JP2007315405A - 油圧駆動装置およびその運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 高速走行時に効率が高く、低速時、高速時ともに加速性が良く、かつ最高速度の速い油圧駆動装置およびその運転方法を提供する。
【解決手段】 駆動源(2)に連結する可変容量型油圧ポンプ(4)と、油圧モータ(5)とを油圧回路(7,8)で接続する。油圧回路(7,8)に接続する可変容量型油圧ポンプ・モータ(10)とポンプ(4)との連結軸上に第１クラッチ(14)を設け、ポンプ・モータ(10)とモータ(5)との連結軸上に第２クラッチ(16)を設ける。始動時はポンプ(4)を容量最小、ポンプ・モータ(10)を容量最大、第１クラッチ(14)ＯＦＦ、第２クラッチ(16)ＯＮにする。加速時はポンプ(4)を容量最大、ポンプ・モータ(10)をモータ作用させて容量最小にし、次に第１クラッチ(14)ＯＮ、第２クラッチ(16)ＯＦＦにしてポンプ・モータ(10)をポンプ作用させて容量最大にする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車両の走行駆動装置として用いられる油圧駆動装置およびその運転方法に関する。

従来、車両に用いられる油圧駆動装置としては、エンジンに駆動される可変容量型油圧ポンプと、可変容量型油圧モータとの組み合わせが広く用いられている。又、特許文献１には無段階調整可能な流体静力学的運転装置及びその運転方法が記載されている。

図６は従来のものの第１例の、車両に用いられる油圧駆動装置１ｄを示す概略構成図である。図６において、駆動源２であるエンジンにより駆動軸３を介して駆動される斜板式両傾転型の可変容量型油圧ポンプ４と、この可変容量型油圧ポンプ４の吐出圧油により回転駆動される、出力軸６を備えた可変容量型油圧モータ４０とは回路７，８により接続されている。駆動源２を始動し、可変容量型油圧ポンプ４の吐出容量を調整して増大させると可変容量型油圧モータ４０の回転数は増大し、車両は増速する。この状態で可変容量型油圧モータ４０の容量を調整して低減させると車両は更に増速する。車両前進時は、可変容量型油圧ポンプ４の斜板を一側方向に傾転させ、後進時は斜板を他側方向に傾転させる。

次に油圧駆動装置１ｄの運転方法および作用について図７を参照して説明する。図７において、横軸はすべてポンプ、モータの容量調整の指令である速度指令値である。グラフ（ｇ）の縦軸は可変容量型油圧モータ４０の容量、グラフ（ｈ）の縦軸は可変容量型油圧ポンプ４の容量、グラフ（ｊ）の縦軸は出力軸６の回転数、グラフ（ｋ）の縦軸はポンプ、モータの効率の積、すなわち装置の動力伝達効率である。

グラフ（ｇ）、（ｈ）において、
１）始動時にはモータ４０は最大容量Ｖmaxに、ポンプ４は最小容量０に調整する。
２）増速時には先ずポンプ４の容量を増大するように調整する。すなわちポンプ４の容量を速度指令値とともに増大させ、速度指令値Ａで最大容量Ｖmaxにする。
３）次に、速度指令値Ａよりモータ５の容量を低減するように調整する。すなわちモータ５の容量を速度指令値とともに低減させ、速度指令値Ｂで所定の最小容量Ｖminにする。
その結果、グラフ（ｊ）に示すように、出力軸６の回転数は速度指令値Ａで０からＮ２に増速され、速度指令値Ｂで最高回転数Ｎ３になる。又、装置効率はグラフ（ｋ）に示すようになる。すなわちポンプ４は容量増大に伴い効率は上昇し、最大容量で効率最高になるため、装置効率は速度指令値Ａでη２になる。モータ４は容量低減に伴い効率は低下するため、速度指令値Ｂでη１となる。

図８は従来のものの第２例の、特許文献１に記載された無段階調整可能な流体静力学的運転装置１ｅの概略構成図である。図８において、可変容量型油圧ポンプ４と固定容量型油圧モータ５とが回路７，８で接続され、回路７，８に接続する可変容量型油圧モータ４１が設けられている。固定容量型油圧モータ５は歯車装置４２を介して出力軸６に連結し、可変容量型油圧モータ４１は歯車装置４３、およびクラッチ４４を介して出力軸６に連結している。

