。このため、本実施の形態では原動機となるエンジン10には過給機11付きのエンジンを用い、該過給機11によって燃料の燃焼効率を高めることにより、高回転数域での出力トルクを増大できるようにしている。
By the way, the small-swivel (small)
図11は比較例によるエンジンの回転数Nと出力トルクTとの関係を示している。比較例によるエンジン(過給機なし)は、図11に示すように、低回転域でも出力トルクが大きく減少することはなく、定格トルクTrと同等以上のトルクとなっている。このため、油圧ポンプ入力トルクTpは、定格トルクTrに対して約10%くらい小さい一定のトルク値に設定すればよく、低回転数域でもエンジンストールを起こす虞れはない。 FIG. 11 shows the relationship between the engine speed N and the output torque T according to the comparative example. As shown in FIG. 11, the engine according to the comparative example (without the supercharger) does not greatly reduce the output torque even in the low rotation range, and is equal to or higher than the rated torque Tr. For this reason, the hydraulic pump input torque Tp has only to be set to a constant torque value that is about 10% smaller than the rated torque Tr, and there is no possibility of causing engine stall even in a low engine speed range.
これに対し、第1の実施の形態では、過給機11付きエンジン10を用いることにより、例えば排気量が1.5L(リットル)程度のエンジンであっても、例えば2.2L程度のエンジン(過給機なし)と同等の出力特性を有しているために、エンジン10の小型化と省エネルギ化を図ることができる。しかし、過給機11付きのエンジン10は、エンジン10の低回転域(例えば、図6中の規定回転数N2よりも低い領域)で、吸入空気量が不足してトルクの減少率が大きくなる傾向がある。このため、エンジン10は、低回転数域で油圧ポンプ12を駆動するときに過負荷を受けることがあり、場合によってはエンジンストールを起こす虞れがある。
On the other hand, in the first embodiment, by using the
そこで、第1の実施の形態では、エンジン10の回転数N(エンジン回転数)が最大トルク発生回転数N3以上となる高回転数域では、エンジン10の定格トルクTrに対して第1の余裕代ΔT1だけ下げたトルクを油圧ポンプ12の第1の目標入力トルクT1として設定する。エンジン回転数が回転数N2〜N3の範囲(中域回転数)では、前記定格トルクTrに対して第2の余裕代ΔT2(ΔT2>ΔT1)だけ下げたトルクを第2の目標入力トルクT2として設定する。さらに、エンジン回転数が規定回転数N2以下となる低回転数域(回転数N1〜N2)では、エンジン10の低域側出力トルクTe(即ち、Te=Te1〜Te2)に対して所定の余裕代ΔTaだけ下げたトルク値(ポンプ入力トルク)を低域側目標入力トルクTaとして設定する。
Therefore, in the first embodiment, the first margin with respect to the rated torque Tr of the
これにより、ポンプ入力トルク設定装置30Bは、ポンプ入力トルクを第1,第2の目標入力トルクT1,T2と低域側目標入力トルクTaとの3段階で設定することができる。また、ポンプ容量制御装置30Cは、ポンプ入力トルク設定装置30Bにより低域側目標入力トルクTaが設定されたときの目標トルク特性36を図7に示すように求める。しかも、低域側目標入力トルクTaは、目標入力トルクTa1〜Ta2の範囲で可変に設定されるため、低域側目標トルク特性36は、図7中に実線で示す目標トルク特性35と図7中に点線で示す目標トルク特性37との間で、それぞれ矢印で示すように変化する可変な特性となっている。
Thereby, the pump input
従って、図6に示すように、特性線32によるエンジン10の出力トルクTに対して、油圧ポンプ12の目標入力トルクT1,T2,Taを出力トルクTよりも小さく設定することができ、エンジン10が油圧ポンプ12を駆動するときの油圧負荷が、エンジン10に対し過剰な負荷となって作用するのを防ぐことができる。このため、過給機11付きエンジン10を用いて、該エンジン10の小型化と省エネルギ化を図ることができる上に、エンジン10の低回転数域でもエンジンストールの発生を抑えることができる。
Therefore, as shown in FIG. 6, the target input torques T1, T2, and Ta of the
