JP2006009832A

JP2006009832A - 建設機械の作動流体供給システム

Info

Publication number: JP2006009832A
Application number: JP2004184103A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Masuzawa; 淳増沢
Original assignee: Caterpillar Mitsubishi Ltd; Shin Caterpillar Mitsubishi Ltd
Current assignee: Caterpillar Japan Ltd; Caterpillar Mitsubishi Ltd
Priority date: 2004-06-22
Filing date: 2004-06-22
Publication date: 2006-01-12

Abstract

【課題】建設機械の作動流体供給システムにおいて、コストダウン及び省スペース化を可能にするとともに、作動流体の流通時における動力損失をを低減することができるようにする。
【解決手段】作動流体を流通させるポンプ１０と、該作動流体の所定機器への供給を制御するコントロールバルブ１１と、ポンプ１０から吐出された該作動流体をコントロールバルブ１１に供給するためのメインラインＬ_Mと、クーリングユニット１２に冷却風を流通させる冷却ファン１７の駆動用の流体圧アクチュエータ１６と、メインラインＬ_Mにおけるコントロールバルブ１１の上流側とコントロールバルブ１１の下流側とを接続するようにして設けられポンプ１０から吐出された該作動流体を流体圧アクチュエータ１６に供給するためのサブラインＬ_Sと、該作動流体の該サブラインＬ_Sへの流量を調整する流量調整手段＃１，＃２とがそなえられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、建設機械の所定機器に作動流体を供給する、建設機械の作動流体供給システムに関する。

今日、油圧ショベル，ホイールローダ等の走行式の建設機械やクレーン等の定置式の建設機械等、種々の建設機械が建設現場，港湾，工場内等の様々な分野において用いられている。
建設機械は、ダム，トンネル，河川，道路等における岩石の掘削やビル，建築物の取り壊し等、一般に厳しい環境下で使用されるが、このような環境下ではエンジンや油圧ポンプ等の機器類に加わる負荷が高く、エンジン温度の上昇や作動油の油温の上昇を招きやすい。

このため、これらの建設機械には、ラジエータやオイルクーラなどの熱交換器及び冷却ファンなどからなる冷却装置がそなえられており、冷却ファンの作動により取り込まれた外気（冷却風）によって、ラジエータを流れるエンジン冷却水やオイルクーラを流れる作動油が冷却される。
冷却ファンは、例えば油圧モータ（ファンモータ）により駆動されるが、このようなファンモータには、作業装置の油圧シリンダなどへ作動油を送給する油圧ポンプ（メインポンプ）とは別の専用の油圧ポンプ（クーリングポンプ）から油圧が供給される（例えば特許文献１参照）。

図３は、建設機械の油圧供給システムを示す模式的な系統図である。この油圧供給システムでは、メインポンプ１０から吐出された作動油は、コントロールバルブ１１を介して、作業装置の油圧シリンダなどの所定機器５０へ適宜供給される。そして、所定機器５０の作動に使用され昇温した作動油は、オイルクーラ１２へと送られ、このオイルクーラ１２により冷却された後、オイルタンク１３に一旦回収され、メインポンプ１０又はクーリングポンプ１５により吸引され、上記所定機器５０や冷却ファン１７の駆動に再び使用される。

一方、クーリングポンプ１５から吐出された作動油は、ファンモータ１６へと供給され、これによりファンモータ１６を介して冷却ファン１７が駆動される結果、冷却風によりオイルクーラ１２ひいては作動油が冷却される。ファンモータ１６を通過した作動油は、オイルクーラ１２を通過後の作動油に合流する。
なお、メインポンプ１０は図示しないエンジンにより駆動され、クーリングポンプ１５は、図示しないギアボックスを介して、メインポンプ１０と並列又は直列に連結され、メインポンプ１０と同じく上記エンジンにより駆動される。

また、オイルクーラ１２を保護するために、チェックバルブ１４がオイルクーラ１２と並列に設けられており、油圧が所定圧力以上になるとこのチェックバルブ１４が開いて作動油が逃がされることとなる。
特開平１０−６８１４２号公報

しかしながら、上述した従来技術のように、クーリングポンプをメインポンプとは別に設置すると、以下のような課題がある。
つまり、クーリングポンプやクーリングポンプを駆動するための機構（ここではギアボックス）を設置する分、コストが増大してしまう。
また、クーリングポンプはギアボックスを介して駆動されるため、エンジン出力が、クーリングポンプの作動に必要な動力に加えポンプ損失やギア損失として消費されてしまう。