次に運転方法および作用、効果について図９を参照して説明する。図９において、横軸はすべて速度指令値である。グラフ（ｍ）の縦軸はモータ５の容量、グラフ（ｎ）の縦軸はポンプ４の容量、グラフ（ｐ）の縦軸はモータ４１の容量、グラフ（ｑ）の縦軸は出力軸６の回転数、グラフ（ｒ）の縦軸は装置効率である。

グラフ（ｍ）、（ｎ）、（ｐ）において、
１）始動時にはモータ５は容量Ｖ、ポンプ４は最小容量０、クラッチ４４は係合しておく。
２）増速時にはポンプ４の容量を増加させ、速度指令値Ａで最大容量Ｖmaxにする。
３）次に、速度指令値Ａよりモータ４１の容量を低減させ、速度指令値Ｂで斜板角を略０、すなわち容量を略０にし、クラッチ４４を開放にして固定容量型油圧モータ５のみによる駆動に切換える。
出力軸６の回転数はグラフ（ｑ）に示すように、速度指令値ＡでＮ１に、速度指令値ＢでＮ２になる。装置効率はグラフ（ｒ）に示すように、速度指令値Ａでη２に上昇し、速度指令値Ｂでη１に低下するが、このときに固定容量型油圧モータ５のみによる駆動に切換えるため、効率はη２に上昇する。

特開平２−２４０４４２号公報（第２−３頁、図面）

しかしながら、上記構成においては以下のような問題点がある。
まず、第１例のものにおいては、出力軸回転数大、すなわち車両高速走行時における伝達効率が低い。また、一般に容量が小さくなるにつれて効率が極端に低下するため変速比が３程度と大きくとれない。第２例のものにおいては、効率は改善されるが変速比は３程度と大きくとれないという問題がある。

本発明は上記の問題点に着目してなされたもので、車両高速走行時における装置効率が高く、大きな変速比をとることができる油圧駆動装置およびその運転方法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、第１発明は、油圧駆動装置において、駆動源と、前記駆動源に連結する可変容量型油圧ポンプと、前記可変容量型油圧ポンプの吐出圧油により回転駆動され、外部に出力を伝達する油圧モータと、前記可変容量型油圧ポンプと前記油圧モータとを接続する油圧回路に接続し、かつ前記駆動源と前記油圧モータとに連結する可変容量型油圧ポンプ・モータと、前記駆動源と前記可変容量型油圧ポンプ・モータとを係合する第１クラッチと、前記可変容量型油圧ポンプ・モータと前記油圧モータとを係合する第２クラッチとを備えた構成としている。

第２発明は、第１発明において、前記駆動源と前記可変容量型油圧ポンプ・モータとの間、および前記可変容量型油圧ポンプ・モータと前記固定容量型油圧モータとの間に、それぞれ歯車装置を設けた構成としている。

第３発明は、油圧駆動装置において、一方向に回転する駆動源と、前記駆動源に連結する可変容量型油圧ポンプと、前記可変容量型油圧ポンプの吐出圧油により回転駆動され、外部に出力を伝達する油圧モータと、前記可変容量型油圧ポンプと前記油圧モータとを接続する油圧回路に接続する接続回路を有し、かつ、前記駆動源と前記油圧モータとに連結する可変容量型油圧ポンプ・モータと、前記駆動源と前記可変容量型油圧ポンプ・モータとを係合する第１クラッチと、前記可変容量型油圧ポンプ・モータと前記油圧モータとを係合する第２クラッチと、前記可変容量型油圧ポンプ・モータの接続回路上に設けられ、圧油の流れの方向を切換え可能な切換弁とを備えた構成としている。

第４発明は、第１発明において、前記油圧回路に接続する前記可変容量型油圧ポンプ・モータの接続回路上に設けられ、前記接続回路の遮断可能な閉止弁を備えた構成としている。