この場合、油圧ポンプ12の吐出圧力Pは、例えば油圧モータ21が受ける慣性負荷等に応じて変化する。しかし、レギュレータ16は、制御装置28(ポンプ容量制御装置30C)からの制御信号に従って、油圧ポンプ12の吐出圧力Pと吐出容量Qとの関係が前述の如く可変な低域側目標トルク特性36の範囲を越えないように、油圧ポンプ12の容量可変部12Aを傾転制御する。このため、エンジン10の低回転数域(回転数N1〜N2)でも、油圧ポンプ12からエンジン10が過負荷を受けるのを抑えることができ、エンジンストールの発生を防ぐことができる。
In this case, the discharge pressure P of the
次に、図8ないし図10は第2の実施の形態を示している。本実施の形態の特徴は、ポンプ入力トルク設定装置によりポンプ入力トルクを、第3の目標入力トルクT3(一定値に固定された目標入力トルク)と低域側目標入力トルクTaとの2段階で設定する構成としたことにある。なお、第2の実施の形態では、前述した第1の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。 Next, FIGS. 8 to 10 show a second embodiment. The feature of the present embodiment is that the pump input torque is set in two stages, that is, the third target input torque T3 (target input torque fixed at a constant value) and the low-frequency side target input torque Ta by the pump input torque setting device. The configuration is to be set. In the second embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
ここで、ポンプ入力トルク設定装置30Bは、エンジン10が規定回転数N2よりも大きい範囲(N2〜N4)で、エンジン10の定格トルクTrに対して第3の余裕代ΔT3だけ下げたトルクを油圧ポンプ12の第3の目標入力トルクT3として設定する。エンジン10が規定回転数N2以下となる低回転数域(N1〜N2)の範囲では、前述した第1の実施の形態と同様に低域側目標入力トルクTaが設定される。
Here, the pump input
第3の目標入力トルクT3は、定格トルクTrに対する余裕代ΔT3を、第1の実施の形態で述べた第2の余裕代ΔT2と等しい値に設定してもよく、これとは異なる値に設定してもよい。換言すると、規定回転数N2は、エンジン10が低温状態で操作レバー23A等の急操作時にエンジンストールを起す可能性を回避できる回転数であればよい。このため、規定回転数N2は、最低回転数N1よりも高く、最大トルク発生回転数N3よりも低い回転数であって、前述の如き条件下でエンジン10のエンジンストールを回避できる回転数であれば、任意の回転数を規定の回転数N2とすることができる。
For the third target input torque T3, the allowance ΔT3 with respect to the rated torque Tr may be set to a value equal to the second allowance ΔT2 described in the first embodiment, or set to a different value. May be. In other words, the specified rotational speed N2 may be a rotational speed that can avoid the possibility of causing an engine stall when the
ポンプ容量制御装置30Cは、ポンプ入力トルク設定装置30Bにより第3の目標入力トルクT3が設定されるときに、当該目標入力トルクT3に基づいて定められる目標トルク特性41の範囲で、油圧ポンプ12の吐出容量Qを吐出圧力Pに応じて可変に制御する。即ち、レギュレータ16は、油圧ポンプ12の吐出圧力Pと吐出容量Qとの関係が目標トルク特性41の範囲を越えないように、油圧ポンプ12の容量可変部12Aを傾転制御する。
When the third target input torque T3 is set by the pump input
次に、第2の実施の形態による目標回転数Ntに基づく出力トルクの算出と目標入力トルクに従った減トルク制御処理について、図8を参照して説明する。 Next, calculation of output torque based on the target rotational speed Nt and reduction torque control processing according to the target input torque according to the second embodiment will be described with reference to FIG.
