WO2006006600A1 - 作業車両の作業機用油圧ポンプの制御装置 - Google Patents

Abstract

　本発明の作業車両の作業機用油圧ポンプの制御装置は、作業機用操作レバーを中立位置から操作しながらアクセルペダルを踏み込み始めたときに、エンジンを迅速に加速させて車両を迅速に発進させるとともに迅速に大きなけん引力を得るようにすることを目的とするものであり、制御手段は、エンジン回転数検出手段で検出されたエンジン回転数が、所定回転数（最大トルク回転数）以下である場合には、現在の検出エンジン回転数に対応する容量上限値を超えないように、作業機用油圧ポンプの容量を制御する。

Description

明 細 書

作業車両の作業機用油圧ポンプの制御装置

技術分野

[0001] 本発明は、ホイールローダなどの作業車両において、可変容量型の作業機用油圧 ポンプの容量を制御する装置に関するものである。

背景技術

[0002] ホイールローダでは、エンジンの出力（トルク）力 PTO軸を介して、走行の負荷、作 業機の負荷それぞれに分配される。すなわち、エンジンの出力（トルク）は、トルタコン バータ、変速機 (油圧クラッチ)などの走行パワートレイン (動力伝達装置)を介して駆 動輪に伝達される。これにより車両が走行される。

[0003] また、エンジンの出力は、作業機用油圧ポンプに伝達されて、作業機用油圧ポンプ が駆動される。これにより作業機用油圧ポンプ力 作業機用ァクチユエータ (油圧シリ ンダ、油圧モータ）に圧油が供給されて、作業機 (ローダ等)が作動され、作業が行わ れる。エンジンの馬力の一部は、作業馬力（作業機用ポンプ吸収馬力）として消費さ れる。

[0004] したがって、

エンジン馬力 =走行馬力 +作業馬力

エンジントルク =走行トルク (走行負荷） +作業機トルク (作業機負荷）

という関係が成立する。

[0005] ホイールローダの走行速度は、アクセルペダルの踏み込み量に応じて変化する。

すなわち、アクセルペダルの踏み込み量に応じて、エンジンの回転数が変化され、そ れに応じて車速が変化する。

[0006] そして、ホイールローダは、走行負荷と作業機負荷の双方がかかる状況下、たとえ ば走行したりけん引力を得ながら、ローダを動かす状況下で作業を行う機会が、他の 油圧ショベル等の作業車両に比べて多 、。

[0007] ホイールローダに搭載されるエンジンは、ディーゼルエンジンであり、その出力の制 御は、シリンダ内に噴射する燃料量を調整することで行われる。この調整は、ェンジ ンの燃料噴射ポンプに付設したガバナを制御することで行われる。ガバナとしては、 一般的にオールスピード制御方式のガバナが用いられ、アクセルペダルの操作量に 応じた目標回転数となるように、負荷に応じてエンジン回転数と燃料噴射量とを調整 する。すなわち、ガバナは目標回転数と実際のエンジン回転数との差がなくなるよう に燃料噴射量を制御する。

[0008] 図 1は、エンジン回転数 Nとエンジントルク Tとの関係、つまりエンジンパワーカーブ

(最大トルク線) TCを示して ヽる。エンジンパワーカーブ TCで規定される領域がェン ジンが出し得る性能を示す。ガバナは、トルクがエンジンパワーカーブ (最大トルク線 )TCを超えて、黒煙が外気に排出される排気煙限界外とならないように、またェンジ ン回転数 Nがハイアイドル回転数 (無負荷最高回転数) NHを超えて過回転とならな いようにエンジンを制御する。エンジンは、ローアイドル回転数 (無負荷最低回転数） NL以上で稼動される。エンジン回転数 Nが最大トルク回転数 NMに達したときェンジ ンパワーカーブ TC上の最大トルク点 PMに達し、エンジンで最大トルク TMが得られる 。さらにエンジン回転数が上昇しエンジンパワーカーブ TC上の定格点 PRに達すると 、定格出力が得られる。

[0009] 上述した式より、走行馬力（走行トルク）は、エンジン馬力（エンジントルク）から、作 業馬力 (作業機トルク)を差し引いたものとなる。

[0010] 図 1でいうと、エンジンの最大トルク線 TCから、作業機負荷 (作業機トルク)を差し引 いたトルク線 TSに相当するトルクを、走行パワートレイン (動力伝達装置）を介して駆 動輪に伝達させて車両を走行させたりけん引力を得ることが可能である。

[0011] ここで、作業機用油圧ポンプは、可変容量型の油圧ポンプが使用されることがある

[0012] 可変容量型油圧ポンプから吐出される流量の制御の方法の一つに、操作弁 (流量 方向制御弁）の絞りの前後差圧に基づいて可変容量型油圧ポンプの容量を制御す る方式 (クローズドセンタ方式）がある。

[0013] クローズドセンタ方式を採用した油圧回路には、ロードセンシング制御装置が組み 込まれている。

[0014] ここで、ロードセンシング制御とは、油圧ポンプの吐出圧 Ppと油圧シリンダなどの油 圧ァクチユエータの負荷圧 PLとの差圧 Δ P ( = Pp— PL)が設定値 Δ PLSに保持され るように、油圧ポンプの容量 (cc/rev)、具体的には斜板の傾転角を変化させる制御 のことである。

[0015] ロードセンシング制御装置は、可変容量型の油圧ポンプと、この油圧ポンプから油 圧シリンダに供給される圧油の流れ、流量を制御する操作弁と、油圧ポンプの容量 制御手段とからなり、この容量制御手段として、油圧ポンプの斜板を駆動する斜板駆 動部と、この斜板駆動部の駆動を制御するロードセンシング制御弁 (LS弁）とが備え られた油圧回路構成とされている。ここで、ロードセンシング制御弁は、互いに対向 する一対の駆動部を有し、これら駆動部にはそれぞれ油圧ポンプの吐出圧 Ppと油圧 シリンダの負荷圧 PLが導かれており、負荷圧 PLが導かれる駆動部には、一定差圧 Δ PLSに相当するパネ力を有するパネが配置されて構成されている。

