JP2005042916A5 - - Google Patents

Description

電気式のループフラッシング装置

本発明は、閉ループ型の油圧伝達装置のための電気的なループ流体装置に関する。より詳しく、かつ非限定的に言うと、本発明は、油圧伝達装置の閉ループ回路のフラッシング流体を調節する電気比例型の流体制御バルブを用いた、電気式のループフラッシング装置に関する。

従来の油圧伝達装置では、油圧モータを回転させたり、油圧シリンダを伸張させたり、その他の目的のために、機械式の油圧ポンプにより、油がポンピングされる。トラクタ、地ならし機等は、油圧伝達装置を備えている。油圧伝達装置は、基本的にエンジンにより駆動される油圧ポンプを備え、１つ以上の油圧モータを回転させる圧油を供給するようになっている。１つ以上の油圧モータが回転することにより、運転者の指示に基づいて、車両が前進または後退するようになっている。

多くの油圧伝達装置は、閉ループ装置として動作する。閉ループ装置では、油圧ポンプからの圧油が、直接的に（またはバルブを介して）油圧モータへ流される。油圧モータから油圧ポンプへの戻り油は、油圧モータから油圧ポンプへ直接的に戻される。上述した装置は、油圧流体（すなわち油圧オイル）が、各流路においてタンクを通過せず、油圧ポンプと油圧モータとの閉ループを循環するので、閉ループ回路として知られている。

この閉ループ回路は、タンクから油圧流体を導き、油圧モータへ流し、油圧モータからの戻り流体をタンクへ戻す開ループ回路とは異なるものである。

閉ループ回路では、ループから漏れた少量の流体を集め、その流体を交換し、閉ループを常に流体で満たすために、小型のタンク及び充填ポンプが用いられている。

技術的及び経済的な利点のために、閉ループ回路は、多くの用途に用いられている。これらの利点については、よく知られているので、これ以上説明する必要はないものと思う。関係業界では、閉ループ回路には、克服しなければならない２つの欠点があることが知られている。

第１に、閉ループ内の油圧流体は、ループ内の各流路をフィルタを通過しないで流れる。油圧流体や油圧ハードウェアの製造者は、粒子状汚染物をできるだけ含まない製品を製造するが、油圧装置が動作するのに伴って磨耗し、少量の金属微粒子が、油圧流体に混入する。この好ましくない汚染物が存在するため、閉ループから油圧流体を漸進的に除去し、汚染されていない油圧流体と交換することが望ましい。

油圧流体の一部を、閉ループから微粒子フィルタを通過させることにより、閉ループ内の油圧流体の純度は、適切なレベルに保たれる。この制御されたリークは、「ループフラッシング流体」として知られている。

第２に、油圧伝達装置が長期間にわたって重負荷で作動されている時、油圧流体が所望の範囲を超えて加熱されて、閉ループ回路にポンピングされる場合がある。この加熱は、摩擦や他の処理により発生する。

油圧流体は、過度に高温に保たれている時に、より早く劣化し、早期の交換が必要となる。油圧流体の温度が上昇すると、潤滑特性が低下し、油圧装置が損傷しやすくなる。加熱された油圧流体である「制御されたリーク」を閉ループ回路から除去するために、ループフラッシング装置が用いられる。この油圧流体は、冷却され、充填回路を経て戻される。

例えば、メーヤーによる米国特許第6,430,923号公報には、閉ループ型の油圧モータ内に設けられた電気式のループフラッシング装置が開示されている。この公報には、ループフラッシング装置を制御する、単一で電気的に非比例型のバルブを用いることが示されている。このようなバルブが用いられているため、運転者は、ループフラッシング流体を正しく選択できない。また、この装置は、ループフラッシング流体が知的に切り替えられず、閉ループ回路は、ある状態においては、本発明と比べて作動効率が悪い。従って、本発明は、上述した装置を改良するものである。

他の従来技術として、閉ループ型のフラッシング装置がある。通常、フラッシング装置には、閉ループ型の油圧装置にある高圧流体路、及び低圧流体路に連結されたシャトルバルブが設けられている。シャトルバルブは、閉ループ回路内の２つの油圧ラインのうちの低圧ラインを選択するようになっている。また、シャトルバルブは、オリフィス、圧力リリーフバルブ、またはそれらの複合体に連結されている。圧力リリーフバルブは、ループ充填圧力を逃がし、油圧流体がループから流出するのを制御するように作用する。