エンジン10を稼働した状態で図8の処理動作がスタートすると、ステップ21で回転数指示装置31による目標回転数Ntを読込む。次のステップ22では、目標回転数Ntが規定回転数N2よりも大きいか否かを判定する。ステップ22で「YES」と判定したときには、目標回転数Ntが規定回転数N2よりも大きいので、エンジン10の出力トルクTは、図9中の特性線32のうち特性線部32A,32Bに沿ったトルク値となる。
When the processing operation of FIG. 8 starts with the
そこで、次のステップ23では、エンジン10が回転数N2〜N4の範囲でのポンプ入力トルクを、ポンプ入力トルク設定装置30Bにより第3の目標入力トルクT3として設定する。図9に示すように、第3の目標入力トルクT3は、エンジン10の定格トルクTrに対して第3の余裕代ΔT3だけ下げた一定のトルク値として設定される。
Therefore, in the
次のステップ24では、第3の目標入力トルクT3に従った減トルク制御をレギュレータ16で実行させる。即ち、ポンプ容量制御装置30Cは、ポンプ入力トルク設定装置30Bにより第3の目標入力トルクT3が設定されたときの目標トルク特性41を図10に示すように求める。このときの目標トルク特性41は、前記目標入力トルクT3に基づいて定められるトルク特性である。この上で、ポンプ容量制御装置30Cは、図10に示す目標トルク特性41よりも小さい範囲で、即ち油圧ポンプ12の吐出圧力Pと吐出容量Qとの関係(P−Q特性)が目標トルク特性41を越えることがないように、レギュレータ16により油圧ポンプ12の吐出容量Qを吐出圧力Pに応じて可変に制御する。その後は、次のステップ25でリターンし、ステップ21以降の処理を繰返すようにする。
In the next step 24, the torque reduction control according to the third target input torque T3 is executed by the
ステップ22で「NO」と判定したときには、目標回転数Ntが規定回転数N2以下に設定されているので、エンジン10の回転数Nは低回転数域となる。このため、次のステップ26〜28にわたる処理を、前述した第1の実施の形態による図5のステップ9〜11にわたる処理と同様に行う。その後は、次のステップ25でリターンし、ステップ21以降の処理を繰返すようにする。
When it is determined as “NO” in
エンジン10の低回転数域において、ポンプ容量制御装置30Cは、図10に示す低域側目標トルク特性42(即ち、図10中に実線で示す目標トルク特性41と図10中に点線で示す目標トルク特性43との間の特性)よりも小さい範囲で、レギュレータ16により油圧ポンプ12の吐出容量Qを吐出圧力Pに応じて可変に制御する。油圧ポンプ12の吐出圧力Pは、例えば油圧モータ21が受ける慣性負荷等に応じて変化するから、レギュレータ16は、油圧ポンプ12の吐出圧力Pと吐出容量Qとの関係が前述の如く可変な低域側目標トルク特性43の範囲を越えないように、油圧ポンプ12の容量可変部12Aを傾転制御する。
In the low speed range of the
かくして、このように構成された第2の実施の形態においても、過給機11付きのエンジン10を用いて、該エンジン10の小型化と省エネルギ化を図ることができる上に、エンジン10の低回転数域でもエンジンストールの発生を抑えることができ、前述した第1の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。
Thus, also in the second embodiment configured as described above, the
特に、第2の実施の形態では、ポンプ入力トルク設定装置30Bによりポンプ入力トルクを、第3の目標入力トルクT3(一定値の目標入力トルク)と低域側目標入力トルクTaとの2段階で設定する構成としている。このため、ポンプ入力トルク設定装置30Bによるポンプ入力トルク(目標入力トルク)の設定処理を簡素化することができ、制御処理全体の単純化、効率化を図ることができる。
できる。
In particular, in the second embodiment, the pump input torque is set by the pump input
it can.
なお、前記第2の実施の形態では、定格トルクTrに対する第3の余裕代ΔT3を、例えば第1の実施の形態で述べた第2の余裕代ΔT2と等しい値に設定する場合を図示して説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、第3の余裕代ΔT3および第3の目標入力トルクT3は、これとは異なる値に設定してもよい。即ち、規定回転数N2は、エンジン10が低温状態で操作レバー23A等の急操作時にエンジンストールを起すのを回避可能な回転数であればよい。このため、規定回転数N2は、最低回転数N1よりも高く、最大トルク発生回転数N3よりも低い回転数であって、前述の如き条件下でエンジン10のエンジンストールを回避できる回転数であれば、任意の回転数を規定の回転数N2とすることができる。従って、第3の目標入力トルクT3(第3の余裕代ΔT3)は、規定回転数N2をどのような回転数に規定(選択)するかに応じて変更できるものである。
In the second embodiment, the case where the third margin allowance ΔT3 for the rated torque Tr is set to a value equal to, for example, the second allowance ΔT2 described in the first embodiment is illustrated. explained. However, the present invention is not limited to this, and the third margin allowance ΔT3 and the third target input torque T3 may be set to different values. That is, the specified rotational speed N2 may be any rotational speed that can avoid engine stall when the
また、前記各実施の形態では、小型油圧ショベルとしてスイングポスト式の作業装置5を用いる構成とした後方小旋回式の油圧ショベル1を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えばスイングアーム式の作業装置を用いる型式の小型油圧ショベルに適用してもよい。また、キャブ8に替えてキャノピを用いて運転席を上方から覆う型式の油圧ショベルであってもよい。
Further, in each of the above-described embodiments, the description has been given by taking as an example the rear small-turn
1 油圧ショベル
2 下部走行体
4 上部旋回体
5 作業装置
6 旋回フレーム
9 カウンタウエイト
10 エンジン
11 過給機
12 油圧ポンプ
12A 容量可変部
13 作動油タンク
14 熱交換器
16 レギュレータ(容量可変アクチュエータ)
17 ケーシング
21 油圧モータ(油圧アクチュエータ)
22 方向制御弁
23 操作弁(操作装置)
23A 操作レバー
25 圧力センサ(圧力検出器)
26 ガバナ装置
27 回転センサ(回転数検出装置)
28 制御装置
29 エンジンコントローラ
30 車体コントローラ
30A 出力トルク算出装置
30B ポンプ入力トルク算出装置
30C ポンプ容量制御装置
31 回転数指示装置
34〜37,41〜43 目標トルク特性
N1 最低回転数
N2 規定回転数
N3 最大トルク発生回転数
N4 最高回転数
T1 第1の目標入力トルク
T2 第2の目標入力トルク
T3 第3の目標入力トルク
Ta 低域側目標入力トルク