[0016] このような油圧回路構成において、油圧ポンプ力 圧油が吐出されると、圧油は操 作弁を介して油圧シリンダに供給され、油圧シリンダが駆動され、作業機が作動され る。この作業機の作動時に、ロードセンシング制御弁は、油圧ポンプの吐出圧 Ppと油 圧シリンダの負荷圧 PL (最大負荷圧）との差圧 Δ Pに応答して動作し、斜板駆動部を 駆動する。これにより差圧 Δ Ρが、パネによって設定された一定差圧 A PLSに保持さ れるように、油圧ポンプの容量 (斜板傾転角）が制御される。

[0017] 操作弁のスプールの開口面積を A、抵抗係数を cとすると、油圧ポンプの吐出流量 Q (1/min)は、下記（1)式で表される。

[0018] Q = c 'A. （Δ Ρ)

差圧 Δ Ρは、ロードセンシング制御弁により一定（A PLS)にされるため、油圧ポンプ の吐出流量 Qは、操作弁のスプールの開口面積 Aのみによって変化する。

[0019] 作業機用操作レバーを中立位置カゝら操作すると、操作量に応じて操作弁のスプー ルの開口面積 Aが増加し、開口面積 Aの増加に応じてポンプ流量 Qが増加する。こ のときポンプ流量 Qは油圧シリンダの負荷の大きさには影響を受けずに作業機用操 作レバーの操作量のみによって定まる。このようにロードセンシング弁を設けたことに より、ポンプ流量 Qは負荷によって増減することなくオペレータの意思通りに (操作レ バーの操作位置に応じて)変化し、ファインコントロール性、つまり中間操作領域にお ける操作性が向上する。

[0020] 作業機用操作レバーを中立位置力 操作したときの作業機用油圧ポンプの容量（ 斜板傾転角）の変化について説明する。

[0021] 作業機用操作レバーが中立位置にあり、操作弁が中立位置になっている状態では

、負荷圧 PLはほぼ零であり、油圧ポンプの容量 (斜板傾転角）は最小 (最小傾転角） になっている。

[0022] 作業機用操作レバーが中立位置から倒され、操作弁のスプール力ストロークすると 、ポンプ吐出圧 Ppが操作弁の絞りを通過して、負荷圧 PLとして出力される。このため 負荷圧 PLSが上昇し、これに応じて差圧 Δ Ρが減少する。このため差圧一定値を保 持するために油圧ポンプの容量 (斜板傾転角）は最大 (最大傾転角）になる。このた め作業機用操作レバーを中立位置カゝら操作した場合には、作業機トルク (ポンプ吸 収トルク）は、大きな値をとる。

[0023] ここで図 1を参照すると、上述したロードセンシング制御によって作業機トルク (ボン プ吸収トルク）が大きくなつた分、車両を走行させたりけん引力を得るために使われる 走行トルク（トルク線 TS)は、小さなものとなる。

[0024] (特許文献にみられる従来技術）

下記特許文献 1には、作業車両が掘削作業を行って 、る場合のエンジンのパワー ロスを低減させるために、掘削作業時に作業機用油圧ポンプの吐出量を小量にする という発明が記載されている。すなわち、この特許文献 1には、作業車両の作業機が 掘削位置にあること、変速機が前進第 1速度段位置にあること、車両走行速度が設 定速度以下であることを検出して、いずれかが検出された場合には、作業車両が掘 削作業中であると判断して、作業機用油圧ポンプの容量を制限して吐出量を小量に するという発明が記載されている。

特許文献 1 :米国特許第 6, 073, 442号明細書

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0025] 図 1に示すように、エンジン回転数 Nが低回転領域、つまり概ねローアイドル回転数 NLから最大トルク回転数 NMに至る低回転領域にあるときは、オペレータがアクセル ペダルの踏み込みを開始した領域である。

[0026] 作業機用操作レバーを中立位置カゝら操作しながらアクセルペダルの踏み込みを開 始するときは、作業機の迅速な作動よりもむしろエンジンの加速を優先した!/、状況で あることが多い。たとえば作業機の掘削位置を修正しながら地山に向けて車両を発 進させようとするときには、エンジンを迅速に加速させて車両を迅速に発進させるとと もに迅速に大きなけん引力を得ることが望まれる。

[0027] しかし、上述したようにロードセンシング制御が行われると、作業機用操作レバーの 倒し始めでは作業機用油圧ポンプの容量は最大となり作業機トルク (ポンプ吸収トル ク）が大きくなる。このため図 1において、車両を走行させたりけん引力を得るために 使われる走行トルク（トルク線 TS)は、小さなものとなる。

[0028] し力も、エンジン低回転領域は、エンジントルクが最大トルク TMには達して!/ヽな!ヽ 低トルク領域であり、エンジン馬力も定格点 PMにはほど遠い低馬力領域である。

[0029] このため作業機用操作レバーを中立位置カゝら操作しながらアクセルペダルの踏み 込みを開始したとしても、エンジンが迅速に加速せず、車両を迅速に発進させたり迅 速に大きなけん引力を得ることができない。またエンジン回転上昇の吹き上がりが悪 V、ため、オペレータに不快感を与えるとともに操作性が悪 ヽと 、う問題も招来する。

[0030] 一方で、エンジン回転数 Nが高回転領域にあるときには、アクセルペダルの踏み込 みが完了した領域である。

[0031] アクセルペダルの踏み込みが完了して 、る状態で作業機用操作レバーが操作され ているときは、作業機には大きな力が要求される。

[0032] また、一方で、作業機油圧ポンプの容量を制御するシステムを開発するにあたり、 センサや制御装置の構成を簡易にして、コストを低減した 、との要請がある。

