JP2012159130A - 産業用車両の油圧ポンプ制御システムと産業用車両 - Google Patents

Abstract

【課題】 油圧ポンプからブレーキ制御回路に吐出する流量を必要流量に制御して省エネルギ化を図ることができる産業用車両の油圧ポンプ制御システムを提供すること。
【解決手段】 作動油をブレーキ制御用に蓄積するアキュムレータ３３が所定圧力以下の場合は作動油をアキュムレータ３３，３４に蓄積し、アキュムレータ３３が所定圧力に達すると作動油を他のバルブに供給するアンローダバルブ１０と、このアンローダバルブ１０からの作動油を荷役駆動油に合流させる荷役合流バルブ５０、及びファン６２に供給するファン制御バルブ６０とを備え、前記油圧ポンプを、前記アンローダバルブ１０の圧力制御バルブ１次圧と、前記荷役合流バルブ５０の荷役合流圧と、前記ファン制御バルブ６０のファン回転数制御圧とを高圧選択し、この高圧選択した最高圧をロードセンシング圧として傾転角を制御する可変容量ポンプ５で構成した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、建設機械や産業車両等の産業用車両に用いられている油圧ポンプの制御システムと、それを備えた産業用車両に関する。

従来、ホイールローダ等の産業用車両（この明細書及び特許請求の範囲の書類中における「産業用車両」は、「ホイールローダ」、「タイヤローラ」、等の建設機械、及び「フォークリフト」、「高所作業車」等の産業車両、その他の産業用に使用される車両を全て含む）には、油圧でブレーキ制御を行うシステムが用いられている。

このようなブレーキ制御システムとしては、例えば、一般的に、固定容量ポンプを用いてエンジン回転数に応じた流量の作動油を吐出して蓄圧部に蓄積し、その作動油で必要に応じてブレーキ制御が行われている。

また、ブレーキ制御用の作動油を蓄圧部に蓄積完了すると、その作動油を他の荷役合流バルブやファン制御バルブに供給して他の駆動用油として利用する産業用車両もある。

なお、この種の先行技術として、油圧ショベル等のエンジンで駆動する固定容量ポンプと可変容量ポンプとを備えた油圧回路において、エンジンで駆動する固定容量ポンプの吐出流量変化に応じて可変容量ポンプの制御を行うようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。

また、他の先行技術として、エンジンで駆動する固定容量ポンプと可変容量ポンプとを備えた油圧回路において、エンジン回転数が小さいときに、予め設定されたエンジン回転トルク曲線に見合ったポンプ吸収トルク以上のトルクが得られるように、走行用可変容量ポンプの傾転角を大きくして走行モータで大トルクが得られるようにしたものもある（例えば、特許文献２参照）。

特開２００１−２７１７５８号公報 特開２００２−２１３６０９号公報

しかしながら、上記したように固定容量ポンプでエンジン回転数に応じた流量の作動油を吐出した場合、ブレーキ制御が不要な作業時等にもエンジン回転数に応じた大流量を吐出することになるため、その時の必要流量を超える吐出分は仕事をすることなくタンクへ戻されるので損失エネルギが多い。

また、ブレーキ制御用の作動油を他の駆動用油として利用する場合も、他の駆動用に利用されない作動油は、仕事をすることなくタンクへ戻されるので損失エネルギとなる。

一方、近年、地球温暖化防止やＣＯ_２ 削減等のためにエンジンの小型化や排ガス規制、各機器の効率化等が図られている。そのため、上記したようなブレーキ制御回路においても、油圧ポンプから吐出して仕事をしない作動油流量を極力減らして省エネルギ化を図る必要性が生じている。

なお、上記特許文献１は固定容量ポンプの吐出流量変化で可変容量ポンプの傾転角を制御するものであり、特許文献２はエンジン回転数が小さいときに走行用可変容量ポンプの傾転角を制御するものであるため、いずれも本発明のようにブレーキ制御回路における作動油流量を制御して省エネルギ化を図ることはできない。