第５発明は、駆動源により駆動される可変容量型油圧ポンプと、前記可変容量型油圧ポンプの吐出圧油により回転駆動され、外部に出力を伝達する油圧モータと、前記可変容量型油圧ポンプと前記油圧モータとを接続する油圧回路に接続し、かつ前記駆動源と前記油圧モータとに連結する可変容量型油圧ポンプ・モータと、前記駆動源と前記可変容量型油圧ポンプ・モータとを係合する第１クラッチと、前記可変容量型油圧ポンプ・モータと前記固定容量型油圧モータとを係合する第２クラッチとを備えた油圧駆動装置において、１）始動時には可変容量型油圧ポンプを最小容量に、可変容量型油圧ポンプ・モータをモータ作用する最大容量に調整し、第１クラッチを開放させるとともに第２クラッチを係合させ、２）増速時には、可変容量型油圧ポンプの容量を増大させて最大容量に調整し、３）次に、可変容量型油圧ポンプ・モータの容量を減少させて最小容量に調整し、４）次に、可変容量型油圧ポンプ・モータの容量が略ゼロになった時に、第１クラッチを係合させるとともに第２クラッチを開放し、５）次に、可変容量型油圧ポンプ・モータの容量をポンプ作用する側に増大させて最大容量に調整する運転方法としている。

第１発明によると、低速走行時には油圧モータとともに、可変容量型油圧ポンプ・モータをモータとして使用することが可能になり、大きなモータ容量が得られるので、加速力が大きくなる。又、可変容量型油圧ポンプとともに、可変容量型油圧ポンプ・モータをポンプとして使用することが可能になり、大きなポンプ容量が得られ、速い最高速度を達成できる。さらに、最高速度走行時は可変容量型油圧ポンプが最大容量の状態で油圧モータを駆動するので、高い装置効率を得ることができる。

第２発明によると、歯車装置の歯数比を適宜選定することにより、それぞれのポンプ、モータを最適回転で使用する事が可能になり、車速全域に渡り、効率を向上することができる。

第３発明によると、切換弁を切換えることにより前後進の切換えが可能になり、可変容量型油圧ポンプ・モータを２方向流れ型にする必要が無く、構造簡単でコストの低減が図れる。

第４発明によると、可変容量型油圧ポンプ・モータの容量を０にしたときに閉止弁を閉じ、可変容量型油圧ポンプ・モータを高圧負荷回路から切り離してロスを低減することができでき、効率の向上が図れる。

第５発明によれば、低速走行時には油圧モータとともに、可変容量型油圧ポンプ・モータをモータとして使用するので大きなモータ容量を得られ、大きな駆動トルクが得られる。又、可変容量型油圧ポンプとともに、可変容量型油圧ポンプ・モータをポンプとして使用するので大きなポンプ容量が得られるので出力軸の回転数を上昇可能となり、高い最高速度が得られる。さらに、高速走行時には可変容量型油圧ポンプ及びポンプとして使用する可変容量ポンプ・モータを最大容量状態で油圧モータを駆動するため、高い装置効率で走行できる。

以下、本発明に係る油圧駆動装置およびその運転方法の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は第１実施形態の油圧駆動装置１の概略構成図である。図１において、駆動源（例えばエンジン）２と斜板式両傾転型の可変容量型油圧ポンプ４（以下ポンプ４と称する）とは駆動軸３により連結されている。固定容量型油圧モータ５（以下モータ５と称する）は出力軸６を備えている。ポンプ４とモータ５とは油圧回路７，８により接続され、閉回路を構成している。斜板式両傾転型の可変容量型油圧ポンプ・モータ１０（以下ポンプ・モータ１０と称する）はポンプ４とモータ５との間に配置され、接続回路１１，１２を介して、油圧回路７，８に接続している。ポンプ・モータ１０は第１軸１３によりポンプ４を介して駆動源２に連結しており、第１軸１３上には断続自在な第１クラッチ１４が設けられている。ポンプ・モータ１０は第２軸１５によりモータ５を介して出力軸６に連結しており、第２軸１５上には断続自在な第２クラッチ１６が設けられている。