[0033] 本発明は、こうした実状に鑑みてなされたものであり、以下のような点を解決課題と するものである。

[0034] a)作業機用操作レバーを中立位置カゝら操作しながらアクセルペダルを踏み込み始 めたときには、エンジンを迅速に加速させて車両を迅速に発進させるとともに迅速に 大きなけん引力を得るようにする。

[0035] b)アクセルペダルの踏み込みが完了して 、る状態で作業機用操作レバーが操作さ れているときには、作業機で大きな力が得られるようにする。

[0036] c)作業機油圧ポンプの容量を制御するシステムを開発するにあたり、センサや制御 装置の構成を簡易にして、コストを低減させる。

[0037] なお、特許文献 1に記載された発明は、エンジン回転数の大きさいかんにかかわら ずに一定条件が成立しさえすれば、作業機用油圧ポンプの容量を制限して吐出量 を小量にすると 、うものである。

[0038] このためエンジンが高回転領域にあるときでも作業機用油圧ポンプの容量が制限さ れてしまう。

[0039] このため作業機の力が制限されてしまい、上述した「アクセルペダルの踏み込みが 完了している状態で作業機用操作レバーが操作されているときには、作業機で大き な力が得られるようにする」 t 、う課題 b)を達成することはできな!、。

[0040] また、特許文献 1に記載された発明によれば、作業機用油圧ポンプの容量を制御 するにあたり、作業車両の作業機が掘削位置にあること、変速機が前進第 1速度段 位置にあること、車両走行速度が設定速度以下であることを検出しなければならず、 センサが多数となり、制御が煩雑なものとなる。このため上述した「作業機油圧ポンプ の容量を制御するシステムを開発するにあたり、センサや制御装置の構成を簡易に して、コストを低減させる」 t 、う課題 c)を達成することはできな!、。

[0041] また、特許文献 1に記載された発明によれば、作業車両が掘削作業を行って 、る状 況しか検出することができず、「アクセルペダルを踏み込み始めている状況」は、検出 することができない。このため、上述した本発明の「作業機用操作レバーを中立位置 カゝら操作しながらアクセルペダルを踏み込み始めたときには、エンジンを迅速に加速 させて車両を迅速に発進させるとともに迅速に大きなけん引力を得るようにする」とい う課題 a)を達成することはできな!、。

課題を解決するための手段

[0042] 第 1発明は、

エンジンのトルク力 走行体に伝達されるとともに、可変容量型の作業機用油圧ポ ンプを介して作業機に伝達される作業車両の作業機用油圧ポンプの制御装置であ つて、 エンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、

エンジン回転数が所定回転数以下となる範囲で、エンジン回転数に対応する作業 機用油圧ポンプの容量の上限値が予め設定される設定手段と、

エンジン回転数検出手段で検出されたエンジン回転数が、前記所定回転数以下で ある場合には、現在の検出エンジン回転数に対応する容量上限値を超えないよう〖こ 、作業機用油圧ポンプの容量を制御する制御手段と

を備えたことを特徴とする。

[0043] 第 2発明は、

エンジンのトルク力 走行体に伝達されるとともに、可変容量型の作業機用油圧ポ ンプを介して作業機に伝達される作業車両の作業機用油圧ポンプの制御装置であ つて、

エンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、

作業機用油圧ポンプの容量を所望する大きさにするための容量制御信号を生成す る容量制御信号生成手段と、

エンジン回転数が所定回転数以下となる範囲で、エンジン回転数に対応する作業 機用油圧ポンプの容量の上限値が予め設定される設定手段と、

エンジン回転数検出手段で検出されたエンジン回転数が、前記所定回転数以下で ある場合には、容量制御信号に対応する所望容量が、現在の検出エンジン回転数 に対応する容量上限値を超えないように、作業機用油圧ポンプの容量を制御する制 御手段と

を備えたことを特徴とする。

[0044] 第 3発明は、第 2発明において、

作業機用油圧ポンプ力 吐出された圧油が作業機用油圧ァクチユエータに供給さ れ、供給された圧油に応じて作業機用油圧ァクチユエータが駆動されて作業機が作 動される作業車両であって、

容量制御信号生成手段は、

作業機用油圧ポンプの吐出圧と、作業機用油圧ァクチユエータの負荷圧との差圧 を所定圧にする容量制御信号を生成するものであること を特徴とする。

[0045] 第 4発明は、第 1発明において、

走行用操作手段の操作量に応じたエンジン回転数となるようにエンジンの回転を変 化させる制御が行われる作業車両であって、

走行用操作手段の操作量が所定操作量以上となって ヽることを条件に、前記制御 手段による作業機用油圧ポンプの容量の制御が行われること

を特徴とする。

[0046] 第 5発明は、第 1発明において、

作業機用油圧ポンプカゝら吐出された圧油が作業機用操作弁を介して作業機用油 圧ァクチユエータに供給され、供給された圧油に応じて作業機用油圧ァクチユエータ が駆動されて作業機が作動されるとともに、

作業機用操作手段の操作量に応じた開口面積となるように作業機用操作弁が作動 される作業車両であって、

作業機用操作手段が操作されたことを条件に、前記制御手段による作業機用油圧 ポンプの容量の制御が行われること

を特徴とする。

[0047] 第 1発明によれば、制御手段 (コントローラ 18)は、エンジン回転数検出手段 laで 検出されたエンジン回転数 Nが、所定回転数 (最大トルク回転数 NM)以下である場 合には、たとえば図 4 (a)に示すように、現在の検出エンジン回転数 Nに対応する容 量上限値 qmを超えな 、ように、作業機用油圧ポンプ 8の容量 qを制御する。