さらに、クーリングポンプを設置するためのスペースを建設機械の上部旋回体に確保する必要があり、上部旋回体にそなえられる各種機器のレイアウト上の制約を生じさせることになる。
本発明はこのような課題に鑑み創案されたもので、コストダウン及び省スペース化を可能にするとともに、作動流体の流通時における動力損失を低減することができるようにした、建設機械の作動流体供給システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１記載の本発明の建設機械の作動流体供給システムは、作動流体を流通させるポンプと、該ポンプから吐出された該作動流体の所定機器への供給を制御するコントロールバルブと、該ポンプから吐出された該作動流体を該コントロールバルブに供給するためのメインラインと、クーリングユニットに冷却風を流通させる冷却ファンの駆動用の流体圧アクチュエータと、該メインラインにおける該コントロールバルブの上流側と該コントロールバルブの下流側とを接続するようにして設けられ、該ポンプから吐出された該作動流体を該流体圧アクチュエータに供給するためのサブラインと、該ポンプから吐出された該作動流体の該作動流体の該サブラインへの流量を調整する流量調整手段とがそなえられたことを特徴としている。

また、請求項２記載の本発明の建設機械の作動流体供給システムは、請求項１記載の発明において、該クーリングユニットとして該メインラインに該コントロールバルブよりも下流側にそなえられて該作動流体を冷却する作動流体冷却手段と、該作動流体冷却手段により冷却された該作動流体の温度を検出する作動流体温度検出手段と、該流量調整手段の作動を制御する制御手段とをそなえ、該制御手段が、該作動流体温度検出手段の検出結果に基づき、該作動流体温度が高いほど該サブラインへの該作動流体の流量が増加するように、該流量調整手段の作動を制御することを特徴としている。

本発明の建設機械の作動流体供給システムによれば、ポンプから吐出された作動流体を冷却ファン駆動用の流体圧アクチュエータに供給するサブラインが、メインラインにおけるコントロールバルブ上流側とコントロールバルブ下流側とを接続するようにして設けられるとともに、ポンプから吐出された作動流体のメインライン及びサブラインへの流量を調整するに流量調整手段とがそなえられているので、上記のポンプにより単独で、メインライン及びサブラインに作動油流体を供給でき、冷却ファンの駆動専用のポンプ（クーリングポンプ）が不要となる。

したがって、クーリングポンプ及びクーリングポンプを駆動するギアボックスなどの機構が不要となる分、コストダウン及び省スペース化を図ることが可能となるとともに、ポンプ損失やギア損失がなくなる分、作動流体の流通時における動力損失を低減することが可能となる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
なお、従来技術の説明として既に説明した部品については同一の符号を付しその説明を省略する。
また、以下の実施形態では、本発明を建設機械として油圧ショベルに適用した例を説明するが、本発明は、油圧ショベルに限定されず、ホイールローダ，クレーンなどの種々の建設機械に適用しうるものである。

本発明の一実施形態にかかる建設機械は、図２に示すように、下部走行体１と、下部走行体１の上側に旋回可能に配設された上部旋回体２と、上部旋回体２に設けられ種々の作業を行なう作業装置３との３つの部分で構成されている。このうち上部旋回体２には、その前部にキャビン２Ａが配置されるとともに、キャビン２Ａの後方にある建屋カバー内に、エンジン，作動油（作動流体）を圧送するの油圧ポンプ，エンジン冷却水を冷却するためのラジエータ（クーリングユニット），上記作動油を冷却するためのオイルクーラ（クーリングユニット），及びこれらのラジエータとオイルクーラとに冷却風を流通させるための冷却ファンが設置されている。また、その後部にはカウンタウェイト２Ｃが配置されている。

さて、本実施形態の作動油供給システム（建設機械の作動流体供給システム）について、図１を参照して説明する。この作動油供給システムには、メインラインＬ_Mと、サブラインＬ_Sとがそなえられている。
メインラインＬ_Mには、上記油圧ポンプ（ポンプ）１０、フローコントローラ＃１、上記オイルクーラ（作動流体冷却手段）１２、タンク１３及びチェックバルブ１４がそなえられており、メインポンプ１０から吐出された作動油は、フローコントローラ＃１を介して、コントロールバルブ１１へと送られ、このコントロールバルブ１１の制御により上部旋回体２に備えられた所定機器５０（例えば、作業装置３を作動させるためのブームシリンダ，アームシリンダ及びバケットシリンダなど）へと適宜送給されるようになっている。