次に作動について説明する。図１において、第１クラッチ１４を開放、第２クラッチ１６を係合し、ポンプ・モータ１０をモータとして作用させる。駆動源２により駆動軸３を介しポンプ４を駆動し、ポンプ４から吐出した圧油はモータ５およびポンプ・モータ１０に流入し、モータ５およびポンプ・モータ１０を駆動させる。そして、出力軸６に動力を伝達させ出力軸６を回転させる。したがって、ポンプ４の吐出量を増大するに従い出力軸６の回転数は増大する。そして、ポンプ・モータ１０の容量を減少させるに従い出力軸６の回転数は増大する。第１クラッチ１４を係合させ、第２クラッチ１６を開放にし、油圧ポンプ・モータ１０をポンプとして作用させる場合には、ポンプ４の吐出量が増大するに従い出力軸６の回転数は増大する。次に、ポンプ・モータ１０の容量を増大させるに従い出力軸６の回転数はさらに増大する。また、ポンプ４およびポンプ・モータ１０の斜板を逆に傾転させることにより車両は後進する。

次に運転方法および作用について図２を参照して説明する。図２において、横軸はすべてポンプ、モータの容量調整の指令である速度指令値である。グラフ（ａ）の縦軸はモータ５の容量、グラフ（ｂ）の縦軸はポンプ４の容量、グラフ（ｃ）の縦軸はポンプ・モータ１０の容量、グラフ（ｄ）の縦軸はモータ５と、モータとして作用させるポンプ・モータ１０との合計容量、グラフ（ｅ）の縦軸は出力軸６の回転数、グラフ（ｆ）の縦軸は装置の動力伝達効率である。

グラフ（ａ），（ｂ），（ｃ）において
１）始動時にはモータ５の容量はＶ、ポンプ４は最小容量０、ポンプ・モータ１０がモータ作用するように、前記の第１クラッチ１４を開放に、第２クラッチ１６を係合させる。そして、ポンプ・モータ１０を最大容量Ｖｍａｘとする。
２）速度指令値０から速度指令値Ａまでの増速時にはポンプ４の容量を増大するように斜板角を調整する。ポンプ４の容量を速度指令値とともに増大させ、速度指令値Ａで最大容量Ｖmaxにする。
３）速度指令値Ａから速度指令値Ｂの範囲では、速度指令値Ａよりモータ作用しているポンプ・モータ１０の容量を低減するように斜板角を調整し、ポンプ・モータ１０の容量を速度指令値とともに低減させる。そして、速度指令値Ｂで斜板角略０、すなわち容量略０にする。
４）速度指令値Ｂから速度指令値Ｃの範囲では、速度指令値Ｂで第１クラッチ１４を係合し、第２クラッチ１６を開放にし、ポンプ・モータ１０をポンプとして作用させる。速度指令値Ｃで最大容量Ｖmaxになるようにポンプ・モータ１０の容量が増大するように斜板角を調整する。
その結果、グラフ（ｄ）に示すように、モータ容量は、始動時から速度指令値Ａまでモータ５とポンプ・モータ１０との合計のＶ＋Ｖmaxであり、速度指令値Ｂでモータ５のみの容量Ｖになる。すなわち、低速時には容量が大きいので大きな加速力が得られ、高速時にも充分に速い車速が得られる。グラフ（ｅ）に示すように、出力軸６の回転数はポンプ４の容量増大により速度指令値ＡでＮ１に増速され、速度指令値Ｂでポンプ・モータ１０のモータ容量減少によりＮ２に増速され、速度指令値Ｃでポンプ・モータ１０のポンプ容量増大によりＮ３に増速されて最高回転数になる。すなわち高い最高速度が得られる。さらに、グラフ（ｆ）に示すように、速度指令値Ａで、効率はポンプ４の容量増大により高いη２となり、速度指令値Ｂでポンプ・モータ１０のモータ容量減少により一旦η０に低下するが、速度指令値Ｃでポンプ・モータ１０のポンプ容量増大により再びη２に向上する。すなわち高速走行時に高い効率が得られる。減速時には、以上に述べたポンプ４の容量制御方法と、ポンプ・モータ１０の容量制御方法と、第１クラッチ１４と第２クラッチ１６の係合及び開放の方法とを、それぞれ加速時とは反対の方法として作用させればよいので、ここでは説明を省略する。なお、ここでは、斜板式の可変容量ポンプ４、斜板式の可変容量ポンプ・モータ１０を用いた例で説明したが、同じように容量可変機構を備えた装置でも、適宜選択して実施できるものである。

