CN102575665A - 液压工程机械的液压驱动装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种液压工程机械的液压驱动装置，当通过使作用在发动机上的负荷增加来使排出气体温度上升至粒子状物质燃烧所必需的温度时，能够可靠地将排出压力控制在设定值。在液压工程机械的非作业状态下，通过控制器(14)和排出压力控制用控制阀(20)控制可变节流器(19)而使可变容量型液压泵(4)的排出压力上升，由此使作用在发动机上的负荷增加并使排出气体温度上升至粒子状物质燃烧所必需的温度。此时，控制器(14)以使排出压力传感器(21)所检测出的排出压力与预设定的基准排出压力一致的方式控制排出压力控制用控制阀(20)。基准排出压力设定为在排出气体中具有粒子状物质的燃烧所必需的热量的最低限度的程度。

Description

液压工程机械的液压驱动装置
技术领域
本发明为具备排出气体净化装置的液压工程机械的液压驱动装置，该排出气体净化装置使用过滤器对发动机中因不完全燃烧而产生的排出气体中的粒子状物质进行捕集，具体涉及在液压工程机械的非作业状态下，通过增加发动机输出，使排出气体中具有粒子状物质燃烧必需的热量，燃烧并除去排出气体净化装置的过滤器的粒子状物质的液压工程机械的液压驱动装置。
背景技术
液压工程机械的液压驱动装置具备：发动机；接受该发动机的动力传递并被驱动的可变容量型液压泵；利用由该可变容量型液压泵排出的工作油驱动的液压促动器；安装在可变容量型液压泵和液压促动器之间并能够对将工作油向液压促动器供给的供给状态和不供给地使工作油返回至工作油箱的非供给状态进行切换的促动器控制用控制阀；以及利用过滤器捕集发动机中因不完全燃烧而产生的排出气体中的粒子状物质的排出气体净化装置。
排出气体净化装置设置在将发动机的排出气体向液压工程机械的外部引导的排气管上。由该排出气体净化装置的过滤器捕集到的粒子状物质利用排出气体的热量被燃烧，由此从过滤器中除去。
在液压工程机械的非作业状态中，即在上述非供给状态下，出于节能的目的，使发动机输出降低至可变容量型液压泵排出液压回路的冷却和润滑中所必需的最低排出压力和最小排出量的液压油所需要的大小。
当发动机输出降低时，排出气体的温度也变低。与此相伴，变得难以通过排出气体的热量产生粒子状物质的燃烧，从而排出气体净化装置的过滤器的网眼容易堵住。为了防止过滤器的网眼堵塞，以往的液压工程机械的液压驱动装置当检测到过滤器的网眼堵塞时，通过使可变容量型液压泵的排出压力和排出量上升，使作用在发动机上的负荷增加，并使排出气体温度上升到粒子状物质燃烧所必需的温度。升高排出压力的机构为能够打开和关闭将可变容量型液压泵的排出油从可变容量型液压泵向工作油箱引导的管道的切换阀，在非供给状态下，通过控制该切换阀能够使排出压力上升。(例如参照专利文献1)
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特许第3073380号公报
发明内容
发明所要解决的课题
但是，在非作业状态下，当为了粒子状物质的燃烧而升高发动机输出时，从节能的观点考虑，作用在该发动机上的负荷的大小最好为，使排出气体温度上升至粒子状物质燃烧所必需的温度的最低限度的大小。然而上述以往的液压工程机械的液压驱动装置未将作用在发动机上的负荷控制为该最低限度的大小。
发动机负荷为由可变容量型液压泵的排出压力和排出量的乘积决定的值，而排出量为由可变容量型液压泵的排量和发动机转速的乘积决定的值。因而，为了使上述最低限度的负荷作用在发动机上，排量和发动机转速之间的乘积的设定值越大，则需要排出压力的设定值越小，反之，排量和发动机转速之间的乘积的设定值越小则需要排出压力的设定值越大。即，为了使该最低限度的负荷作用在发动机上，需要在排量和发动机转速之间的关系中，将排出压力设定为最低限的程度。然而，由于实际的排出压力因液压驱动装置的制造误差而在每个液压驱动装置中存在一些不同，因此在液压工程机械之间产生如下的偏差，即、在某一液压驱动装置中，实际的排出压力比设定值高，而在另外的液压驱动装置中，则实际排出压力比设定值低。当实际排出压力比设定值高时，则浪费发动机输出，当实际排出压力比设定值低时，则粒子状物质的除去性能变得不够充分。