この所定機器５０へと供給された作動油は、コントロールバルブ１１に戻った後、オイルクーラ１２へと流れ、上述したように、このオイルクーラ１２を通過する際に冷却ファン１７の作動により流通する冷却風により冷却されるようになっている。そして、オイルクーラ１２によって冷却された作動油は、一旦、タンク１３に回収された後、メインポンプ１０に吸引される。

サブラインＬ_Sは、油圧ポンプ１０の吐出側（作動油の流れ方向下流側）であってフローコントローラ＃１やコントロールバルブ１１よりも作動油の流れ方向上流側の位置Ｐ_INと、コントロールバルブ１１やオイルクーラ１２よりも作動油の流れ方向下流側であって油圧ポンプ１０の吸引側（作動油の流れ方向上流側）の位置Ｐ_OUTとの間を接続するようにして設けられており、冷却ファン１７を駆動するファンモータ（流体圧アクチュエータ）１６が介装されている。

また、メインラインＬ_Mには、上記のサブラインＬ_Sとの接続位置Ｐ_INよりも作動油流れ下流側であってコントロールバルブ１１よりも上流側に、上記フローコントローラ＃１が介装され、サブラインＬ_Sには、ファンモータ１６よりも作動油流れ上流側にフローコントローラ＃２が介装されている。そして、本作動油供給システムには、フローコントローラ＃１，＃２の開度を制御する制御装置（制御手段）２０がそなえられている。

また、タンク１３の作動油（オイルクーラ１２により冷却された作動油）の油温を検出する油温センサ（作動流体温度検出手段）２１が、タンク１３の内部に設置されている。この油温センサ２１からの検出信号は、上記制御装置２０に入力されるようになっており、制御装置２０は、油温センサ２１からの検出信号に基づきフローコントローラ＃１，＃２の各開度を制御するようになっている。つまり、油温が高いほど、フローコントローラ＃２の開度を上げ、且つ／或いは、フローコントローラ＃１の開度を下げて、サブラインＬ_Sを流れる油量即ちファンモータ１６へ流れる油量を増量するようになっている。これにより、ファンモータ１６ひいては冷却ファン１７の出力が増大し、冷却風量が増加して、オイルクーラ１２による作動油の冷却が強化されるようになっている。つまり、本実施形態では、フローコントローラ＃１，＃２が、油圧ポンプ１０から吐出された作動油のサブラインＬ_Sへの流量を調整する流量調整手段として機能していることになる。

また、サブラインＬ_Sの油量を増加するということは、コントロールバルブ１１をバイパスする油量を増加することであるから、コントロールバルブ１１を介して各種油圧アクチュエータ（所定機器５０）へ供給される発熱量の大きな作動油の流量が減少し、作動油の昇温が抑制される。
なお、サブラインＬ_Sへ供給される作動油の量は、コントロールバルブ１１を介して各種油圧アクチュエータ（所定機器５０）へ供給される作動油量を十分な量に確保できる範囲に限定され、また、コントロールバルブ１１よりも上流側からサブラインＬ_Sへ作動油が供給されることから、サブラインＬ_Sの油圧は比較的高い圧力となる。したがって、サブラインＬ_Sに設置されるファンモータ１６は、高圧低流量タイプの（供給される作動油が高圧且つ低流量である場合に適した）油圧モータを選定するのがこのましい。

本発明の一実施形態としての建設機械の作動流体供給システムは、上述したように構成されているので、図３に示す従来技術では必要であった冷却ファン１７を駆動するためのファンポンプ（クーリングポンプ）１５が不要となる。
このため、クーリングポンプやクーリングポンプを駆動する例えばギアボックスなどの設備（以下、『クーリングポンプなど』という）を削減でき、これらの設備にかかるコストを削減できる利点がある。また、エンジンの出力が、クーリングポンプなどによってポンプ損失やギア損失として消費されることがなくなり、システム全体のエネルギー効率を向上させることができる。また、クーリングポンプなどのスペースが不要となる分、建設機械の上部旋回体２上に備えられる各種機器のレイアウトの自由度を向上させることが可能となる。