そこで、本発明は、油圧ポンプからブレーキ制御回路に吐出する流量を必要流量に制御して省エネルギ化を図ることができる産業用車両の油圧ポンプ制御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、本発明の油圧ポンプ制御システムは、油圧ポンプから吐出する作動油によってブレーキ制御を行う産業用車両の油圧ポンプ制御システムであって、前記作動油をブレーキ制御用に蓄積する蓄圧部と、前記蓄圧部が所定圧力以下の場合は前記作動油を該蓄圧部に蓄積し、該蓄圧部が所定圧力に達すると前記作動油を他のバルブに供給する圧力制御バルブを有するアンローダバルブと、前記アンローダバルブからの作動油を荷役駆動油に合流させる荷役合流バルブと、前記アンローダバルブからの作動油をファンに供給するファン制御バルブとを備え、前記油圧ポンプは、前記アンローダバルブの圧力制御バルブ１次圧と、前記荷役合流バルブの荷役合流圧と、前記ファン制御バルブのファン回転数制御圧とを高圧選択し、該高圧選択した最高圧をロードセンシング圧として傾転角を制御する可変容量ポンプであることを特徴とする。

これにより、可変容量ポンプから吐出される作動油をブレーキ制御用として優先的に蓄圧するとともに、ブレーキ制御用の作動油が不要な場合は、可変容量ポンプの傾転角を小さくして損失エネルギを最小にすることができるので、可変容量ポンプの吐出流量を必要流量に制御して省エネルギ化を図ることができる。すなわち、ブレーキ制御用として蓄圧部に作動油を蓄積する時には、ブレーキ制御回路に必要な流量の作動油が吐出されるように可変容量ポンプの傾転角を大きくする制御をし、ブレーキ制御回路が設定圧に達すると、最も圧力の高いバルブの必要流量を吐出するように傾転角を制御して、エネルギ損失を最小限に抑えることができる。

また、前記アンローダバルブの圧力制御バルブ１次圧と前記荷役合流バルブの荷役合流圧とを高圧選択し、該高圧選択した高圧側圧力と前記ファン制御バルブのファン回転数制御圧とを高圧選択し、該高圧選択した圧力をロードセンシング圧として前記可変容量ポンプの傾転角を制御するように構成してもよい。

なお、前記アンローダバルブの圧力制御バルブ１次圧、前記荷役合流バルブの荷役合流圧と前記ファン制御バルブのファン回転数制御圧を高圧選択する順番は、上記の順番に限らず、適宜変更してもよい。

さらに、前記アンローダバルブから前記荷役合流バルブに作動油を供給し、該荷役合流バルブから前記ファン制御バルブに作動油を供給するように構成してもよい。

このようにすれば、高圧の作動油が必要となる荷役合流バルブに作動油を供給した後、その荷役合流バルブからファン制御バルブに作動油が供給されるので、ブレーキ制御用の作動油を優先的に蓄積した後、荷役用に作動油を優先的に供給するので、作動油を高圧側の構成から優先的に供給するようにできる。

一方、本発明に係る産業用車両は、前記いずれかの油圧ポンプ制御システムを備えていることを特徴とする。

これにより、ブレーキ制御用の作動油を蓄圧部に優先して蓄圧するブレーキ優先回路を備えつつ、可変容量ポンプから吐出される流量を必要流量に最適制御して損失エネルギを抑えることができ、省エネルギ化を図ることができる産業用車両を構成することが可能となる。

本発明によれば、ブレーキ制御用の作動油の蓄積を優先させつつ、可変容量ポンプから吐出される流量を状況に応じて必要流量に制御することができるので、油圧ポンプ制御システムの効率向上による省エネルギ化を図ることが可能となる。

本発明の油圧ポンプ制御システムに係る一実施形態を示す油圧回路図である。 図１に示すアンローダバルブの拡大図である。 図２に示すアンローダバルブのアンロード状態を示す図面である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。以下の実施形態では、ホイールローダの油圧回路を例に説明する。