[0048] 第 2発明によれば、容量制御信号生成手段 (LS弁 22)で、作業機用油圧ポンプ 8 の容量 qを所望する大きさにするための容量制御信号が生成される。そして、制御手 段 (コントローラ 18)は、エンジン回転数検出手段 laで検出されたエンジン回転数 N 力 所定回転数 (最大トルク回転数 NM)以下である場合には、図 4 (a)に示すように、 容量制御信号生成手段 (LS弁 22)から出力される容量制御信号に対応する所望容 量力 現在の検出エンジン回転数 Nに対応する容量上限値 qmを超えないように、作 業機用油圧ポンプ 8の容量を制御する。

[0049] 第 3発明では、容量制御信号生成手段 (LS弁 22)で、作業機用油圧ポンプ 8の吐 出圧 Ppと、作業機用油圧ァクチユエータ 14の負荷圧 PLSとの差圧 Δ Pを所定圧 Δ P

LSにする容量制御信号が生成される。

[0050] 第 1発明、第 2発明、第 3発明によれば、エンジン回転数 Nが低回転領域 (最大トル ク回転数 NM以下の回転領域）にある場合には、たとえば図 4 (a)に示す容量制限信 号の特性にしたがい油圧ポンプ 8の容量 qが制限される。

[0051] このため、図 3に示すように、エンジン回転数 Nが最大トルク回転数 NM以下の範囲 で、斜線に相当する分だけ作業機トルクが従来（図 1)に比べて、小さくなる。このよう に作業機トルクが小さくなつた分 (斜線に相当する分)だけ、ホイールローダ 100を走 行させたりけん引力を得るために使われる走行トルク（トルク線 TS)力 大きなものと なる。

[0052] エンジン 1の低回転領域で走行トルク（トルク線 TS)が増大するため、ローダ用操作 レバー 7を中立位置力も操作しながらアクセルペダル 17の踏み込みを開始したとき に、エンジン 1は迅速に加速して、ホイールローダ 100が迅速に発進し迅速に大きな けん引力が得られる。また、エンジン 1の回転上昇の吹き上がりが良くなり、オペレー タに不快感を与えたりすることがなくなり、操作性が向上する。

[0053] 一方、第 1発明、第 2発明、第 3発明によれば、エンジン 1が高回転領域 (最大トルク 回転数 NMを超えた回転領域）にあるときは、図 4 (a)に示すように、油圧ポンプ 8の容 量上限値 qmは、最大容量 qmaxであり、容量制御信号生成手段 (LS弁 22)から出力 される容量制御信号が制限されることはない。

[0054] このためエンジン 1が高回転領域にあるときは、通常の容量制御信号生成手段によ る制御（ロードセンシング制御）にしたがって油圧ポンプ 8の容量が制御され、作業機 (ローダ)で発生する力は、制限されることなぐ大きな力が得られる。

[0055] また、上述した本発明の制御を実現するにあたり、必要なセンサは、エンジン回転 数検出センサ laの一つだけである。し力も上述した本発明の制御は、図 5にて示す ように、センサ laの検出値 Nに対応するポンプ容量上限値 qmを図 4 (a)に示す特性 にしたがい求めてサーボ弁 20に容量制限信号として出力する (ステップ 101、 102、 103)という単純で簡易な制御であるため、既存のロードセンシング制御システムに、 大幅な変更を加えることなくシステムを構築することができ、装置開発のコストを抑え ることがでさる。

[0056] 第 4発明によれば、走行用操作手段 (アクセルペダル） 17の操作量が所定操作量 以上となっていることを条件に、上述した制御手段 (コントローラ 18)による作業機用 油圧ポンプ 8の容量の制御が行われる。すなわち、走行用操作手段 (アクセルペダル 17)の操作量が所定操作量以上であるか否かを判断して、走行用操作手段 (ァクセ ルペダル 17)の操作量が所定操作量以上 (アクセル開度が大)である場合にはオペ レータがエンジン 1を加速させる意思があるものと判断して、その場合のみに、制御 手段 (コントローラ 18)は、図 4 (a)に示す、エンジン回転数検出センサ laで検出され たエンジン回転数 Nに応じた容量制限信号を出力する。

[0057] 第 5発明によれば、作業機用操作手段 (ローダ用操作レバー 7)が操作されたことを 条件に、上述した制御手段 (コントローラ 18)による作業機用油圧ポンプ 8の容量の 制御が行われる。

発明を実施するための最良の形態

[0058] 以下、図面を参照して本発明に係る作業車両の作業機用油圧ポンプの制御装置 の実施の形態について説明する。

[0059] 図 2は、実施形態のホイールローダ 100の構成を、本発明に係る部分について示し ている。なお、実施形態では、作業機として、車体前部のローダを想定している。

[0060] 同図 2に示すように、ホイールローダ 100のエンジン 1の出力軸は、 PTO軸 6に連 結されている。 PTO軸 6は、トルクコンバータ 2に連結されているとともに、ローダ用油 圧ポンプ 8に連結されて!ヽる。

[0061] ローダ用油圧ポンプ 8は、可変容量型油圧ポンプであり、斜板 8aの傾転角が変化 されることにより、ポンプ容量 q (cc/rev)が変化される。

[0062] エンジン 1の出力は、トルクコンバータ 2、トランスミッション 3、ディファレンシャルギア

4を介して駆動輪 5に伝達される。トランスミッション 3は、前進用油圧クラッチ、後進用 油圧クラッチ、速度段クラッチ、つまり 1速用油圧クラッチ、 2速用油圧クラッチ、 3速用 油圧クラッチ、 4速用油圧クラッチからなり、車速等に応じて、前進用油圧クラッチ、後 進用油圧クラッチのいずれかが選択されるとともに、速度段クラッチのいずれかのクラ ツチが選択されて、変速が行われる。 [0063] また、エンジン 1の出力は、ローダ用油圧ポンプ 8に伝達される。