図３は第２実施形態の油圧駆動装置１ａの概略構成図である。第１実施形態のものと同一部材には同一符号を付して説明は省略し、異なる部分についてのみ説明する。図３において、ポンプ・モータ１０のポンプ・モータ軸２０には第２歯車２４が回転自在に設けられ、第２歯車２４は駆動軸３に固設された第１歯車２３と噛み合って歯車装置２２を構成している。第２歯車２４とポンプ・モータ軸２０との間には断続自在な第１クラッチ１４が設けられている。ポンプ・モータ軸２０には第３歯車２６が回転自在に設けられ、第３歯車２６はモータ５に結合するモータ軸２１に固設された第４歯車２７と噛み合って歯車装置２５を構成している。第３歯車２６とポンプ・モータ軸２０との間には断続自在な第２クラッチ１６が設けられている。本構成によれば、ポンプ４とポンプ・モータ１０とは回転比を適宜選択でき、ポンプ・モータ１０とモータ５とは回転比を適宜選択できる。

図４は第３実施形態の油圧駆動装置１ｂの概略構成図である。第１実施形態のものと同一部材には同一符号を付して説明は省略し、異なる部分についてのみ説明する。図４において、ポンプ４とモータ５との間に配置されている可変容量型油圧ポンプ・モータ３０は片傾転型である。接続回路１１，１２上には回路を切換え可能な切換弁３１が設けられている。切換弁３１は可変容量型油圧ポンプ・モータ３０を車両前進でモータ作用、後進でポンプ作用とするＤ位置と、後進でモータ作用、前進でポンプ作用とするＥ位置とを備えている。

図５は第４実施形態の油圧駆動装置１ｃの概略構成図である。第１実施形態のものと同一部材には同一符号を付して説明は省略し、異なる部分についてのみ説明する。図５において、接続回路１１，１２上には回路を断続する閉止弁３２が設けられている。したがって回路７，８のどちらかが高圧状態にあるときにポンプ・モータ１０の傾転角を０にした場合、閉止弁３２を閉じてポンプ・モータ回路１１，１２を遮断して、回路７,８からの圧油がポンプ・モータ１０から漏れることを防止することができる。

また、第１実施形態の油圧駆動装置１において、車両が最高速度に到達した後、第１クラッチ１４および第２クラッチ１６をともに係合にすることによって駆動軸３と出力軸６とを結合する。すなわち、駆動源２と、出力軸６がダイレクトにつながることになり、さらに高い動力伝達効率を得ることができる。なお、このときポンプ４とポンプ・モータ１０とは斜板角を略０としモータ５のポートを連通させることが望ましい。さらに第４実施形態の油圧駆動装置１ｃにおいて、上記のように操作した場合、閉止弁３２を閉じればさらにロスを低減できる。

なお、上記第３実施形態の油圧駆動装置１ｂにおいて、油圧ポンプ・モータ１０を片傾転型にし、接続回路１１，１２上に設けた切換弁３１に閉止弁３２の閉止位置を追加したものとしても良い。ここで示した実施例では固定容量モータを用いたが、可変容量モータを用いても同様の作用効果が得られる。また、ポンプ、ポンプ・モータ、モータ、第１クラッチ、第２クラッチの配置は、本発明の趣旨を逸脱しない限り、互いに組み合わせることが可能である。

本発明に係る第１実施形態の油圧駆動装置の概略構成図である。 本発明に係る第１実施形態の油圧駆動装置の、運転方法説明用のグラフである。 本発明に係る第２実施形態の油圧駆動装置の概略構成図である。 本発明に係る第３実施形態の油圧駆動装置の概略構成図である。 本発明に係る第４実施形態の油圧駆動装置の概略構成図である。 従来の第１例の油圧駆動装置の概略構成図である。 従来の第１例の油圧駆動装置の、運転方法説明用のグラフである。 従来の第２例の油圧駆動装置の概略構成図である。 従来の第２例の油圧駆動装置の、運転方法説明用のグラフである。

符号の説明

１，１ａ，１ｂ，１ｃ，…油圧駆動装置、２…駆動源、３…駆動軸、４…可変容量型油圧ポンプ、５…油圧モータ、６…出力軸、７，８…油圧回路、１０，３０…可変容量型油圧ポンプ・モータ、１１，１２…接続回路、１４…第１クラッチ、１６…第２クラッチ、２２，２５…歯車装置、３１…切換弁、３２…閉止弁。

Claims (5)