図１に示すように、油圧回路１には、タンク２から配管３を介して作動油を供給する可変容量ポンプ５が設けられている。この可変容量ポンプ５から供給される作動油は、配管４を介してアンローダバルブ１０の入力ポート１１に供給されている。この入力ポート１１に供給された作動油は、絞り１２を介して第１出力ポート１３に供給され、この第１出力ポート１３からブレーキ制御回路３０に供給される。ブレーキ制御回路３０に供給された作動油は、フィルタ３１を介して分岐配管３２からフロントアクスル用アキュムレータ３３とリヤアクスル用アキュムレータ３４とに蓄積される。分岐配管３２には、チェックバルブ３５が設けられており、両アキュムレータ３３，３４に蓄えられた作動油の逆流を防止している。これらのアキュムレータ３３，３４に蓄えられた作動油の蓄圧エネルギがブレーキ制御圧の元圧となる。このアキュムレータ３３，３４に蓄えられた作動油は、ブレーキバルブ（図示略）の操作によってアキュムレータ３３，３４からフロントアクスル（図示略）及びリヤアクスル（図示略）に供給される。

上記可変容量ポンプ５は、エンジンで駆動されるミッション６を介して駆動されている。この可変容量ポンプ５は、後述するロードセンシング圧（Ｐｌｓ）によって切り換えられる制御バルブ７と、この制御バルブ７によって制御される傾転角調整部８とを有する容量調整機構９を備えている。この容量調整機構９によって、可変容量ポンプ５の傾転角が制御される。容量調整機構９による傾転角制御は後述する。

図１及び図２に示すように、上記アンローダバルブ１０は、ブレーキ制御圧への元圧（アキュムレータ３３側の回路圧）が設定圧以下に低下すると第１出力ポート１３から優先的にブレーキ制御回路３０に作動油を供給し、ブレーキ制御元圧が設定圧以上になったら第２出力ポート１４へ作動油を供給するように制御するバルブである。このアンローダバルブ１０は公知の油圧バルブユニットであり、アキュムレータ３３，３４に作動油を蓄積するか、作動油をタンク２へ戻すとともに２次側へ供給するかを切り換える第１バルブ１５と第２バルブ１６の２つのバルブを備えている。このアンローダバルブ１０は、これら第１バルブ１５及び第２バルブ１６の設定圧で切換圧力が設定される。

このようなアンローダバルブ１０の機能としては、アキュムレータ３３側の回路圧が設定圧力以下の場合は、入力ポート１１に供給された作動油は、絞り１２を通過して第１出力ポート１３へ供給され、チェックバルブ３５を介してアキュムレータ３３，３４に蓄積される。このアキュムレータ３３側の回路圧（Ｐｂｒｅａｋ）は、パイロット配管３６を介して第１バルブ１５に導かれている。

アキュムレータ３３に作動油が蓄積されて回路圧が設定圧に達すると、その回路圧力（Ｐｂｒｅａｋ）によって第１バルブ１５の１次側と２次側の回路が接続されて配管１９と連通するため、第１バルブ１５の１次側圧力がタンク圧まで低下する。

これにより、図３に示すように、第２バルブ１６の１次側と２次側の回路が接続され、入力ポート１１に供給された作動油は第２バルブ１６を介して第２出力ポート１４へ供給される。この状態は、ブレーキ制御回路３０へ作動油が供給されなくなり、第２バルブ１６によって作動油がカットアウトされた状態である（この明細書及び特許請求の範囲の書類中における「カットアウト」は、アンローダバルブからブレーキ制御回路に作動油を供給しない状態をいい、「カットイン」は、アンローダバルブからブレーキ制御回路に作動油を供給する状態をいう）。上記第２出力ポート１４は、図１に示すように、配管２２を介して荷役合流バルブ５０に接続されている。

一方、上記アキュムレータ３３に蓄積された蓄圧エネルギがブレーキバルブ（図示略）の操作によって消費されると、ブレーキ制御回路３０のＰｂｒｅａｋがアンローダバルブ１０の設定圧よりも低下する。このＰｂｒｅａｋが設定圧以下に低下すると、アンローダバルブ１０の第１バルブ１５の通路が閉じられる。

これにより、第１バルブ１５の１次側圧力が上昇し、第２バルブ１６の１次側と２次側の回路が切断される（この時の圧力を、カットイン圧という）。この第２バルブ１６の通路が閉じられることで、可変容量ポンプ５から吐出された作動油はブレーキ制御回路３０側へ優先的に流れる（ブレーキ回路優先）。また、これによって後述するように可変容量ポンプ５の吐出量が増えてブレーキ制御回路３０へ作動油が供給され、上記アキュムレータ３３，３４に蓄積されることで回路圧が上昇し、それに応じてＰｂｒｅａｋが上昇する。