また、上述したように、油温が高くなるほど、コントロールバルブ１１を介して所定機器５０へと送られる作動油量が減少する。作動油は、作業装置３の油圧シリンダなどで大きな動力を発生させるとき大きな昇温を伴うが、このように油圧シリンダなどの所定機器へと送られる作動油量が減少することから、作動油全体としての昇温量を従来よりも減少させることができ、従来よりも低い冷却能力でシステムを構成できる（例えば、オイルクーラ１２やファンモータ１６や冷却ファン１７などの仕様を下げることができる）。

さらに、例えばエンジンの冷態始動時のように油温が特に低い時には、フローコントローラ＃２を全閉して冷却ファン１７を非作動とする暖機回路を構成することができ、エンジン始動後に油温を所定温度まで早期に上昇させることが可能となる。
本発明の建設機械の作動流体供給システムは、上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。

例えば、上記実施形態では、メインラインＬ_MとサブラインＬ_Sとの流量を調整する流量調整手段を、２つのフローコントローラ＃１，＃２により構成したが、図１に示す構成に対し、フローコントローラ＃１，＃２の内の何れか一方のみを設置した構成も可能である（流量調整手段を、フローコントローラ＃１，＃２の何れか一方により構成することも可能である）。

また、上記実施形態では、フローコントローラ＃１，＃２の開度を制御する制御装置２０がそなえられているが、例えば、オペレータの操作によってフローコントローラ＃１，＃２の開度が制御されるような構成も考えられる。この場合、本作動油供給システムは、制御手段としての制御装置２０をそなえることなく上記効果を奏するものとなる。
また、フローコントローラ＃１，＃２が予め設定された所定開度でメインラインＬ_M，サブラインＬ_Sを開放して作動油の流量を制御するように構成することも考えられる。この場合、本作動油供給システムはより簡素な構成で上記効果を奏するものとなる。

なお、上記の実施形態は、作動油を油圧アクチュエータへ供給する作動油供給システムにおける本発明の適用例について詳述したものであるが、本発明は作動油以外の各種流体を供給するシステム（一般的な作動流体システム）に適用可能であることは言うまでもない。

本発明の一実施形態にかかる建設機械の作動油供給システムの構造を示す模式的な油圧系統図である。本発明の一実施形態にかかる建設機械の全体構成を示す模式的な側面図である。従来の建設機械の作動油供給システムの構造を示す模式的な油圧系統図である。

符号の説明

１０油圧ポンプ（ポンプ）
１１コントロールバルブ
１２オイルクーラ（作動流体冷却手段）
１６ファンモータ（流体圧アクチュエータ）
１７冷却ファン
２０制御装置（制御手段）
２１油温センサ（作動流体温度検出手段）
＃１，＃２フローコントローラ（流量調整手段）
Ｌ_M メインライン
Ｌ_S サブライン

Claims

作動流体を流通させるポンプと、
該ポンプから吐出された該作動流体の所定機器への供給を制御するコントロールバルブと、
該ポンプから吐出された該作動流体を該コントロールバルブに供給するためのメインラインと、
クーリングユニットに冷却風を流通させる冷却ファンの駆動用の流体圧アクチュエータと、
該メインラインにおける該コントロールバルブの上流側と該コントロールバルブの下流側とを接続するようにして設けられ、該ポンプから吐出された該作動流体を該流体圧アクチュエータに供給するためのサブラインと、
該ポンプから吐出された該作動流体の該サブラインへの流量を調整する流量調整手段とがそなえられた
ことを特徴とする、建設機械の作動流体供給システム。
該クーリングユニットとして該メインラインに該コントロールバルブよりも下流側にそなえられて該作動流体を冷却する作動流体冷却手段と、
該作動流体冷却手段により冷却された該作動流体の温度を検出する作動流体温度検出手段と、
該流量調整手段の作動を制御する制御手段とをそなえ、
該制御手段が、該作動流体温度検出手段の検出結果に基づき、該作動流体温度が高いほど該サブラインへの該作動流体の流量が増加するように、該流量調整手段の作動を制御する
ことを特徴とする、請求項１記載の建設機械の作動流体供給システム。