JP2013127273A - 流体圧制御回路および作業機械 - Google Patents

Abstract

【課題】アイドリング状態時の燃費性能を向上させるとともに、操作入力があったときの応答性向上およびポンプダメージの防止を図れるようにポンプ吐出圧を適切に制御できる流体圧制御回路およびこの制御回路を搭載した作業機械を提供する。
【解決手段】コントローラ31は、圧力センサ35およびスタンバイスイッチ36の検出信号がない場合は、メインポンプ12のポンプ吐出流量を最小に制御し、バイパス弁27の開口面積を全開に制御する。圧力センサ35からの検出信号がなく、スタンバイスイッチ36からの検出信号がある場合は、メインポンプ12のポンプ吐出流量を最小に制御し、バイパス弁27の開口面積を設定値まで絞る位置に制御する。圧力センサ35およびスタンバイスイッチ36からの検出信号がある場合は、メインポンプ12のポンプ吐出流量を操作量の増加に応じて増加させ、バイパス弁27の開口面積を操作量の増加に応じて減少させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ポンプ吐出圧を適切に制御する流体圧制御回路およびこの制御回路を搭載した作業機械に関する。

図５に示されるように、作業機械では、車載エンジン１により駆動される複数のメインポンプ２によりタンク３内の作動油をコントロール弁内の各種スプール４に供給し、これらのスプール４の変位方向および変位量により作動油を方向制御および流量制御して各種の油圧アクチュエータ５に供給するようにしている。

このような油圧回路において、各種スプール４は、車載エンジン１により駆動されるパイロットポンプ６からレバーまたはペダルにより手動操作可能なパイロット操作弁（いわゆるリモコン弁）７に供給されて操作量に比例するように減圧制御されたパイロット圧によってパイロット操作されている。

複数のメインポンプ２のポンプ吐出通路とタンク３との間の戻り通路８中には、１対のバイパス弁９が設けられている。これらのバイパス弁９は、戻り通路８を閉止する位置と内部の背圧チェック弁9aが機能する位置とをスプールの変位量に応じて切換できるものであり、全てのスプール４が中立位置にあるアイドリング状態時は、これらのバイパス弁９は背圧チェック弁9aの機能する位置に制御され、いずれかのスプール４が変位されると、スプールの変位量に応じてバイパス弁９の戻り通路８への開度が小さくなり、最終的には全閉位置に切り換えられる。

そして、上記アイドリング状態時のメインポンプ２のポンプ吐出圧は、車載エンジン１の燃費を抑えるため極力下げることが望ましく、燃費改善のためアイドリング状態時のメインポンプ２のポンプ吐出流量は最小となるとともに、バイパス弁９の背圧チェック弁9aを経てタンク３に排出される。

一般に可変斜板式すなわち可変容量型のメインポンプ２において、ポンプ吐出圧ゼロの状態からステップ状に流量および圧力を増加させた場合、油膜切れによるポンプピストンの焼きつき現象が発生するおそれがあるため、バイパス弁９に背圧チェック弁9aを内蔵して、ポンプ吐出圧に背圧を付与することで、アイドリング状態時のメインポンプ２のポンプ背圧である中立圧をゼロ近くまで低下させないようにしている。

また、レバー操作をしないアイドリング状態時に、油圧ポンプから吐出される圧油を絞りを経て通過させることにより、ポンプ吐出圧がより油圧アクチュエータの駆動圧に近い値に保持されるようにして、レバー操作開始時における圧油の昇圧時間を速くし、アクチュエータ駆動の応答性を向上させるようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。

このように、アイドリング状態時のメインポンプ背圧を確保する場合は、レバー操作入力時の応答性が向上し、レバー操作入力に応じて瞬間的に圧力および流量が上昇するとともに、ポンプピストンの焼きつきなどのポンプダメージを防止することが可能となる。

さらに、他の理由でも、メインポンプ２の中立圧が一定値以上に保たれ、ゼロ近くまで低下することはない。

例えば、メインポンプは、一般的に可変容量形ポンプが用いられ、コントロール弁の全てのスプールが中立位置にあるときコントロール弁のセンタバイパスラインから得られるネガティブフローコントロール圧（以下、ＮＦＣ圧という）が最大となり、このＮＦＣ圧をポンプ吐出流量制御レギュレータにフィードバックして、メインポンプのポンプ吐出流量が最小となるように制御するネガティブフローコントロールシステム（以下、ＮＦＣ方式という）が採用されているポンプ流量制御回路では、コントロール弁のセンタバイパスラインに設けられたオリフィスで決定されるＮＦＣ圧（例えば４ＭＰａ）が保たれる流量でバランスが保たれるとともに、メインポンプのアイドリング状態時の背圧すなわち中立圧がなくなることもない（例えば、特許文献２参照）。