上記荷役合流バルブ５０には、切換えバルブ５１が設けられている。この切換えバルブ５１は、可変絞り５２の２次側から分岐した分岐管５５に設けられた電磁切換えバルブ５６の電気制御によって切換えられる。電磁切換えバルブ５６は、通常はＯＦＦとなっており、アンローダバルブ１０からの作動油はファン制御バルブ６０に供給される。図１に示すように、上記切換えバルブ５１が切換えられると、荷役合流バルブ５０は、アンローダバルブ１０からの作動油を、絞りを内蔵した切換えバルブ５１と可変絞り５２、チェックバルブ５３を介して、荷役合流配管５４から荷役（図示略）に荷役合流圧の作動油を供給する。

また、ファン制御バルブ６０には、電磁制御バルブ６１が設けられており、この電磁制御バルブ６１の切換え制御によってファン６２の回転方向が制御されるようになっている。このファン制御バルブ６０には、ファン６２の回転数を制御する電磁逆比例弁６４が設けられている。

そして、このような油圧回路１において、上記第１バルブ１５の１次側圧力（分岐管１７の絞り１８の２次側回路圧（Ｐｕｎ））がパイロット配管２１を介して高圧選択弁２０に導かれるとともに、上記荷役合流バルブ５０からの荷役合流圧（Ｐｌｏａｄ）がパイロット配管５７を介して高圧選択弁２０に導かれ、上記ファン制御バルブ６０のファン回転数制御圧（Ｐｆａｎ）がパイロット配管６３を介して高圧選択弁２０に導かれている。

この高圧選択弁２０に導かれたそれぞれの圧力は、まずアンローダバルブ１０における上記圧力（Ｐｕｎ）と荷役合流バルブ５０の荷役合流圧（Ｐｌｏａｄ）とが比較される。そして、これらの圧力の高圧側圧力が、ファン回転数制御圧（Ｐｆａｎ）と比較される。これにより、高圧選択弁２０で一番高い圧力（最高圧）が選択され、その圧力がロードセンシング圧（Ｐｌｓ）となる。この高圧選択弁２０で選択されたロードセンシング圧（Ｐｌｓ）によって、パイロット配管２３を介して上記容量調整機構９の制御バルブ７が制御される。これにより、高圧選択弁２０で選択された一番高い圧力に応じた流量の作動油が吐出されるように可変容量ポンプ５の傾転角が傾転角調整部８で制御される。

すなわち、可変容量ポンプ５の傾転角制御は、ブレーキ制御圧力の蓄圧エネルギを優先させて蓄積するアンローダバルブ１０における第１バルブ１５の１次側圧力（Ｐｕｎ；ブレーキ制御回路圧）と第２出力ポート１４から荷役合流バルブ５０に供給されて荷役合流させる荷役合流圧（Ｐｌｏａｄ；荷役の負荷によって変化）とを比較するとともに、ファン制御バルブ６０のファン回転数制御圧（Ｐｆａｎ；ファンの回転数によって変化）とを比較し、最も高い圧力をロードセンシング圧（Ｐｌｓ圧）としてポンプ傾転制御を行うようになっている。

上記高圧選択弁２０における圧力選択の具体的な例としては、以下のようになる。まず、アンローダバルブ１０の第１バルブ１次圧（Ｐｕｎ）がロードセンシング圧となる時は、荷役合流バルブ５０の作動は無く（Ｐｌｏａｄ＝０）、アンローダバルブ１０がカットインしている状態で、ファン回転数制御圧（Ｐｆａｎ）がアンローダバルブ１０のカットイン圧よりも低い時である。この状態では、Ｐｌｏａｄ（＝０ＭＰａ）＜Ｐｆａｎ＜Ｐｕｎ、の関係となる。また、ファン回転数制御圧（Ｐｆａｎ）がアンローダバルブ１０のカットイン圧よりも高く、カットアウト圧よりも低い時は、ＰｕｎがＰｆａｎを上回った時点でＰｕｎの圧力がロードセンシング圧となる。