この装置は、効率的に機能するが、いくつかの欠点を有している。例えば、シャトルバルブが、一方の圧力ラインから他方の圧力ラインへ切り替わる時、少量の油圧流体が、瞬間的に閉ループから除去される。この状態は、車両の向きが変わる時や、上り坂から下り坂へまたはその逆の過渡期に発生する。充填装置は、少量の油圧流体の突然の減少を、即座に補完できる大きさの能力を有していなければならない。

シャトルバルブを用いる現在のループフラッシング装置は、製造及び保持が高価である。シャトルバルブは、高価な精密機械であり、粒子汚染のために動作不良を発生しやすい。精密機械であるために、また、動作不良になりやすいために、シャトルバルブは高価であり、交換にもコストがかかる。また、ある特定の動作条件の下においては、ループフラッシング流体の量は、必要以上に大となり、大きな充填ポンプが必要となる。大きな充填ポンプは、製造価格もしくは購入価格が高価となる。

コストの他に、シャトルバルブ及びリリーフバルブを備える現在のループフラッシング装置の問題は、知的に制御できないことである。そのため、油圧伝達が行われている間には、ループフラッシング動作が発生する。従って、最悪の動作状態時には、ループフラッシング装置を、適切な量の油圧流体をフラッシングするために停止させなければならない。

そのため、ループフラッシング流体の量は、最悪の動作状態において必要な流量と同等に設定されている。ループフラッシング流体の量が、所定の動作状態時に必要な流量よりも大となっているので、より多くのエネルギーを消費し、より大きな充填ポンプが必要となり、油圧装置のエネルギーロスが大となる。

閉ループ型の流体回路、及び充填ポンプを含む油圧装置が低エンジン速度で動作する時、充填ポンプは、少量の油圧流体をポンピングする。この特性は、油圧装置が動作できる最低エンジン速度を制限しており、大きな充填ポンプを必要とし、また、閉ループ回路が油圧流体で完全に満たされた状態ではなくなる危険がある。

また、ループフラッシング流体により、エネルギー及び効率のロスが発生する。ループ内の流体が加圧されているために、ループフラッシングの流体により、油圧エネルギーのロスや消費が発生する。このロスのために、より多くのエンジン出力が必要となり、必要以上に燃料が消費される。ループフラッシング流体を調節することにより、パワーロスを必要最低限に抑えることができる。

米国特許第６，３３９，９２８号明細書

動作状態に応じて、ループフラッシング流体を知的に制御及び調節すると、上述した全ての問題は解決される。ループフラッシング流体を、必要に応じて知的に制御し、低エンジン速度のような状態で完全に停止させると、油圧伝達装置は、より効率的に動作する。例えば、エンジンが低速の場合、油圧伝達装置はフル稼働せず、熱及び汚染物が殆んど発生しないので、最低のループフラッシング流体で済む。ループフラッシングを、知的に最低レベルに制御することにより、非効率化をなくすことができる。

従って、本発明の第１の目的は、従来技術を改善した電気的なループフラッシング装置を提供することにある。

本発明の第２の目的は、知的に制御可能な電気式のループフラッシング装置を提供することにある。

本発明の第３の目的は、ループフラッシング流体を制御する安価な装置を提供することにある。

本発明の第４の目的は、閉ループ型の油圧伝達装置内の充填ポンプを小型化することにある。

本発明の第５の目的は、ループフラッシング流体を制御するのに、電気比例型の制御バルブを利用することにある。

本発明の第６の目的は、従来のものに比して、閉ループ型の流体回路から、流体をより効率的に除去する装置を提供することにある。

本発明の他の目的、特徴及び利点は、詳細な説明及び特許請求の範囲から明らかになると思う。

本発明は、閉回路型の油圧モータのための電気式ループフラッシング装置である。ループフラッシング装置は、閉ループ回路をなす油圧モータに連結された可変容量形油圧ポンプを備えている。閉ループ回路は、閉ループ回路のフラッシング流体を調節するために用いられる２つの圧力ラインに接続された電気比例型の流体制御バルブを備えている。また、流体制御バルブを、オペレータまたは自動コントローラにより知的に制御するように、流体制御バルブに連結された制御手段が設けられている。この制御手段は、ループフラッシング装置の低圧側に連結されている流体制御バルブのみを駆動させる。

