JP2002130216A - 建設機械の油圧回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 暖機運転時に作動油の温度を迅速に上昇させ
て、この暖機運転時間を短縮でき、しかも負荷運転時の
分配比率を適正になるように設定して、作動油のヒート
バランスを常に良好に保つことができるようにする。 【解決手段】 コントロールバルブ４からの戻り流路８
を、オイルクーラ１２を介して作動油タンク２に還流す
る冷却流路８ａと、オイルクーラ１２を介さないで作動
油タンク２に還流する非冷却流路８ｂとに分岐させるよ
うになし、かつ冷却流路８ａには、オイルクーラ１２の
上流側の位置に圧力計１３が接続されており、また非冷
却流路８ｂの途中に冷却流路８ａと非冷却流路８ｂとに
分配する電磁比例弁１４が介装されている。そして、圧
力計１３の検出信号はコントローラ１５に取り込まれ
て、戻り流路８内の圧力が設定値より高い状態である
と、電磁比例弁１４により定まる非冷却流路８ｂ側を流
れる戻り油の流量が多くし、圧力が設定値より低い時に
は、非冷却流路８ｂ側を流れる戻り油の流量を少なくす
るように制御される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は油圧ショベル等の建
設機械の油圧回路に関するものであり、特に作動油が低
温状態となっている時に、できるだけ迅速に油温を上昇
させることができるようにした建設機械の油圧回路に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】建設機械として、例えば油圧ショベル
は、車両の走行及び上部旋回体の旋回は油圧モータによ
り、またブーム，アーム，バケットからなるフロント作
業機は油圧シリンダにより駆動される。これら油圧モー
タや油圧シリンダからなる油圧アクチュエータを駆動す
る油圧回路は、油圧ポンプ、コントロールバルブ、作動
油タンクを備えている。作動油タンクから油圧ポンプに
作動油を吸い込んで、この油圧ポンプにより作動油を加
圧する。油圧ポンプの吐出配管にはコントロールバルブ
が接続されており、この吐出配管からの圧油は、コント
ロールバルブの切り換え操作によって、各油圧アクチュ
エータに供給されることになる。また、油圧アクチュエ
ータからの戻り油は、戻り配管から作動油タンクに還流
される。

【０００３】ここで、油圧ポンプや各油圧アクチュエー
タ等の作動を円滑に行わせるには、作動油の粘度変化そ
の他の物理的変化等を極力抑制する必要があり、また、
高温状態に長時間おかれると作動油の劣化も進行し易
い。このために油圧回路を循環する作動油は、適正温度
範囲となるように制御しなければならない。そこで、油
圧アクチュエータからの戻り油をオイルクーラにより冷
却することによって、作動油のヒートバランスを良好に
する構成としている。

【０００４】ここで、油圧ショベルの起動時には、作動
油の温度が低く、高粘度状態となっている。このよう
に、作動油の粘度が高い状態では、油圧回路を流れる作
動油の流動抵抗が大きくなるために、所謂暖機運転を行
うようにする。つまり、油圧ポンプを作動させることに
よって、作動油タンクから作動油を吸い込んで、この油
圧ポンプで作動油を加圧するが、この油圧ポンプからの
吐出油は油圧アクチュエータに供給せず、コントロール
バルブのセンターバイパス流路から作動油タンクに戻す
ように循環させ、この間に作動油が適正な温度にまで加
温する。ただし、戻り油の流路には、オイルクーラが配
置されているから、加温しようとしているにも拘らず、
オイルクーラの作用により作動油が冷却されると、作動
油の温度上昇が緩慢になる結果、暖機運転時間が長くな
ってしまう。

【０００５】以上のことから、特開平７−３３４２４８
号公報においては、戻り配管に温度センサを設けると共
に、この温度センサの配設位置の下流側の位置で戻り流
路を、オイルクーラを介する冷却流路と、オイルクーラ
を介さない非冷却流路とに分岐させるようになし、かつ
非冷却流路に電磁開閉弁を設けて、戻り油の油温制御を
行うように構成したものが開示されている。