Te 低域側出力トルク
ΔT1 第1の余裕代
ΔT2 第2の余裕代
ΔT3 第3の余裕代
ΔTa 余裕代
DESCRIPTION OF
17
22
26
28
Claims (4)
前記制御装置は、
前記回転数指示装置による前記エンジンの目標回転数に基づいて前記エンジンの出力トルクを算出する出力トルク算出装置と、
前記油圧ポンプの入力トルクを、前記出力トルク算出装置で算出した前記エンジンの出力トルクよりも小さな値に余裕代をもって設定するポンプ入力トルク設定装置と、
該ポンプ入力トルク設定装置によって設定された前記入力トルクの範囲で前記油圧ポンプの吐出容量を吐出圧力に応じて可変に制御するポンプ容量制御装置とを含んで構成され、
前記エンジンを無負荷に近い状態で回転させる最低回転数をN1、周囲環境の摂氏温度がマイナスで、それにより前記エンジンの温度が低く作動油の粘度が高い状態で前記操作装置を急に操作したときに前記エンジンがエンジンストールを起こすのを回避するための回転数をN2とし、該回転数N2以下の低い回転数の範囲で前記出力トルク算出装置により前記エンジンの目標回転数に基づいて算出される前記エンジンの低域側出力トルクをTeとした場合に、
前記ポンプ入力トルク設定装置は、
前記エンジンが低い回転数N1〜N2の範囲では、前記エンジンの低域側出力トルクTeに対して所定の余裕代ΔTaだけ下げた減トルク制御用のトルクを前記油圧ポンプの低域側目標入力トルクTaとして設定し、
前記ポンプ容量制御装置は、
前記ポンプ入力トルク設定装置による前記低域側目標入力トルクTaに従って減トルク制御を行うため、前記低域側目標入力トルクTaに基づいて定められる低域側目標トルク特性の範囲で前記油圧ポンプの吐出容量と前記吐出圧力とを可変に制御することを特徴とする小型油圧ショベル。 An engine provided with a supercharger, a variable displacement hydraulic pump driven by the engine, a directional control valve for supplying hydraulic oil discharged from the hydraulic pump to a hydraulic actuator, and switching the directional control valve An operating device to be operated; a rotational speed instruction device for instructing a target rotational speed of the engine by an external operation; and controlling the rotational speed of the engine according to the target rotational speed by the rotational speed instruction device, and discharging the hydraulic pump In a small hydraulic excavator comprising: a control device that controls the capacity of the hydraulic pump so that the relationship between the pressure and the discharge capacity becomes a characteristic based on the horsepower curve of the engine,
The control device includes:
An output torque calculating device for calculating an output torque of the engine based on a target engine speed of the engine by the engine speed indicating device;
A pump input torque setting device for setting the input torque of the hydraulic pump to a value smaller than the output torque of the engine calculated by the output torque calculation device with a margin;
A pump capacity control device that variably controls the discharge capacity of the hydraulic pump in accordance with the discharge pressure within the range of the input torque set by the pump input torque setting device,
The minimum operating speed for rotating the engine near no load is N1, the ambient temperature is negative, and the operating device is suddenly operated in a state where the temperature of the engine is low and the viscosity of the hydraulic oil is high. In some cases, the rotation speed for avoiding the engine from stalling is N2, and the output torque calculation device is calculated based on the target rotation speed of the engine within a low rotation speed range equal to or lower than the rotation speed N2. When the low frequency side output torque of the engine is Te,
Said pump input torque setting device,
When the engine has a low rotational speed N1 to N2, the torque for reducing torque, which is reduced by a predetermined margin ΔTa with respect to the low-frequency output torque Te of the engine, is reduced to the low-frequency target input torque of the hydraulic pump. Set as Ta,
The pump capacity controller is
Since the torque reduction control is performed according to the low-frequency side target input torque Ta by the pump input torque setting device, the discharge of the hydraulic pump is performed within the range of the low-frequency side target torque characteristics determined based on the low-frequency side target input torque Ta. A small hydraulic excavator characterized by variably controlling a capacity and the discharge pressure.