本発明の閉ループフラッシング装置（１０）は、トラクタ、地ならし機、芝刈り機のような移動車両を駆動する、閉回路型の油圧伝達装置に用いられる。閉ループフラッシング装置（１０）は、回転斜板（１４）を有する可変容量形ポンプ（１２）と、油圧ライン（１８）により可変容量形油圧ポンプ（１２）に接続されたモータ（１６）とを備えている。

可変容量形油圧ポンプ（１２）は、固定容量形充填ポンプ（２０）及び充填圧リリーフバルブ（２２）に流体接続されている。充填圧リリーフバルブ（２２）は充填圧を設定し、固定容量形充填ポンプ（２０）は、設定された充填圧をもって、ループの低圧側へ流体を流す。高圧リリーフ、バイパス及び流体制御用の他の従来のバルブを用いることができる。

図１に示すように、閉ループフラッシング装置（１０）内のモータ（１６）は、電気比例型の流体制御バルブ（２６）に流体連結されたシャトルバルブ（２４）に接続されている。ポペットバルブやスプールバルブを、本発明に用いることができる。シャトルバルブ（２４）は、低圧の閉ループ油圧ラインを選択するために用いられる。従って、電気比例型の流体制御バルブ（２６）は、ループフラッシング流体の調節手段として用いられる。電気比例型の流体制御バルブ（２６）は、制御部（２７）からの電気信号により制御される。

制御部（２７）は、電気アクチュエータ、比例アクチュエータまたは他のバルブアクチュエータである。また、制御部（２７）は、油圧装置の作動パラメータを検出するのに用いられる。これらの作動パラメータから、制御部（２７）は、装置の必要に応じて、流体制御バルブ（２６）を駆動する。

作動パラメータは、非限定的に、閉ループ内の油圧流体の温度、閉ループ内の圧力、油圧ユニットの温度、ベアリングの温度、油圧流体の汚れまたは制動装置の温度を含んでいる。制御部（２７）は、ＰＩＤ（Proportional Integral Differential）、ファジー論理、オブザーバ、またはリード−ラグのような制御アルゴリズムを用いて、流体制御バルブ（２６）の動作を決定する。

図２の実施例は、他の改良された他の閉ループフラッシング装置（１０）を示している。閉ループフラッシング装置（１０）は、低圧の閉ループ油圧ラインを選択するシャトルバルブ（２４）の代わりに、ループフラッシング流体を調節する手段である２つの電気比例型の流体制御バルブ（２８）（３０）を備えている。

これら２つのバルブ（２８）（３０）を用いることにより、制御部（２７）は、閉ループの低圧側に接続されたバルブのみを駆動させることができる。また、流体が知的に制御され、装置の効率化等を改善するために選択されたループフラッシング流体が供給される。電気比例型の流体制御バルブ（２８）（３０）は、ソレノイド（３２）に送られた電気信号に比例して、小型ばね（３４）に抗して開かれるようになっている。ばね室は、油圧ラインに対して設けられている。

動作中、電気比例型の流体制御バルブ（２８）（３０）は、電気アクチュエータのような制御部（２７）により、通常の充填圧力に抗して開かれるようになっているが、油圧ラインの圧力が高圧力である時には開かれないようになっている。上述のような場合、ライン圧が、例えば4MPa（40bar）または約4.14MPa（600PSI）以下では、制御部（２７）は、流体制御バルブ（２８）（３０）を開くことができる。また、ライン圧が、例えば10MPa（100bar）または約10.34MPa（1500PSI）以上では、流体制御バルブ（２８）（３０）を開く電気信号が送られた場合でも、それらは閉じたままとされる。

本発明の範囲から逸脱することなく、種々の変更が可能なことは、当業者にはわかると思う。全ての変更及び変形は、特許請求の範囲内に含まれるものである。

ループフラッシング用のシャトルバルブ及び電気比例型バルブを含む油圧モータを備える閉ループ流体回路の回路図である。 ループフラッシング用の電気比例型バルブのみを含む油圧モータを備える閉ループ流体回路の回路図である。

符号の説明

１０ 閉ループフラッシング装置
１２ 可変容量形油圧ポンプ
１４ 回転斜板
１６ モータ
１８ 油圧ライン
２０ 固定容量形充填ポンプ
２２ 充填圧リリーフバルブ
２４ シャトルバルブ
２６、２８、３０ 流体制御バルブ
２７ 制御部
３２ ソレノイド
３４ 小型ばね