【０００６】以上のように構成することによって、油圧
ポンプの起動時において、作動油の温度が低く、高粘度
状態となっている時には、電磁開閉弁を開いて、戻り油
をオイルクーラを介さずに非冷却流路に作動油を流すこ
とによって、迅速に油温を上昇させるようになし、もっ
て暖機運転時間の短縮化が図られる。また、作動油の温
度が温度センサにより設定された温度にまで上昇する
と、電磁開閉弁を閉じて、全量の戻り油をオイルクーラ
を介して作動油タンクに還流させるようになし、もって
作動油の温度が上昇し過ぎないようにすることができ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、油圧アクチ
ュエータの仕事量に応じて加熱された戻り油をオイルク
ーラにより冷却するが、過不足のない状態の冷却を行
い、作動油のヒートバランスを良好にするために、全戻
り油量を冷却するのではなく、前述した冷却流路と非冷
却流路とに分配する方がより制御性が向上する。このた
めには、非冷却流路には開閉弁を設けるのではなく、所
定のリリーフ圧を有するリリーフ弁を設けて、このリリ
ーフ弁の設定圧により冷却流路を通る戻り油流量と、非
冷却流路を通る戻り油量との間に所望の分配比率を与え
る方が望ましい。

【０００８】ただし、油圧ポンプを初めとする建設機械
は野外で作動するものであるから、作動油の温度は外気
温の影響を受けることになる。従って、寒冷地の冬場で
建設機械を作動させる際と、高温地で建設機械を作動さ
せる際とでは、前述した冷却流路の流量と、非冷却流路
の流量との分配比を異ならせる方が望ましい。寒冷地で
は、低温であるが故に、暖機運転時にはできるだけ多量
の戻り油を非冷却流路を介して作動油タンクに戻す必要
があり、また機械の負荷運転時、つまり油圧アクチュエ
ータを実際に駆動する際にも、冷却流路を介して流す戻
り油量の比率を大きくする方が有利な場合がある。これ
とは逆に、高温地で機械を作動させる場合には、暖機運
転のために非冷却流路を介して流す戻り油の流量はあま
り多くしなくても良く、また機械の負荷運転時には、で
きるだけ多量の戻り油を冷却する方が望ましい。

【０００９】前述したように、冷却流路を通る戻り油の
流量と、非冷却流路を通る戻り油の流量の分配比率は制
御可能とする方が望ましく、しかも暖機運転時と、負荷
運転時とにおける流量の分配比率も任意に設定できるよ
うにするのがより好ましい。本発明は以上の点に鑑みて
なされたものであって、その目的とするところは、戻り
油の流路を冷却流路と非冷却流路とに分配するに当っ
て、この分配比率を任意に設定できるようにすることに
より、暖機運転時に作動油の温度を迅速に上昇させて、
この暖機運転時間を短縮でき、しかも負荷運転時の分配
比率を適正になるように設定して、作動油のヒートバラ
ンスを常に良好に保つことができるようにすることにあ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ために、本発明は、油圧ポンプからの圧油をコントロー
ルバルブを介して油圧アクチュエータに供給することに
よって、この油圧アクチュエータを作動させ、この油圧
アクチュエータからの戻り油を作動油タンクに還流させ
るための戻り流路の前記コントロールバルブより下流側
の位置で、オイルクーラにより作動油を冷却した上で作
動油タンクに還流させる冷却流路と、このオイルクーラ
を介さずに直接作動油タンクに戻す非冷却流路とに分岐
させるように構成した建設機械の油圧回路であって、前
記冷却流路の前記オイルクーラより上流側に設けた圧力
センサと、前記非冷却流路に設けられ、戻り油の流量を
前記冷却流路と非冷却流路とに分配比率を設定する電磁
比例弁と、前記圧力センサからの検出信号に基づいて、
戻り油の圧力に応じて前記冷却流路と非冷却流路との流
量分配比率を変化させるために、前記電磁比例弁を制御
する制御手段と構成としたことをその特徴とするもので
ある。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態について説明する。而して、図１に油圧回路の
構成を示す。なお、この図１においては、簡略化のため
に、油圧ポンプにより駆動される油圧アクチュエータと
して、１個の油圧シリンダを示すが、油圧ポンプに接続
される油圧アクチュエータは複数あり、また油圧ポンプ
も１個だけでなく、複数個設けたものもある。

【００１２】図中において、１は油圧ポンプ、２は作動
油タンク、３は油圧アクチュエータの一例としての油圧
シリンダ、４はコントロールバルブである。油圧ポンプ
１を駆動すると、作動油タンク２から吸い込み配管５を
介して作動油が油圧ポンプ１に吸い込まれ、この油圧ポ
ンプ１で加圧される。油圧ポンプ１の吐出配管６はコン
トロールバルブ４に接続されており、従って油圧ポンプ
１から吐出される圧油はコントロールバルブ４に供給さ
れる。