1. 油圧駆動装置において、
   駆動源(2)と、
   前記駆動源(2)に連結する可変容量型油圧ポンプ(4)と、
   前記可変容量型油圧ポンプ(4)の吐出圧油により回転駆動され、外部に出力を伝達する油圧モータ(5)と、
   前記可変容量型油圧ポンプ(4)と前記油圧モータ(5)とを接続する油圧回路(7,8)に接続し、かつ前記駆動源(2)と前記油圧モータ(5)とに連結する可変容量型油圧ポンプ・モータ(10)と、
   前記駆動源(2)と前記可変容量型油圧ポンプ・モータ(10)とを係合する第１クラッチ(14)と、
   前記可変容量型油圧ポンプ・モータ(10)と前記油圧モータ(5)とを係合する第２クラッチ(16)とを備えた
   ことを特徴とする油圧駆動装置。
2. 請求項１記載の油圧駆動装置において、
   前記駆動源(2)と前記可変容量型油圧ポンプ・モータ(10)との間、および前記可変容量型油圧ポンプ・モータ(10)と前記固定容量型油圧モータ(5)との間に、それぞれ歯車装置(22,25)を設けた
   ことを特徴とする油圧駆動装置。
3. 油圧駆動装置において、
   一方向に回転する駆動源(2)と、
   前記駆動源(2)に連結する可変容量型油圧ポンプ(4)と、
   前記可変容量型油圧ポンプ(4)の吐出圧油により回転駆動され、外部に出力を伝達する油圧モータ(5)と、
   前記可変容量型油圧ポンプ(4)と前記油圧モータ(5)とを接続する油圧回路(7,8)に接続する接続回路(11,12)を有し、かつ、前記駆動源(2)と前記油圧モータ(5)とに連結する可変容量型油圧ポンプ・モータ(30)と、
   前記駆動源(2)と前記可変容量型油圧ポンプ・モータ(30)とを係合する第１クラッチ(14)と、
   前記可変容量型油圧ポンプ・モータ(30)と前記油圧モータ(5)とを係合する第２クラッチ(16)と、
   前記可変容量型油圧ポンプ・モータ(30)の接続回路(11,12)上に設けられ、圧油の流れの方向を切換え可能な切換弁(31)とを備えた
   ことを特徴とする油圧駆動装置。
4. 請求項1記載の油圧駆動装置において、
   前記油圧回路(7,8)に接続する前記可変容量型油圧ポンプ・モータ(10)の接続回路(11,12)上に設けられ、前記接続回路(11,12)の遮断可能な閉止弁(32)を備えた
   ことを特徴とする油圧駆動装置。
5. 駆動源(2)により駆動される可変容量型油圧ポンプ(4)と、
   前記可変容量型油圧ポンプ(4)の吐出圧油により回転駆動され、外部に出力を伝達する油圧モータ(5)と、
   前記可変容量型油圧ポンプ(4)と前記油圧モータ(5)とを接続する油圧回路(7,8)に接続し、かつ前記駆動源(2)と前記油圧モータ(5)とに連結する可変容量型油圧ポンプ・モータ(10)と、
   前記駆動源(2)と前記可変容量型油圧ポンプ・モータ(10)とを係合する第１クラッチ(14)と、
   前記可変容量型油圧ポンプ・モータ(10)と前記固定容量型油圧モータ(5)とを係合する第２クラッチ(16)とを備えた油圧駆動装置において、
   １）始動時には可変容量型油圧ポンプ(4)を最小容量に、可変容量型油圧ポンプ・モータ(10)をモータ作用する最大容量に調整し、第１クラッチ(14)を開放させるとともに第２クラッチ(16)を係合させ、
   ２）増速時には、可変容量型油圧ポンプ(4)の容量を増大させて最大容量に調整し、
   ３）次に、可変容量型油圧ポンプ・モータ(10)の容量を減少させて最小容量に調整し、
   ４）次に、可変容量型油圧ポンプ・モータ(10)の容量が略ゼロになった時に、第１クラッチ(14)を係合させるとともに第２クラッチ(16)を開放し、
   ５）次に、可変容量型油圧ポンプ・モータ(10)の容量をポンプ作用する側に増大させて最大容量に調整する
   ことを特徴とする油圧駆動装置の運転方法。
   

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