[0064] ローダ用油圧ポンプ 8が駆動されると、吐出圧油がローダ用操作弁 12を介してロー ダ用油圧シリンダ 14に供給される。

[0065] ローダ用油圧シリンダ 14は、ローダに接続されている。ローダ用油圧シリンダ 14に 圧油が供給されると、ローダが作動される。つまり、ローダを構成するブームが上昇な いしは下降し、パケットがチルトする。ローダ用操作弁 12のスプールは、ローダ用操 作レバー 7の操作に応じて、移動され、それに応じて操作弁 12の開口面積が変化し

、ローダ用油圧シリンダ 14に供給される流量が変化される。

[0066] エンジン 1の出力軸には、エンジン 1の実際の回転数 Nを検出するエンジン回転数 検出センサ laが設けられている。エンジン回転数検出センサ laで検出されたェンジ ン回転数 Nは、コントローラ 18に入力される。

[0067] アクセルペダル 17は、オペレータによって操作され、アクセルペダル 17に設けられ たストロークセンサ 17aによって操作量 (踏み込み量）が検出され、操作量を示す信 号がコントローラ 18に入力される。

[0068] コントローラ 18は、ストロークセンサ 17aの入力信号に基づいて、エンジン 1の回転 数力、アクセルペダル 17の操作量に応じた目標回転数となるようにエンジン 1を制御 する。

[0069] エンジン 1はディーゼルエンジンであり、その出力の制御は、シリンダ内に噴射する 燃料量を調整することで行われる。この調整はエンジン 1の燃料噴射ポンプに付設し たガバナを制御することで行われる。ガバナとしては、一般的にオールスピード制御 方式のガバナが用いられ、アクセルペダル 17の踏み込み量に応じた目標回転数と なるように、負荷に応じてエンジン回転数と燃料噴射量とを調整する。すなわちガバ ナは目標回転数と実際のエンジン回転数との差がなくなるよう燃料噴射量を増減す る。エンジン 1の出力特性は、図 3で表される。図 3の横軸は、エンジン回転数 Nであ り、縦軸がエンジントルク Tである。

[0070] 図 3は、エンジン回転数 Nとエンジントルク Tとの関係、つまりエンジンパワーカーブ

(最大トルク線) TCを示して ヽる。エンジンパワーカーブ TCで規定される領域がェン ジンが出し得る性能を示す。ガバナは、トルクがエンジンパワーカーブ (最大トルク線 )TCを超えて、黒煙が外気に排出される排気煙限界外とならないように、またェンジ ン回転数 Nがハイアイドル回転数 (無負荷最高回転数) NHを超えて過回転とならな いようにエンジン 1を制御する。エンジン 1は、ローアイドル回転数 (無負荷最低回転 数) NL以上で稼動される。エンジン回転数 Nが最大トルク回転数 NMに達したときェ ンジンパワーカーブ TC上の最大トルク点 PMに達し、エンジン 1で最大トルク TMが得 られる。さらにエンジン回転数が上昇しエンジンパワーカーブ TC上の定格点 PRに達 すると、定格出力が得られる。

[0071] つぎに、ローダ用油圧ポンプ 8をロードセンシング制御するための構成について説 明する。

[0072] LS (ロードセンシング）弁 22は、油圧ポンプ 8の吐出圧 Ppと、ローダ用油圧シリンダ 14の負荷圧 PLSとの差圧 Δ Pを一定差圧 Δ PLSにするための容量制御信号を生成 、出力する。

[0073] LS弁 22には、一定差圧 A PLSを設定するパネ 19が付与されている。 LS弁 22のノ ネ 19側と反対側のパイロットポートには、油圧ポンプ 8の吐出圧 Ppがパイロット圧とし て加えられ、パネ 19側のパイロットポートには、ローダ用油圧シリンダ 14の負荷圧 PL Sがパイロット圧としてカ卩えられる。

[0074] このため LS弁 22からは差圧 Δ Pを一定差圧 Δ PLSにするための容量制御信号 (油 圧信号)がサーボ弁 20に供給される。サーボ弁 20は、供給された容量制御信号に 応じた作動し、油圧ポンプ 8の斜板 8aを駆動し、油圧ポンプ 8の容量 qを制御する。

[0075] ローダ用操作弁 12の開口面積を A、抵抗係数を cとすると、油圧ポンプ 8の吐出流 量 Qは、

Q = c 'A* （Δ Ρ)

で表される。差圧 Δ Ρは、 LS弁 22により一定になるのでポンプ流量 Qは操作弁 12の スプールの開口面積 Aによってのみ変化する。

[0076] ローダ用操作レバー 7を操作すると操作量に応じてローダ用操作弁 12の開口面積 Aが増加し、開口面積 Aの増加に応じてポンプ流量 Qが増加する。このときポンプ流 量 Qは作業油圧負荷の影響を受けずローダ用操作レバー 7の操作量のみによって 定まる。このように LS弁 22を設けたことにより、ポンプ流量 Qは作業油圧負荷によつ て増減することなくオペレータの意思通りに（ローダ用操作レバー 7の操作位置に応 じて)変化しファインコントロール性つまり中間操作領域における操作性が向上する。

[0077] し力し、ロードセンシング制御では、エンジン回転数 Nの大きさ!/、かんにかかわらず 、常にローダ用油圧シリンダ 14が要求する通りの流量を供給するために、ローダ用 操作レバー 7が中立位置カゝら操作されると、エンジン 1が低回転域でも高回転域と変 わらずに油圧ポンプ 8の斜板 8aの傾転角が最大となり、大きな吐出圧となってしまい 、油圧ポンプ 8の吸収トルクが大きくなつてしまう。

[0078] このためコントローラ 18では、エンジン 1の回転数が所定回転数以下である場合に は、サーボ弁 20に容量制限信号を出力することで、 LS弁 22から出力される容量制 御信号を制限して、油圧ポンプ 8の斜板 8aの傾転角を所定レベル以下にしている。