【００１３】コントロールバルブ４は、中立位置（イ）
と、左右の切換位置（ロ），（ハ）とを有し、コントロ
ールバルブ４が中立位置（イ）にある時には、油圧ポン
プ１からの圧油はセンタバイパス流路７から戻り流路８
を介して作動油タンク２に還流する。コントロールバル
ブ４を切換位置（ロ）に切り換えると、吐出配管６は油
圧シリンダ３のロッド室側配管９に接続され、またボト
ム室側配管１０は戻り流路８を介して作動油タンク２と
連通する。その結果、油圧シリンダ３は縮小する方向に
作動する。一方、コントロールバルブ４を切換位置
（ハ）に切り換えると、油圧ポンプ１からの圧油がボト
ム室側配管１０に供給され、ロッド室側配管９は戻り流
路８と接続されるので、油圧シリンダ３が伸長する方向
に作動することになる。なお、図中において、１１はこ
の油圧回路の最高圧を設定するためのリリーフ弁であ
る。

【００１４】戻り流路８は途中で分岐している。一方の
分岐流路はオイルクーラ１２を介して作動油タンク２に
還流する冷却流路８ａであり、また他方の分岐流路はオ
イルクーラ１２を介さないで作動油タンク２に還流する
非冷却流路８ｂである。そして、冷却流路８ａには、オ
イルクーラ１２の上流側の位置に圧力計１３が接続され
ており、また非冷却流路８ｂの途中には電磁比例弁１４
が介装されている。この電磁比例弁１４は、戻り流路８
を流れる戻り油の分量を、冷却流路８ａと非冷却流路８
ｂとに分配するためのものである。なお、必須ではない
が、図示した電磁比例弁１４は、リリーフ弁としての機
能も発揮するものであり、このようにリリーフ機能を持
たせることにより、オイルクーラ１２の保護が図られ
る。

【００１５】さらに、図中１５は制御手段としてのコン
トローラであり、このコントローラ１５は、圧力計１３
からの検出信号が取り込まれて、この圧力計１３により
検出される戻り流路８内の圧力に応じて、電磁比例弁１
４に比例制御信号（電圧信号または電流信号）を印加す
るように制御されるようになっている。つまり、戻り流
路８内の圧力が設定値より高い状態となっていると、電
磁比例弁１４により定まる非冷却流路８ｂ側を流れる戻
り油の流量を多くし、圧力が設定値より低い時には、非
冷却流路８ｂ側を流れる戻り油の流量を少なくするよう
に制御される。また、必要に応じて、戻り流路８内の圧
力の下限値を設定しておき、圧力計１３による検出圧力
が下限値以下になると、電磁比例弁１４を遮断して、全
量の戻り油を冷却流路８ａ側に流すように設定すること
もできる。さらに、電磁比例弁１４による分配比率を所
望の段階数に設定することもできる。

【００１６】そこで、コントローラ１５によって、電磁
比例弁１４を２段階の分配比率と、この電磁比例弁１４
を全閉状態となるように制御できるように構成したもの
として、図２を参照して、その作用について説明する。
ここで、コントローラ１５には、予め戻り流路８内にお
ける圧力の上限値Ｐａと下限値Ｐｂとが設定されると共
に、上限圧力Ｐａ以上の場合に電磁比例弁１４を介して
非冷却流路８ｂ側に流れる戻り油の流量Ｑａと、上限圧
力Ｐａを下回った時に電磁比例弁１４を介して流れる戻
り油の流量Ｑｂとがそれぞれ個別的に設定される。ここ
で、流量Ｑａの方が流量Ｑｂよりも大きい量となる。