本发明是考虑到上述问题而做出的技术方案，其目的为提供一种液压工程机械的液压驱动装置，其在通过使作用在发动机上的负荷增加来使排出气体温度升高至粒子状物质燃烧所必需的温度时，能够可靠地将排出压力控制在设定值。
用于解决问题的手段
为了达成上述目的，本发明的液压工程机械的液压驱动装置构成如下。
(1)本发明的液压工程机械的液压驱动装置，具备：发动机；接受该发动机的动力传递并被驱动的可变容量型液压泵；由从该可变容量型液压泵所排出的工作油被驱动的液压促动器；促动器控制用控制阀，安装在上述可变容量型液压泵和上述液压促动器之间，并能够对将来自上述可变容量型液压泵的工作油向上述液压促动器供给的供给状态和不供给地返回工作油箱的非供给状态进行切换；排出气体净化装置，利用过滤器捕集在上述发动机中产生的排出气体中的粒子状物质；对上述可变容量型液压泵的排出压力进行控制的排出压力控制机构；以及对该排出压力控制机构进行控制的控制机构，其中，在上述非供给状态，通过上述控制机构控制上述排出压力控制机构而使上述可变容量型液压泵的排出压力上升，使发动机负荷增加而使排出气体温度上升至粒子状物质的燃烧所必需的温度，其特征在于，还具备检测上述可变容量型液压泵的排出压力的压力检测机构，上述控制机构以使上述压力检测机构所检测出的排出压力成为预设定的排出压力的方式控制上述排出压力控制机构。
在该(1)所记载的本发明中，控制机构以使压力检测机构所检测出的排出压力成为预设定的排出压力的方式控制排出压力控制机构。由此，当通过使作用在发动机上的负荷增加来使排出气体温度上升至粒子状物质燃烧所必需的温度时，能够可靠地将排出压力控制为设定值。
(2)本发明在(1)所记载的发明中，其特征在于，上述压力控制机构为可变节流器，在从上述可变容量型液压泵所排出的液压油的流路上设置于上述促动器控制用控制阀的上游侧。
(3)本发明在(1)所记载的发明中，其特征在于，上述压力控制机构为可变节流器，在从上述可变容量型液压泵所排出的液压油的流路上设置于上述促动器控制用控制阀的下游侧。
发明的效果
根据本发明，如上所述，当通过使作用在发动机上的负荷增加来使排出气体温度升高至粒子状物质燃烧所必需的温度时，能够可靠地将排出压力控制在设定值。因而，能够抑制液压工程机械的非状态下消除排出气体净化装置的过滤器的网银堵塞时的燃料消耗量，并能够有助于节能。
附图说明
图1为表示本发明的第一实施方式的液压工程机械的液压驱动装置的构成的液压回路图。
图2为表示抽取图1所示的液压驱动装置的电气系统的框图。
图3为表示图2所示的控制器中的处理流程的流程图。
图4为表示本发明的第二实施方式的液压工程机械的液压驱动装置的构成的液压回路图。
具体实施方式
第一实施方式
使用图1说明本发明的第一实施方式的液压工程机械的液压驱动装置。图1为表示本发明的第一实施方式的液压工程机械的液压驱动装置构成的液压回路图。图2为表示抽取图1所示的液压驱动装置的电气系统的框图。图3为表示图2所示的控制器中的动作的流程的流程图。
如图1所示，第一实施方式的液压工程机械的液压驱动装置1具备：通过发动机控制器3电子控制燃料喷射量的发动机2(例如柴油发动机)；接受该发动机2的动力传递并被驱动的可变容量型液压泵4和先导泵5(固定容量型泵)；以及被从该可变容量型液压泵4排出的工作油驱动的液压促动器6。尽管图1将液压缸作为液压促动器的一例进行表示，但也可为液压马达。