[0079] (第 1実施例）

図 4 (a)は、コントローラ 18から出力される容量制限信号の特性を示している。この 特性は、関数式あるいはデータテーブル形式でコントローラ 18の内部のメモリに設定 されている。同図 4 (a)の横軸は、エンジン回転数 Nであり、縦軸は、油圧ポンプ 8の 容量 q (斜板傾転角）の上限値 qmである。同図 4 (a)に示すように、容量制限信号は、 エンジン回転数 Nが最大トルク回転数 NM以下となる範囲で、エンジン回転数 Nに対 応する作業機用油圧ポンプ 8の容量の上限値 qmを定めるものである。容量制限信号 は、エンジン回転数 Nがローアイドル回転数 NLのときに油圧ポンプ 8の容量 qの上限 値 qmが最小値 qminとなり、以後エンジン回転数 Nの上昇に比例して油圧ポンプ 8の 容量 qの上限値 qmが上昇し、エンジン回転数 Nが最大トルク回転数 NMのときに油圧 ポンプ 8の容量 qの上限値 qmが最大値 qmaxとなるような特性に定められている。

[0080] 図 4 (a)に示す容量制限信号の特性は一例であり、図 4 (a)に置換して図 4 (b)、図 4 (c)に示すような特性に容量制限信号を定めてもよい。

[0081] 図 4 (b)では、エンジン回転数 Nと油圧ポンプ 8の容量の上限値 qmとの関係が非線 形である特性を例示して ヽる。

[0082] 図 4 (c)は、エンジン回転数 Nの変化にかかわらず油圧ポンプ 8の容量の上限値 qm が一定である特性を示して 、る。

[0083] また、図 4 (a)では、油圧ポンプ 8の容量 qを制限する範囲を、最大トルク回転数 NM 以下の範囲としている力 図 4 (d)に示すように、最大トルク回転数 NMよりも低い所定 回転数 N1以下の範囲で油圧ポンプ 8の容量 qを制限してもよぐ図 4 (e)に示すように 、最大トルク回転数 NMよりも高い所定回転数 N2以下の範囲で油圧ポンプ 8の容量 q を制限してもよい。これは図 4 (b)、図 4 (c)についても同様である。

[0084] 図 5は、本実施例のフローチャートであり、コントローラ 18で行われる処理の手順を 示している。

[0085] エンジン回転数検出センサ laで検出されたエンジン回転数 Nがコントローラ 18に 入力される (ステップ 101)。

[0086] 入力された現在のエンジン回転数 Nに対応する容量上限値 qm力 図 4 (a)に示す 特性にしたがい、求められる (ステップ 102)。

[0087] 求められた容量上限値 qmを示す容量制限信号がコントローラ 18から出力されて、 サーボ弁 20に加えられる（ステップ 103)。

[0088] これにより LS弁 22から出力されている容量制御信号に対応する所望容量力 コン トローラ 18から出力されている容量制限信号に対応する容量上限値 qmを超えないよ うに、油圧ポンプ 8の斜板 8aの傾転角が制御される。

[0089] LS弁 22から現在出力されている容量制御信号に対応する所望容量 (たとえば最 小容量 qmin)力 コントローラ 18から現在出力されている容量制限信号に対応する 容量上限値 qm (たとえば最大容量 qmax)以下である場合には、油圧ポンプ 8の容量 qは、 LS弁 22から現在出力されて ヽる容量制御信号に対応する所望容量 (最小容 量 qmin)に調整され、ロードセンシング制御が行われる。

[0090] これに対して、 LS弁 22から現在出力されている容量制御信号に対応する所望容 量 (たとえば最大容量 qmax)が、コントローラ 18から現在出力されている容量制限信 号に対応する容量上限値 qm (たとえば最小容量 qmin)を超えている場合には、油圧 ポンプ 8の容量 qは、コントローラ 18から現在出力されている容量制限信号に対応す る容量上限値 qm (最小容量 qmin)に調整され、油圧ポンプ 8の容量 qが制限される。

[0091] つぎに本実施例の効果について図 3を参照して説明する。

[0092] オペレータがローダ用操作レバー 7を中立位置力も操作しながらアクセルペダル 17 の踏み込みを開始するときは、作業機であるローダの迅速な作動よりもむしろェンジ ン 1の加速を優先した 、状況であることが多 、。たとえばローダの掘削位置を修正し ながら地山に向けてホイールローダ 100を発進させようとするときには、エンジン 1を 迅速に加速させてホイールローダ 100を迅速に発進させるとともに迅速に大きなけん 引力を得ることが望まれる。

[0093] ロードセンシング制御が行われると、ローダ用操作レバー 7の倒し始めではローダ 用油圧ポンプ 8の容量 qを最大容量 qmaxにする容量制御信号が出力される。

[0094] しかし、本実施例では、上述したように容量制限信号によって、容量制御信号は、 エンジン低回転領域 (最大トルク回転数 NM以下の回転領域)で制限される。

[0095] このため本実施例によれば、図 3に示すように、エンジン回転数 Nが最大トルク回転 数 NM以下の範囲で、斜線に相当する分だけ作業機トルクが従来（図 1)に比べて、 小さくなる。このように作業機トルクが小さくなつた分 (斜線に相当する分)だけ、ホイ ールローダ 100を走行させたりけん引力を得るために使われる走行トルク（トルク線 T S)が、大きなものとなる。

[0096] エンジン 1の低回転領域で走行トルク（トルク線 TS)が増大するため、ローダ用操作 レバー 7を中立位置力も操作しながらアクセルペダル 17の踏み込みを開始したとき に、エンジン 1は迅速に加速して、ホイールローダ 100が迅速に発進し迅速に大きな けん引力が得られる。また、エンジン 1の回転上昇の吹き上がりが良くなり、オペレー タに不快感を与えたりすることがなくなり、操作性が向上する。