【００１７】まず、機械を起動させると（ステップ
１）、油圧ポンプ１が駆動される。この時には、コント
ロールバルブ４は中立位置（イ）にあり、従って油圧ポ
ンプ１の吐出配管６がコントロールバルブ４のセンタバ
イパス流路７を介して戻り流路８に接続されている。そ
して、戻り流路８内の圧力は圧力計１３により常時検出
されており、この検出圧力Ｐｄに関する信号がコントロ
ーラ１５に取り込まれる。そこで、コントローラ１５で
は、この検出圧力Ｐｄが設定されている圧力の上限値Ｐ
ａと比較されて（ステップ２）、検出圧力Ｐｄが上限値
Ｐａ以上であると、電磁比例弁１４に制御信号を与え
て、この電磁比例弁１４を設けた非冷却流路８ｂ側に大
流量Ｑａで戻り油を流すようにする（ステップ３）。そ
の結果、戻り流路８のうち、オイルクーラ１２が設けら
れている冷却流路８ａ側を流れる戻り油の流量が少な
く、オイルクーラ１２を介さないで作動油タンク２に還
流させる非冷却流路８ｂ側の流量が多くなる。

【００１８】ここで、圧力計１３による検出圧力が高い
ということは、作動油の粘度が高いということであり、
このために油圧回路内を流れる際における流動抵抗等が
大きくなり、この状態で機械を負荷運転すると、即ち油
圧アクチュエータとしての油圧シリンダ３を駆動させる
と、作動効率及び燃費が低下する。特に、寒冷地等で
は、機械の起動前の段階では、作動油の温度が低下して
おり、その粘度が著しく高いことから圧力計１３による
検出圧力が高くなる。暖機運転を行うのはこのためであ
り、この暖機運転により作動油の温度を上昇させて、作
動油が油圧回路内を円滑に流通する程度にまで粘度を低
下させる。従って、この暖機運転時間をできるだけ短く
するには、戻り油をオイルクーラ１２を通さない非冷却
流路８ｂから直接作動油タンク２に還流させる流量を多
くする必要がある。電磁比例弁１４により設定される非
冷却流路８ｂ側の流量を多くするのはこのためであり、
これによって、作動油の温度が迅速に上昇することにな
り、暖機運転時間を短縮することができる。

【００１９】圧力計１３の検出圧力Ｐｄが上限圧力Ｐａ
を下回ると、作動油の温度が適正範囲になり、暖機運転
が終了して負荷運転が可能となる。従って、コントロー
ルバルブ４を切り換えて、油圧アクチュエータとしての
油圧シリンダ３を駆動することができる。油圧アクチュ
エータが駆動されると、作動油の温度がさらに上昇す
る。このために、ステップ２において、圧力計１３の検
出圧力Ｐｄが上限圧力Ｐａを下回ったことが検出され
て、暖機運転が終了した時には、戻り油のうち、オイル
クーラ１２を設けた冷却流路８ａ側を流れる戻り油の分
配比率を増大させて、作動油のヒートバランスを良好に
保つようにする。ただし、圧力計１３における検出圧力
Ｐｄが下限圧力Ｐｂより低下すると、作動油のヒートバ
ランスが悪化して、作動油を劣化し、かつ油圧回路を構
成する機器の故障等を引き起こす可能性がある。

【００２０】そこで、ステップ２において、検出圧力Ｐ
ｄが上限圧力Ｐａを下回った状態になっていると、この
検出圧力Ｐｄが下限圧力Ｐｂより低くなっているか否か
の検出を行い（ステップ４）、検出圧力Ｐｄが下限圧力
Ｐｂを下回らない時、つまりＰａ＞Ｐｄ＞Ｐｂとなって
いる時には、コントローラ１５からの比例制御信号が電
磁比例弁１４に入力されて、この電磁比例弁１４を通る
戻り油の流量がＱｂとなるように絞られる（ステップ
５）。その結果、冷却流路８ａ側を流れる戻り油の分配
比率が増大するように制御され、戻り油の冷却効率が高
くなる。これにより、負荷運転時における作動油のヒー
トバランスが良好となり、機械が円滑に作動することに
なる。

【００２１】さらに、圧力計１３の検出圧力Ｐｄが下限
圧力Ｐｂ以下になると、作動油が適正温度範囲を越えて
過熱状態となっているのであり、従って作動油の冷却効
率をさらに高める必要がある。そこで、ステップ４にお
いて、Ｐｄ≦Ｐｂになったことが検出された時には、ス
テップ６となり、電磁比例弁１４を全閉状態として、全
量の戻り油を冷却流路８ａからオイルクーラ１２を介し
て作動油タンク２に還流させる。これによって、戻り油
に対する冷却効率をさらに向上することになって、機械
の負荷運転時における油圧回路内を流れる作動油の温度
を常に適正な範囲内に低下させ、この適正範囲内に保持
されることになる。