在可变容量型液压泵4和液压驱动器6之间安装有促动器控制用控制阀7促动，该驱动器控制用控制阀7能够对将来自可变容量型液压泵4的工作油向液压促动器6供给的供给状态和不供给的非供给状态进行切换。该促动器控制用控制阀7为三位阀。当处于该三个阀位置中的中立位置S时，促动器控制用控制阀7变为上述非供给状态(图1表示的状态)，将来自可变容量型液压泵4的工作油向工作油箱8引导。当分别位于中立位置S的左右两侧的阀位置L、R时，促动器控制用控制阀7变为上述供给状态。
促动器控制用控制阀7为液压先导式阀。施加给该促动器控制用控制阀7的先导压力借助于包含先导阀的操作装置9，将先导泵5的排出压力作为一次压力而生成。通过从操作装置9经由第一先导线10将压力施加给第一受压部7a，促动器控制用控制阀7从中立位置S向阀位置L方向切换，反之，通过由操作装置9生成的先导压力经由第二先导线11施加给第二受压部7b，促动器控制用控制阀7从中立位置S向阀位置R方向切换。
第一、第二先导线10、11与高压选择阀12连接。高压选择阀12所选择的高压侧压力由压力传感器13(以下称为“先导压力传感器13”)进行检测。该先导压力传感器13能够将检测压力Pp转换为先导压力信号(电信号)，并将该先导压力信号向控制器14输入。
在发动机2上设置有将排出气体向液压工程机械的外部引导的排气管15。在该排气管15的中途位置设置有排出气体净化装置16，其利用过滤器对在发动机2中由燃烧产生的排出气体中的粒子状物质进行捕集。
在排气管15上设置有检测排出气体净化装置16的上游侧的排出气体压力与下游侧的排出气体压力之间的压差的压差传感器17。当排出气体净化装置16的过滤器的网眼堵塞量增加时，由于排出气体的流道阻力增加，从而上游侧的排出气体压力比下游侧压力增大，因而压差传感器17检测出表示上游侧的排出气体压力为比下游侧更高的压力的压差。压差传感器17将检测压差ΔPe转换为压差信号(电信号)。并能将该压差信号向控制器14输入。
可变容量型液压泵4具有：使排量可变的排量可变机构部4a；以及对该排量可变机构部4a进行控制的液压先导式调节器4b。施加给调节器4b的先导压力通过排量控制用控制阀18生成。该排量控制用控制阀18将先导泵5的排出压力作为一次压力，并生成该先导压力。另外，该排量控制用控制阀18为电磁阀，根据来自控制器14的排量控制信号(电流)，使施加给调节器4b的先导压力变化。
在从可变容量型液压泵4排出的液压油的流路的、比促动器控制用控制阀7更上游侧的管道上设置有作为能够使排出压力上升的排出压力控制机构的可变节流器19。该可变节流器19为弹簧恢复(spring return)式的二位阀，其将打开位置作为初始位置，并能够使阀体向关闭位置的方向移动。另外，该可变节流器19为液压先导式阀。提供给该可变节流器19的先导压力由排出压力控制用控制阀20生成。该排出压力控制用控制阀20将先导泵5的排出压力作为一次压力，并生成该先导压力。另外，该排出压力控制用控制阀20为电磁阀，并根据来自控制器14的排出压力控制信号(电流)，使施加给可变节流器19的先导压力变化。排出压力控制用控制阀20和控制器14构成可变节流器19(排出压力控制机构)的控制机构。
在可变容量型液压泵4和可变节流器19之间的管道上设置有压力传感器21(以下称为“排出压力传感器21”)，其作为检测可变容量型液压泵4的排出压力的排出压力检测机构。排出压力传感器21能够使检测排出压力Pd转换为排出压力信号(电信号)，并能够使该排出压力信号向控制器14输入。
如图2所示，控制器14具有CPU、ROM及RAM，并通过计算机程序进行如下设定。
控制器14设定为作为先导压力判定机构而发挥功能。该先导压力判定机构对由来自先导压力传感器13的先导压力信号表示的检测压力Pp是否未达到使促动器控制用控制阀7工作的设定压力Pps进行判断，即判断促动器控制用控制阀7的状态是否为将来自可变容量型液压泵4的工作油向液压促动器6供给的供给状态，还是未供给的非供给状态。供给状态为液压工程机械的作业状态，而非供给状态为液压工程机械的非作业状态。即，通过高压选择阀12和先导压力传感器13和控制器14，能够检测液压工程机械的作业状态和非作业状态。