[0097] 一方、本実施例では、エンジン 1が高回転領域 (最大トルク回転数 NMを超えた回 転領域）にあるときは、油圧ポンプ 8の容量上限値 qmは、最大容量 qmaxであり、容量 制御信号が制限されることはない。

[0098] このためエンジン 1が高回転領域にあるときは、ロードセンシング制御にしたがって 油圧ポンプ 8の容量が制御され、作業機 (ローダ)で発生する力は、制限されることな ぐ大きな力が得られる。

[0099] また、上述した本実施例の制御を実現するにあたり、必要なセンサは、エンジン回 転数検出センサ laの一つだけである。し力も上述した本実施例の制御は、図 5に示 すように、センサ laの検出値 Nに対応するポンプ容量上限値 qmを図 4 (a)に示す特 性にしたがい求めてサーボ弁 20に容量制限信号として出力するという単純で簡易な 制御であるため、既存のロードセンシング制御システムに、大幅な変更を加えることな くシステムを構築することができ、装置開発のコストを抑えることができる。

[0100] (第 2実施例）

上述した第 1実施例に対しては種々の変形が可能である。

[0101] 上述した実施例では、 LS弁 22からロードセンシング制御を行うための容量制御信 号が出力される場合を想定して説明した。しかし、油圧ポンプ 8の容量を制御する方 式は、クローズドセンタ方式に限定されるわけではなぐローダ用操作弁 7に、中立回 路を設けて、中立回路を流れる圧油の流量を検出して検出した流量に基づいて油圧 ポンプ 8の容量を制御するというオープンセンタ方式で油圧ポンプ 8の容量を制御す る場合に、本発明を適用してもよい。この場合、オープンセンタ方式による容量制御 信号に対応する所望容量が、コントローラ 18から出力される容量制限信号に対応す る容量上限値 qmによって、制限される。

[0102] (第 3実施例）

上述した実施例では、アクセルペダル 17の操作量の大きさ如何にかかわらずに、 エンジン回転数検出センサ laで検出されたエンジン回転数 Nに応じた容量制限信 号を出力している。しかし、アクセルペダル 17の操作量が所定操作量以上であるか 否かを判断して、アクセルペダル 17の操作量が所定操作量以上 (アクセル開度が大 )である場合にはオペレータがエンジン 1を加速させる意思があるものと判断して、そ の場合のみに、エンジン回転数検出センサ laで検出されたエンジン回転数 Nに応じ た容量制限信号を出力する実施も可能である。

[0103] この場合、図 5のステップ 101の前段で、 「アクセルペダル 17のストロークセンサ 17 aによって検出された操作量がコントローラ 18に入力され、入力されたアクセルぺダ ル 17の操作量が所定操作量以上であるか否かを判断する処理」が行われ、アクセル ペダル 17の操作量が所定操作量以上である場合のみに、ステップ 101に移行され て、エンジン回転数検出センサ laの検出値 Nに対応するポンプ容量上限値 qmを図 4 (a)に示す特性にしたがい求めてサーボ弁 20に容量制限信号として出力するとい う処理 (ステップ 101、 102、 103)が行われる。

[0104] (第 4実施例） 上述した実施例では、ローダ用操作レバー 7の操作位置如何にかかわらずに、コン トローラ 18から容量制限信号を出力する場合を想定した。

[0105] しかし、ローダ用操作レバー 7の操作位置を検出するレバー操作位置検出センサを 設け、レバー操作位置検出センサによってローダ用操作レバー 7が中立位置力も操 作されたことを条件に、コントローラ 18から容量制限信号を出力する実施も可能であ る。

[0106] この場合、図 5のステップ 101の前段で、「ローダ用操作レバー 7の操作位置を示す 信号がコントローラ 18に入力され、ローダ用操作レバー 7が中立位置力も操作された か否かを判断する処理」が行われ、ローダ用操作レバー 7が中立位置力 操作され た場合のみに、ステップ 101に移行されて、エンジン回転数検出センサ laの検出値 Nに対応するポンプ容量上限値 qmを図 4 (a)に示す特性にしたがい求めてサーボ弁 20に容量制限信号として出力するという処理 (ステップ 101、 102、 103)が行われる

[0107] (第 5実施例）

上述した実施例では、エンジン回転数検出センサ laの検出回転数如何にかかわら ずに、コントローラ 18から容量制限信号を出力している。しかし、エンジン回転数検 出センサ laの検出回転数 Nが所定回転数 (最大トルク回転数 NM)以下である力否 かを判断して、エンジン回転数 Nが所定回転数以下 (最大トルク回転数 NM)である 場合にはオペレータがアクセルペダル 17の踏み込みを開始したものと判断して、そ の場合のみに、エンジン回転数検出センサ laで検出されたエンジン回転数 Nに応じ た容量制限信号を出力する実施も可能である。

[0108] この場合、図 5のステップ 101のつぎのステップで、 「エンジン回転数検出センサ la によって検出された回転数 Nが所定回転数 (最大トルク回転数 NM)以下であるカゝ否 かを判断する処理」が行われ、エンジン回転数 Nが所定回転数 (最大トルク回転数 N M)以下である場合のみに、ステップ 102に移行されて、エンジン回転数検出センサ 1 aの検出値 Nに対応するポンプ容量上限値 qmを図 4 (a)に示す特性にしたがい求め てサーボ弁 20に容量制限信号として出力するという処理 (ステップ 102、 103)が行 われる。 [0109] (第 6実施例）

上述した実施例では、 LS弁 22からサーボ弁 20に供給される容量制御信号を、コ ントローラ 18からサーボ弁 20に出力される容量制限信号によって制限する場合を想 し 7こ。