さらには、リリーフ弁の入口圧 が負荷圧に一定のマージン圧を加算した値となるようにリリーフ弁を制御するマージン圧制御の場合は、負荷圧がゼロであっても、メインポンプから吐出されるポンプ吐出圧は、マージン圧分（例えば２ＭＰａ）となり、メインポンプ吐出流量は最小流量となるが、メインポンプのアイドリング状態時の背圧すなわち中立圧がなくなることはない（例えば、特許文献３参照）。

特開平１０−７３１０１号公報 特開平６−１１７４１２号公報 特開平７−１６７１１０号公報

このように、従来の、アイドリング状態時のポンプ吐出圧を油圧アクチュエータの駆動圧に近い値に保持する場合や、ＮＦＣ方式を採用しているメインポンプや、リリーフ弁をマージン圧制御する場合は、いずれも、アイドリング状態時からメインポンプに背圧をかけているため、メインポンプ駆動用の燃費性能の低下が問題となる。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、アイドリング状態時の燃費性能を向上させるとともに、操作入力があったときの応答性向上およびポンプダメージの防止を図れるようにポンプ吐出圧を適切に制御できる流体圧制御回路およびこの制御回路を搭載した作業機械を提供することを目的とする。

請求項１に記載された発明は、タンク内の作動流体を可変容量型の流体圧ポンプよりポンプ吐出通路に吐出し、コントロール弁により制御して流体圧アクチュエータに供給し、タンクに戻す流体圧制御回路において、流体圧ポンプのポンプ吐出通路とタンクとを連通する戻り通路と、この戻り通路中に設けられこの戻り通路を全開する位置と全閉する位置との間で比例的に開口面積を制御可能なバイパス弁と、このバイパス弁の開口面積を制御するコントローラとを具備し、このコントローラは、流体圧ポンプを起動したアイドリング状態で上記流体圧ポンプのポンプ吐出流量を最小に制御するとともに上記バイパス弁の開口面積を全開する位置に制御し、アイドリング状態からコントロール弁が非操作状態にあるスタンバイ状態を検知して上記流体圧ポンプのポンプ吐出流量を最小に制御するとともに上記バイパス弁の開口面積を設定値まで絞る位置に制御し、スタンバイ状態からコントロール弁が操作された操作状態を検知して上記流体圧ポンプのポンプ吐出流量を操作量の増加に応じて増加させるとともに上記バイパス弁の開口面積を操作量の増加に応じて減少させる位置に制御する機能を備えた流体圧制御回路である。

請求項２に記載された発明は、機体と、この機体に搭載された作業装置と、この作業装置を作動する請求項１記載の流体圧制御回路とを具備した作業機械である。

請求項１記載の発明によれば、コントローラは、アイドリング状態を検知して上記流体圧ポンプのポンプ吐出流量を最小に制御するとともに上記バイパス弁の開口面積を全開する位置に制御するので、アイドリング状態時のポンプ背圧をなくして、燃費性能を向上させることができるとともに、アイドリング状態後もコントロール弁が非操作状態にあるスタンバイ状態を検知して上記流体圧ポンプのポンプ吐出流量を最小に制御するとともに上記バイパス弁の開口面積を設定値まで絞る位置に制御するので、ポンプ背圧を作用させて、スタンバイ状態から操作入力があったときの応答性向上およびポンプダメージの防止を図れるようにポンプ吐出圧を適切に制御できる。

請求項２記載の発明によれば、アイドリング状態時のポンプ背圧をなくして燃費性能を向上させることができるとともに、スタンバイ状態から操作入力があったときの応答性を向上できる作業機械を提供できる。

本発明に係る流体圧制御回路の一実施の形態を示す回路図である。 同上制御回路に用いられたバイパス弁の特性図である。 同上制御回路に用いられたコントローラのフローチャートである。 同上制御回路を搭載した作業機械を示す正面図である。 従来の流体圧制御回路を示す回路図である。

以下、本発明の流体圧制御回路を、図１乃至図４に示された一実施の形態に基いて詳細に説明する。

図４に示されるように、作業機械Ａは、機体としての下部走行体Ｂに機体としての上部旋回体Ｃが旋回可能に設けられ、この上部旋回体Ｃに作業装置Ｄが搭載されている。

図１は、上記作業機械Ａに搭載された流体圧制御回路10を示し、上記作業機械Ａでは、車載エンジン11により駆動される複数の流体圧ポンプとしてのメインポンプ12によりタンク13内の作動油を、コントロール弁として１ブロック内に集合して設けられた複数のスプール弁14に供給し、これらのスプール弁14の変位方向および変位量により作動油を方向制御および流量制御して複数の流体圧アクチュエータとしての油圧アクチュエータ15に供給するようにしている。