控制器14还设定为作为压差判定机构而发挥功能。该压差判定机构判断由来自压差传感器17的压差信号表示的检测压差ΔPe是否为预设定的基准压差ΔPes以上。检测压差ΔPe由于伴随排出气体净化装置16的过滤器的网眼堵塞且排出气体的流路阻力增大而增加。即，通过压差传感器17和控制器14，能够检测排出气体净化装置16的过滤器的网眼堵塞。
控制器14还设定为作为发动机转速指令机构而发挥功能。该发动机转速指令机构将预设定的第一目标转速信号R1向发动机控制器3提供。第一目标转速出于节能的目的，设定为为了使发动机转速降低至可变容量型液压泵4排出液压回路的冷却和润滑中所必需的最低排出压力和最小排出量的液压油所必需的大小。
另外，发动机转速指令机构将施加给发动机控制器3的目标转速信号从上述第一目标转速信号R1向第二目标转速信号R2进行切换。该第二目标转速信号R2为与预设定的第二目标转速相对应的信号。该第二目标转速比上述第一目标转速大。
控制器14还设定为作为排量控制用阀控制机构而发挥功能。该排量控制用阀控制机构将与预设定的第一排量相应的第一排量控制信号DS1提供给排量控制用控制阀18。当排量控制用控制阀18根据第一排量控制信号DS1将先导压力提供给调节器4b时，调节器4b操作排量可变机构部4a，并将可变容量型液压泵4的排量设定为第一排量。可变容量型液压泵4在设定为第一排量的状态下，当通过在上述第一目标旋转速度下工作的发动机2驱动时，排出上述最小排出量的液压油。
另外，排量控制用阀控制机构将提供给排量控制用控制阀18的排量控制信号从上述第一排量控制信号DS1切换为预设定的第二排量控制信号DS2。当排量控制用控制阀18根据第二排量控制信号DS2将先导压力提供给调节器4b时，调节器4b操作排量可变机构部4a，并将可变容量型液压泵4的排量设定为第二排量。可变容量型液压泵4在设定为第二排量的状态下，当通过以上述第二目标转速动作的发动机2驱动时，排出比上述最小排出量大的排出量的液压油。
控制器14还设定为作为排出压力控制用阀控制机构而发挥功能。该排出压力控制用阀控制机构将预设定的电流值的排出压力控制信号DP提供给排出压力控制用控制阀20。当排出压力控制用控制阀20根据排出压力控制信号DP将先导压力提供给可变节流器19时，可变节流器19的阀位置从打开位置(初始位置)向关闭位置的方向移动，并由此排出压力上升。
控制器14还设定为作为排出压力判定机构而发挥功能。该排出压力判定机构计算出来自排出压力传感器21的用排出压力信号所表示的检测排出压力Pd与预设定的基准排出压力Pds之间的差，根据该差值来判断检测排出压力Pd是否与基准排出压力Pds一致。
控制器14还设定为作为排出压力调整机构而发挥功能。该排出压力调整机构根据由上述排出压力判定机构计算出的检测排出压力Pd与基准排出压力Pds之间的差，计算出用于使检测排出压力Pd与基准排出压力Pds一致的排出压力控制用控制阀20的控制量，并将与该控制量相应的电流值的排出压力调整信号DPr提供给排出压力控制用控制阀20。
第二目标转速、第二排量及基准排出压力Pds之间的关系以如下方式进行设定，通过使作用在发动机上的负荷(发动机负荷)增加而使排出气体温度成为用于上升至粒子状物质燃烧所必需的温度的最低限度的大小。即，基准排出压力Pds以如下方式进行设定，基于第二目标转速以及第二排量的发动机负荷为用于使排出气体的温度上升至粒子状物质的燃烧所必需的温度的最低限度的程度。
另外，控制器14作为各机构的处理设定为以图3所示的流程执行。下面对其处理的流程进行说明。
控制器14首先发挥先作为导压力判定机构的功能，判断由来自先导压力传感器13的先导压力信号所表示的检测压力Pp是否未达到设定压力Pps(步骤S1)。只要检测压力Pp不低于设定压力Pps，即、只要未检测到液压工程机械的非作业状态，则控制器14反复执行该步骤S1(在步骤S1中为“否”)。