[0110] しかし、エンジン 1の低回転領域と高回転領域とで、サーボ弁 20に供給される容量 制御信号を択一的に切り換えて、低回転領域における油圧ポンプ 8の容量を制限し てもよい。

[0111] たとえば図 6のように、 LS弁 22からサーボ弁 20への供給油路に、切換弁 23が設け られる。コントローラ 18から出力される容量制御信号 (電気信号)を比例減圧弁 24に 加える。容量制御信号 (電気信号）に応じて比例減圧弁 24からサーボ弁 20に供給さ れる容量制御信号 (油圧信号)を第 1の容量制御信号とする。一方、 LS弁 22から出 力される容量制御信号を第 2の容量制御信号とする。

[0112] この場合、エンジン回転数検出センサ laによって検出された回転数 Nが所定回転 数 (最大トルク回転数 NM)以下である場合には、切換弁 23が、第 1の容量制御信号 をサーボ弁 20に供給する位置に切り換えられる。このためコントローラ 18では図 4 (a )に示す特性にしたがった容量制御信号が出力されて、比例減圧弁 24から切換弁 2 3を介して第 1の容量制御信号がサーボ弁 20に供給される。このためエンジン 1の低 回転領域 (最大トルク回転数 NM以下の回転領域)では、油圧ポンプ 2の容量 qは、 図 4 (a)に示す特性にしたがって変化し、油圧ポンプ 8の容量 qが制限される。一方、 エンジン回転数検出センサ laによって検出された回転数 Nが所定回転数 (最大トル ク回転数 NM)を超えている場合には、切換弁 23が、第 2の容量制御信号をサーボ 弁 20に供給する位置に切り換えられる。このため LS弁 22から第 2の容量制御信号 が切換弁 23を介してサーボ弁 20に供給される。このためエンジン 1の高回転領域（ 最大トルク回転数 NMを超えた回転領域)では、油圧ポンプ 8の容量 qは、ロードセン シング制御にしたが!、変化する。

産業上の利用可能性

[0113] 本発明は、ホイールローダに限定されることなぐエンジン出力（エンジントルク）が、 走行負荷と作業負荷の双方に配分される作業車両であれば、同様に適用することが できる。

図面の簡単な説明

[図 1]図 1は、従来技術を説明するために用いた図で、エンジン回転数とエンジントル クとの関係を示す図である。

[図 2]図 2は、実施形態の作業車両の構成を示す図である。

[図 3]図 3は、本実施例を説明するために用いた図で、エンジン回転数とエンジントル クとの関係を示す図である。

[図 4]図 4 (a)、（b)、（c)、（d)、（e)はそれぞれ、本実施例で用いられる容量制限信 号の特性を例示した図である。

[図 5]図 5は、コントローラで行われる処理の手順を説明する図である。

[図 6]図 6は、他の構成例を示した図である。

Claims

請求の範囲

[1] エンジンのトルクが、走行体に伝達されるとともに、可変容量型の作業機用油圧ボン プを介して作業機に伝達される作業車両の作業機用油圧ポンプの制御装置であつ て、

エンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、

エンジン回転数が所定回転数以下となる範囲で、エンジン回転数に対応する作業 機用油圧ポンプの容量の上限値が予め設定される設定手段と、

エンジン回転数検出手段で検出されたエンジン回転数が、前記所定回転数以下で ある場合には、現在の検出エンジン回転数に対応する容量上限値を超えないよう〖こ 、作業機用油圧ポンプの容量を制御する制御手段と

を備えたことを特徴とする作業車両の作業機用油圧ポンプの制御装置。

[2] エンジンのトルクが、走行体に伝達されるとともに、可変容量型の作業機用油圧ボン プを介して作業機に伝達される作業車両の作業機用油圧ポンプの制御装置であつ て、

エンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、

作業機用油圧ポンプの容量を所望する大きさにするための容量制御信号を生成す る容量制御信号生成手段と、

エンジン回転数が所定回転数以下となる範囲で、エンジン回転数に対応する作業 機用油圧ポンプの容量の上限値が予め設定される設定手段と、

エンジン回転数検出手段で検出されたエンジン回転数が、前記所定回転数以下で ある場合には、容量制御信号に対応する所望容量が、現在の検出エンジン回転数 に対応する容量上限値を超えないように、作業機用油圧ポンプの容量を制御する制 御手段と

を備えたことを特徴とする作業車両の作業機用油圧ポンプの制御装置。

[3] 作業機用油圧ポンプ力 吐出された圧油が作業機用油圧ァクチユエータに供給され 、供給された圧油に応じて作業機用油圧ァクチユエータが駆動されて作業機が作動 される作業車両であって、

容量制御信号生成手段は、 作業機用油圧ポンプの吐出圧と、作業機用油圧ァクチユエータの負荷圧との差圧 を所定圧にする容量制御信号を生成するものであること

を特徴とする請求項 2記載の作業車両の作業機用油圧ポンプの制御装置。

[4] 走行用操作手段の操作量に応じたエンジン回転数となるようにエンジンの回転を変 化させる制御が行われる作業車両であって、

走行用操作手段の操作量が所定操作量以上となって ヽることを条件に、前記制御 手段による作業機用油圧ポンプの容量の制御が行われること

を特徴とする請求項 1記載の作業車両の作業機用油圧ポンプの制御装置。

[5] 作業機用油圧ポンプカゝら吐出された圧油が作業機用操作弁を介して作業機用油圧 ァクチユエータに供給され、供給された圧油に応じて作業機用油圧ァクチユエータが 駆動されて作業機が作動されるとともに、

作業機用操作手段の操作量に応じた開口面積となるように作業機用操作弁が作動 される作業車両であって、

作業機用操作手段が操作されたことを条件に、前記制御手段による作業機用油圧 ポンプの容量の制御が行われること

を特徴とする請求項 1記載の作業車両の作業機用油圧ポンプの制御装置。