一方、ファン回転数制御圧（Ｐｆａｎ）がロードセンシング圧となる時は、荷役合流バルブ５０の作動は無く（Ｐｌｏａｄ＝０）、アンローダバルブ１０のカットアウト圧（Ｐｕｎ）よりもファン回転数制御圧（Ｐｆａｎ）が高い時である。この状態では、Ｐｌｏａｄ（＝０ＭＰａ）＜Ｐｕｎ＜Ｐｆａｎ、の関係となる。また、荷役合流バルブ５０の作動は無く（Ｐｌｏａｄ＝０）、アンローダバルブ１０がカットアウトしている時に、ファン回転数制御圧（Ｐｆａｎ）がロードセンシング圧となる。さらに、アンローダバルブ１０がカットインしている状態で、ファン回転数制御圧（Ｐｆａｎ）がアンローダバルブ１０のカットイン圧よりも高い時（ファン高回転時）に、ファン回転数制御圧（Ｐｆａｎ）がロードセンシング圧となる。

また、荷役合流バルブ５０の荷役合流圧（Ｐｌｏａｄ）がロードセンシング圧となる時は、アンローダバルブ１０がカットアウト後（Ｐｕｎ）で、ファン回転数制御圧（Ｐｆａｎ）が合流圧より低い時である。この状態では、Ｐｕｎ＜Ｐｆａｎ＜Ｐｌｏａｄ、の関係となる。合流開始時は低い圧から始まるＰｌｏａｄであるためＰｆａｎが高いことが多いが、最大圧はＰｌｏａｄが高いので最終的にはＰｌｏａｄが可変容量ポンプ５のロードセンシング圧となって可変容量ポンプ５の傾転角制御が行われる。

このように、上記アキュムレータ３３，３４に蓄圧する時には、ブレーキ制御回路３０の圧力が下降してアンローダバルブ１０がカットインされて作動油がブレーキ制御回路３０に供給され、上昇した第１バルブ１５の１次側圧力がロードセンシング圧となって可変容量ポンプ５の傾転角が大きくなるように制御されて吐出流量が増加させられる。そして、ブレーキ制御回路３０が設定圧に達するまでは、その圧力に応じた流量が可変容量ポンプ５から吐出され、アキュムレータ３３，３４に必要流量の作動油を迅速に蓄積することができる。

その後、アキュムレータ３３，３４に設定圧力の作動油が蓄圧されると、上記したように、そのブレーキ制御回路３０の圧力によってアンローダバルブ１０の第１バルブ１５の１次側と２次側が接続され、第２バルブ１６を介して第２出力ポート１４から作動油が吐出される。この第２出力ポート１４から吐出される作動油は、上記荷役合流バルブ５０及びファン制御バルブ６０に供給され、高圧選択弁２０において、これらアンローダバルブ１０の回路圧（Ｐｕｎ）、荷役合流バルブ５０の荷役合流圧（Ｐｌｏａｄ）、ファン制御バルブ６０のファン回転数制御圧（Ｐｆａｎ）、の中の一番高い圧力がロードセンシング圧（Ｐｌｓ）として選択される。これにより、系に必要とされる最も高い圧力のロードセンシング圧（Ｐｌｓ）によって容量調整機構９の傾転角調整部８が制御され、可変容量ポンプ５の傾転角が制御される。このように、アキュムレータ３３，３４に所定圧力の作動油が蓄圧された状態では、可変容量ポンプ５の傾転角が、アンローダバルブ１０から作動油が供給される他のバルブ５０，６０において必要とする圧力の作動油を吐出する小さな傾転角に制御され、可変容量ポンプ５から吐出する流量を必要流量に最適調整することができる。

以上のように、上記油圧回路１によれば、ブレーキ制御回路３０におけるブレーキ制御圧力の蓄圧エネルギが必要な場合は、アンローダバルブ１０の回路圧をロードセンシング圧として使用して可変容量ポンプ５の吐出流量を増加させてブレーキ制御用にアキュムレータ３３，３４に蓄圧するのを優先させるブレーキ制御優先回路としての機能を有するとともに、ブレーキ制御回路３０に作動油が不要な場合は可変容量ポンプ５を必要最小吐出流量に制御するので、ポンプの損失エネルギを減少させて効率化を図ることで省エネルギ化を実現できる油圧ポンプ制御システムを構成することが可能となる。