当检测到液压工程机械的非作业状态时(在步骤S1中为“是”)，控制器14发挥作为压差判定机构的功能，并判断由来自压差传感器17的压差信号表示的检测压差ΔPe是否为基准压差ΔPes以上(步骤S2)。当判断出检测压差ΔPe并不是基准压差ΔPes以上时，即、当未检测出排出气体净化装置16的过滤器的网眼堵塞(在步骤S2中为“否”)时，控制器14发挥作为发动机转速指令机构以及排量控制用阀控制机构的功能，将第一目标转速信号R1提供给发动机控制器3，并向排量控制用控制阀18提供第一排量控制信号Ds1。此时，促动器控制用控制阀7的阀位置为中立位置S，而排出压力控制用控制阀20的阀位置为打开位置(初始位置)。因而，发动机转速变为第一目标转速，而且当排量变为第一排量时，可变容量型液压泵4变为排出液压回路的冷却以及润滑所必需的最低排出压力和最小排出量的液压油的状态。之后，控制器14再次从步骤S1进行处理，并在检测到液压工程机械的非作业状态的状态下，而且在未检测网眼堵塞的状态下，反复操作“步骤S1→步骤S2→步骤S3→步骤S1”。由此，可变容量型液压泵4维持在排出液压回路的冷却和润滑所必需的最低排出压力和最小排出量的液压油的状态。
当检测排出气体净化装置16的过滤器的网眼堵塞(在步骤S2中为“是”)时，控制器14发挥作为发动机转速指令机构的功能。即，将提供给发动机控制器3的目标转速信号从第一目标转速信号R1切换为第二目标转速信号R2，并使发动机转速上升至第二目标转速(步骤S4)。
此时，控制器14还发挥作为排量控制用阀控制机构的功能，将提供给排量控制用控制阀18的排量控制信号从上述第一排量控制信号DS1切换为第二排量控制信号DS2，从而使可变容量型液压泵4的排量增加至第二排量(步骤S4)。
而且，控制器14还发挥作为排出压力控制用阀控制机构的功能，并将排出压力控制信号DP提供给排出压力控制用控制阀20(步骤S4)。当排出压力控制用控制阀20根据排出压力控制信号DP将先导压力提供给可变节流器19时，可变节流器19的阀位置从打开位置(初始位置)向关闭位置的方向移动，由此排出压力上升。
接下来，控制器14发挥作为排出压力判断机构的功能，计算出由来自排出压力传感器21的排出压力信号所表示的检测排出压力Pd与基准排出压力Pds之间的差值，并根据该差值来判断检测排出压力Pd是否与基准排出压力Pds一致。并且，当判断出检测排出压力Pd与基准排出压力Pds一致时，返回步骤S1的处理流程。
另一方面，当控制器14判断出检测排出压力Pd与基准排出压力Pds不一致时，发挥作为排出压力调整机构的功能。即，基于由上述排出压力判断机构计算出的检测排出压力Pd与基准排出压力Pds之间的差值，计算出用于使检测排出压力Pd与基准排出压力Pds一致的排出压力控制用控制阀20的控制量，并将与该控制量相应的电流值的排出压力调整信号DPr提供给排出压力控制用控制阀20，并调整可变节流器19的阀位置。由此，排出压力从比最低限度的程度更低或更高的状态，调整至其最低限度的程度(＝基准排出压力Pds)，其中，最低限度的程度为使排出气体温度上升至粒子状物质的燃烧所必需的温度。
根据第一实施方式的液压驱动装置1，能够获得下面的效果。
液压驱动装置1通过排出压力控制用控制阀20和控制器14以使检测排出压力Pd与基准排出压力Pds一致的方式控制可变节流器19。由此，当通过使作用在发动机上的负荷增加而使排出气体温度上升至粒子状物质燃烧的最低限需要的温度时，能够可靠地将排出压力控制为设定值(基准排出压力Pds)。因而，在液压工程机械的非作业状态下，能够抑制消除排出气体净化装置16的过滤器的网眼堵塞时的燃料消耗量，并有助于节能。
本发明的液压工程机械的液压驱动装置并不限定于第一实施方式，也可为如下构成。
第一实施方式的液压驱动装置1尽管当为了使粒子状物质燃烧而使发动机输出上升时，通过发动机转速的上升和排量的增加来使排出量增加，但也可仅通过使发动机转速上升而使排出量增加。