【００２２】ここで、前述したように、冷却流路８ａと
非冷却流路８ｂとの流量分配比率は電磁比例弁１４の弁
開度により定まるものであり、かつこの電磁比例弁１４
の弁開度は、コントローラ１５から出力される電圧信号
（または電流信号）により制御することができる。そし
て、オイルクーラ１２は、冷却風と熱交換するフィンを
設けた多数の細管内に作動油を流すように構成されるも
のであり、管路抵抗が大きいものとなる。これに対し
て、非冷却流路８ｂを通る作動油の管路抵抗は、オイル
クーラ１２を通る作動油の管路抵抗より著しく小さい。
従って、戻り流路８から分岐した２つの流路８ａ，８ｂ
のうち、非冷却流路８ｂ側に優先的に作動油が流れるこ
とになる結果、電磁比例弁１４の弁開度、即ちこの電磁
比例弁１４を通る流量を基準として冷却流路８ａと非冷
却流路８ｂとの流量分配比率を制御することができる。

【００２３】そして、電磁比例弁１４の弁開度はコント
ローラ１５からの制御信号により調整できるようになっ
ており、しかも暖機運転時の流量分配比率及び負荷運転
時における流量分配比率は、それぞれ個別的かつ任意に
設定することができる。なお、コントローラ１５からの
信号に基づいて電磁比例弁１４を制御するに当って、所
定のヒステリシス特性を持たせるために、コントローラ
１５では、圧力計１３から取り込まれた圧力検出信号に
ついて、所定時間当りの平均値で制御するのが望まし
い。

【００２４】ところで、オイルクーラ１２の流入側にフ
ィルタを設けるように構成したものがあるが、このよう
なフィルタ付きのオイルクーラを用いる場合には、図１
に仮想線で示したように、オイルクーラ１２の下流側に
も圧力計２０を設け、コントローラ１５によって、圧力
計１３の検出圧力と、圧力計２０の検出圧力とを比較す
ることによって、オイルクーラ１２内での圧力損失を検
出することができる。従って、オイルクーラ１２に付設
したフィルタが目詰りすると、両圧力計１３，２０の差
圧が増大することになるから、コントローラ１５におい
て、この差圧をモニタリングすることによって、フィル
タに目詰りが発生しているか否かの検出を行うこともで
きる。

【００２５】

【発明の効果】本発明は以上のように構成したので、戻
り油の流路を冷却流路と非冷却流路とに分配するに当っ
て、この分配比率を任意に設定できるようにすることに
より、暖機運転時に作動油の温度を迅速に上昇させて、
この暖機運転時間を短縮でき、また負荷運転時における
分配比率を任意に設定できるので、作動油のヒートバラ
ンスを常に良好に保てる等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態を示す油圧ショベルの油
圧回路の概略構成図である。

【図２】コントローラによる流量分配手順を示すフロー
チャート図である。

【符号の説明】

１ 油圧ポンプ ２ 作動油タンク ３ 油圧シリンダ ４ コントロールバルブ ８ 戻り流路 ８ａ 冷却流路 ８ｂ 非冷却流路 １２ オイルクーラ １３，２０ 圧力計 １４ 電磁比例弁 １５ コントローラ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 油圧ポンプからの圧油をコントロールバ
   ルブを介して油圧アクチュエータに供給することによっ
   て、この油圧アクチュエータを作動させ、この油圧アク
   チュエータからの戻り油を作動油タンクに還流させるた
   めの戻り流路の前記コントロールバルブより下流側の位
   置で、オイルクーラにより作動油を冷却した上で作動油
   タンクに還流させる冷却流路と、このオイルクーラを介
   さずに直接作動油タンクに戻す非冷却流路とに分岐させ
   るように構成した建設機械の油圧回路において、 前記冷却流路の前記オイルクーラより上流側に設けた圧
   力センサと、 前記非冷却流路に設けられ、戻り油の流量を前記冷却流
   路と非冷却流路とに分配比率を設定する電磁比例弁と、 前記圧力センサからの検出信号に基づいて、戻り油の圧
   力に応じて前記冷却流路と非冷却流路との流量分配比率
   を変化させるために、前記電磁比例弁を制御する制御手
   段とを備える構成としたことを特徴とする建設機械の油
   圧回路。