前記ポンプ入力トルク設定装置は、
前記エンジンが回転数N3〜N4の範囲では、前記エンジンの定格トルクTrに対して第1の余裕代ΔT1だけ下げたトルクを前記油圧ポンプの第1の目標入力トルクT1として設定し、
前記エンジンが回転数N2〜N3の範囲では、前記エンジンの定格トルクTrに対して前記第1の余裕代ΔT1よりも大きい第2の余裕代ΔT2だけ下げたトルクを前記油圧ポンプの第2の目標入力トルクT2として設定し、
前記ポンプ容量制御装置は、
前記ポンプ入力トルク設定装置により前記第1の目標入力トルクT1が設定されるときに、前記第1の目標入力トルクT1に基づいて定められる目標トルク特性の範囲で前記油圧ポンプの吐出容量を前記吐出圧力に応じて可変に制御し、
前記ポンプ入力トルク設定装置により前記第2の目標入力トルクT2が設定されるときには、前記第2の目標入力トルクT2に基づいて定められる目標トルク特性の範囲で前記油圧ポンプの吐出容量を前記吐出圧力に応じて可変に制御する構成としてなる請求項1に記載の小型油圧ショベル。 When the maximum torque generation rotational speed of the engine is N3 and the maximum rotational speed of the engine is N4,
Said pump input torque setting device,
In the range of the engine speed N3 to N4, a torque obtained by lowering the rated torque Tr of the engine by a first margin allowance ΔT1 is set as the first target input torque T1 of the hydraulic pump,
In the range of the engine speed N2 to N3, a torque obtained by lowering the rated torque Tr of the engine by a second margin allowance ΔT2 larger than the first margin allowance ΔT1 is a second target of the hydraulic pump. Set as input torque T2,
The pump capacity controller is
When the first target input torque T1 is set by the pump input torque setting device, the discharge capacity of the hydraulic pump is set within the range of target torque characteristics determined based on the first target input torque T1. Variably controlled according to pressure,
When the second target input torque T2 is set by the pump input torque setting device, the discharge capacity of the hydraulic pump is set to the discharge pressure within a range of target torque characteristics determined based on the second target input torque T2. The small hydraulic excavator according to claim 1, wherein the hydraulic excavator is configured to be variably controlled according to the operation.
前記ポンプ入力トルク設定装置は、
前記エンジンが回転数N2〜N4の範囲では、前記エンジンの定格トルクTrに対して第3の余裕代ΔT3だけ下げたトルクを前記油圧ポンプの第3の目標入力トルクT3として設定し、
前記ポンプ容量制御装置は、
前記ポンプ入力トルク設定装置により前記第3の目標入力トルクT3が設定されるときに、前記第3の目標入力トルクT3に基づいて定められる目標トルク特性の範囲で前記油圧ポンプの吐出容量を前記吐出圧力に応じて可変に制御する構成としてなる請求項1に記載の小型油圧ショベル。 When the maximum engine speed is N4,
Said pump input torque setting device,
In the range of the engine speed N2 to N4, a torque obtained by lowering the rated torque Tr of the engine by a third margin allowance ΔT3 is set as a third target input torque T3 of the hydraulic pump,
The pump capacity controller is
When the third target input torque T3 is set by the pump input torque setting device, the discharge capacity of the hydraulic pump is discharged within a range of target torque characteristics determined based on the third target input torque T3. The small hydraulic excavator according to claim 1, wherein the excavator is configured to be variably controlled according to pressure.
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