在第一实施方式的液压驱动装置1中，尽管排出压力控制用控制阀20和控制器14(排出压力控制用阀控制机构)构成液压先导式的可变节流器19(排出压力控制机构)的控制机构，但也可代替液压先导式的可变节流器19和排出压力控制用控制阀20而设置电磁先导式的可变节流器，即、排出压力控制机构由电磁先导式的可变节流器构成，仅控制器为该可变节流器(排出压力控制机构)的控制机构。而且，当可变节流器为液压先导式的情况下，与电磁先导式的情况相比，具有容易获得可变节流器的动力的优点。另外，当可变节流器为电磁先导式的情况下，与液压先导式的情况相比，具有能够使液压回路简单的优点。
第二实施方式
使用图4对本发明的第二实施方式的液压工程机械的液压驱动装置进行说明。图4为表示本发明的第二实施方式的液压工程机械的液压驱动装置的构成的液压回路图。
如图4所示，在第二实施方式的液压驱动装置30中，可变节流器19在从可变容量型液压泵4排出的液压油的流路上设置在比促动器控制用控制阀7更靠下游侧。除此以外的液压驱动装置30的构成与第一实施方式的液压驱动装置1相同。
但是，在液压驱动装置30中，可变节流器19为了调节从促动器控制用控制阀7至工作油箱8的液压的排出通道，即使当促动器控制用控制阀7为非供给状态(中立位置S)时，也具有排出压力从促动器控制用控制阀7泄漏并使液压促动器6错误工作的担心。于是，第二目标转速、第二排量及基准排出压力Pds之间的关系在设定为发动机负荷为用于使排出气体温度上升至粒子状物质的燃烧所必需的温度的最低限度的大小的基础上，还将基准排出压力Pds设定为满足不产生上述错误工作的充分低的程度。
根据这样构成的第二实施方式的液压驱动装置30，也能够获得与第一实施方式的液压驱动装置1相同的效果。
符号的说明
1-液压驱动装置
2-发动机
3-发动机控制器
4-可变容量型液压泵
4a-排量可变机构部
4b-调节器
5-先导泵
6-液压促动器
7-促动器控制用控制阀
7a-第一受压部
7b-第二受压部
8-工作油箱
9-操作装置
10-第一先导线
11-第二先导线
12-高压选择阀
13-先导压力传感器
14-控制器
15-排气管
16-排出气体净化装置
17-压差传感器
18-排量控制用控制阀
19-可变节流器
20-排出压力控制用控制阀
21-排出压力传感器

Claims (3)

1.一种液压工程机械的液压驱动装置，具备：
发动机；
接受该发动机的动力传递并被驱动的可变容量型液压泵；
由从该可变容量型液压泵所排出的工作油被驱动的液压促动器；
促动器控制用控制阀，其安装在上述可变容量型液压泵和上述液压促动器之间，并能够对将来自上述可变容量型液压泵的工作油向上述液压促动器供给的供给状态和不供给地返回工作油箱的非供给状态进行切换；
排出气体净化装置，其利用过滤器捕集在上述发动机中所产生的排出气体中的粒子状物质；
对上述可变容量型液压泵的排出压力进行控制的排出压力控制机构；以及
对该排出压力控制机构进行控制的控制机构，
其中，在上述非供给状态中，通过上述控制机构控制上述排出压力控制机构而使上述可变容量型液压泵的排出压力上升，使发动机负荷增加而使排出气体温度上升至粒子状物质的燃烧所必需的温度，其特征在于，
还具备检测上述可变容量型液压泵的排出压力的压力检测机构，
上述控制机构以使上述压力检测机构所检测出的排出压力成为预设定的排出压力的方式控制上述排出压力控制机构。
2.根据权利要求1所述的液压工程机械的液压驱动装置，其特征在于，
上述排出压力控制机构为可变节流器，在从上述可变容量型液压泵所排出的液压油的流路上设置于上述促动器控制用控制阀的上游侧。
3.根据权利要求1所述的液压工程机械的液压驱动装置，其特征在于，
上述排出压力控制机构为可变节流器，在从上述可变容量型液压泵所排出的液压油的流路上设置于上述促动器控制用控制阀的下游侧。
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