しかも、高圧選択弁２０によって、アンローダバルブの圧力制御バルブ１次圧と、アンローダバルブの２次側に設けられた荷役合流バルブの荷役合流圧、及びファン制御バルブのファン回転数制御圧とから最も高い圧力を選択し、その圧力を可変容量ポンプのロードセンシング圧としてポンプ傾転制御に使用しているので、常にポンプの吐出流量を最適に制御することができ、効率の良い可変容量ポンプの制御ができる。その上、その時に必要な作動油圧力を自動的に決定することができ、コントローラ等を用いた制御が不要であり、制御が簡単にできる。

なお、上記実施形態では、フロントアクスルとリヤアクスルとを備えたホイールローダを例に説明したが、他の産業用車両であっても同様に適用することができ、上記実施形態に限定されるものではない。

また、可変容量ポンプ５の構成も一般的な構成を示しているが、傾転角を制御できる構成であれば他の構成であってもよく、上記実施形態の構成に限定されるものではない。

さらに、上述した実施形態は一例を示しており、本発明の要旨を損なわない範囲での種々の変更は可能であり、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。

本発明に係る油圧ポンプ制御システムは、ホイールローダ等の建設機械、高所作業車等の産業車両、その他の産業用車両に利用できる。

１ 油圧回路
５ 可変容量ポンプ
７ 制御バルブ
８ 傾転角調整部
９ 容量調整機構
１０ アンローダバルブ（制御バルブ）
１１ 入力ポート
１２ 絞り
１３ 第１出力ポート
１４ 第２出力ポート
１５ 第１バルブ（圧力制御バルブ）
１６ 第２バルブ（圧力制御バルブ）
１７ 分岐管
１８ 絞り
１９ 配管
２０ 高圧選択弁
２１ パイロット配管（Ｐｕｎ）
２２ 配管
２３ パイロット配管（Ｐｌｓ）
３０ ブレーキ制御回路
３３ フロントアクスル用アキュムレータ
３４ リヤアクスル用アキュムレータ
３６ パイロット配管（Ｐｂｒｅａｋ）
５０ 荷役合流バルブ
５４ 荷役合流配管
５７ パイロット配管（Ｐｌｏａｄ）
６０ ファン制御バルブ
６２ ファン
６３ パイロット配管（Ｐｆａｎ）

Claims (4)

1. 油圧ポンプから吐出する作動油によってブレーキ制御を行う産業用車両の油圧ポンプ制御システムであって、
   前記作動油をブレーキ制御用に蓄積する蓄圧部と、
   前記蓄圧部が所定圧力以下の場合は前記作動油を該蓄圧部に蓄積し、該蓄圧部が所定圧力に達すると前記作動油を他のバルブに供給する圧力制御バルブを有するアンローダバルブと、
   前記アンローダバルブからの作動油を荷役駆動油に合流させる荷役合流バルブと、
   前記アンローダバルブからの作動油をファンに供給するファン制御バルブと、を備え、
   前記油圧ポンプは、前記アンローダバルブの圧力制御バルブ１次圧と、前記荷役合流バルブの荷役合流圧と、前記ファン制御バルブのファン回転数制御圧とを高圧選択し、該高圧選択した最高圧をロードセンシング圧として傾転角を制御する可変容量ポンプであることを特徴とする産業用車両の油圧ポンプ制御システム。
2. 前記アンローダバルブの圧力制御バルブ１次圧と前記荷役合流バルブの荷役合流圧とを高圧選択し、該高圧選択した高圧側圧力と前記ファン制御バルブのファン回転数制御圧とを高圧選択し、該高圧選択した圧力をロードセンシング圧として前記可変容量ポンプの傾転角を制御するように構成した請求項１に記載の産業用車両の油圧ポンプ制御システム。
3. 前記アンローダバルブから前記荷役合流バルブに作動油を供給し、該荷役合流バルブから前記ファン制御バルブに作動油を供給するように構成した請求項１又は２に記載の産業用車両の油圧ポンプ制御システム。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の油圧ポンプ制御システムを備えたことを特徴とする産業用車両。

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