このような油圧回路において、各種スプール弁14は、車載エンジン11により駆動されるパイロットポンプ16からレバーまたはペダルにより手動操作可能なパイロット操作弁（以下、リモコン弁という）17に供給されて操作量に比例するように減圧制御されたパイロット圧によってパイロット操作されている。

負荷回路は、２つのメインポンプ12に対応する２つの回路に大別され、これらの２つの回路間には、油圧アクチュエータ15としての１対の走行モータを等速で作動するための走行直進弁18が設けられ、また、一方の回路と他方の回路との間で作動油の遣り取りを制御する弁19が設けられている。

各メインポンプ12のポンプ吐出通路21には、各メインポンプ12を起動したアイドリング状態のときは全開位置に制御されて各メインポンプ12のポンプ吐出通路21をタンク13に連通する弁22が、それぞれ設けられている。

各メインポンプ12のポンプ吐出通路21とタンク13との間の戻り通路23中には、１対のチェック弁24を介して圧力設定用のリリーフ弁25が設けられ、このリリーフ弁25の設定圧を超える作動油は、タンク13に戻される。

各メインポンプ12のポンプ吐出通路21とタンク13との間の他の戻り通路26中には、１対のバイパス弁27が設けられている。これらのバイパス弁27は、戻り通路26を全開する位置27aと全閉する位置27bとの間を比例的に制御できるスプール型のパイロット操作式２ポート絞り切換弁である。

パイロットポンプ16からリモコン弁17にパイロット圧を供給するパイロット回路中には、作業機械のオペレータがリモコン弁17に先立って操作しなければならない安全確認弁（油圧ロック弁など）28が設けられ、車載エンジン11を始動してメインポンプ12およびパイロットポンプ16を作動し、かつオペレータがリモコン弁17をレバー操作しても、この安全確認弁28を解除しない限り、作業機械を動かすことができない。

各メインポンプ12は、コントローラ31から送られるネガティブフローコントロール（NFC）方式の制御信号を受けた電磁比例弁により作動されるレギュレータ32によって斜板などの容量可変手段が制御される可変容量型ポンプであり、それぞれのポンプ吐出流量を無負荷時の最小流量から負荷に応じて比例的に可変調整できる。

各バイパス弁27は、コントローラ31から送られる制御信号を受けた電磁比例弁などの電油変換弁33から出力されたパイロット圧により、全開状態から比例的に開度を可変調整できる。

コントローラ31の入力側には、各リモコン弁17から各スプール弁14に出力されたパイロット圧をシャトル弁34などを介し取出して検出する圧力センサ35が接続され、また、安全確認弁28が操作されて安全確認がなされたことを検出するスタンバイスイッチ36が接続されている。圧力センサ35によって検出されたパイロット圧が、リモコン弁操作量としてコントローラ31に入力される。

車載エンジン11を始動しメインポンプ12を起動しても安全確認弁28を解除しない状態をアイドリング状態とし、安全確認弁28を解除した後も全てのリモコン弁17が非操作状態にある状態をスタンバイ状態とし、安全確認弁28を解除していずれかのリモコン弁17を操作した状態を操作状態とする。

コントローラ31は、安全確認弁28の解除(例えば油圧ロック弁の解除など)をスタンバイスイッチ36により電気的に検知し、スタンバイ状態になった瞬間に、弁22を閉じるとともに、図２に示されるように、バイパス弁27のスプールを予め設定した開口面積の位置にストロークさせ、メインポンプ12の背圧を上昇させる。

このとき、コントローラ31によって、メインポンプ12のポンプ吐出流量は、NFC制御用電磁比例弁によって作動されるレギュレータ32によって最小流量に保たれ、メインポンプ吐出圧力のみ上昇させる。

次に、図３に示されたフローチャートを参照しながら、コントローラ31の制御手順を説明する。図３中の丸数字は、ステップ番号を示す。

（ステップ１）
コントローラ31は、圧力センサ35およびスタンバイスイッチ36の検出信号から、アイドリング状態か否かを判断する。

（ステップ２）
コントローラ31は、圧力センサ35およびスタンバイスイッチ36の検出信号がない場合は、メインポンプ12が作動しても安全確認操作がなされないアイドリング状態であると判断するので、コントローラ31からの制御信号を受けた電磁比例弁により作動されるレギュレータ32によって上記メインポンプ12のポンプ吐出流量を最小に制御するとともに、コントローラ31の制御信号を受けた電油変換弁33から出力されるパイロット圧をゼロに制御することにより、上記バイパス弁27の開口面積を全開する位置に制御する。

（ステップ３）
コントローラ31は、ステップ１でアイドリング状態でないと判断した場合は、圧力センサ35およびスタンバイスイッチ36の検出信号から、スタンバイ状態か否かを判断する。

（ステップ４）
コントローラ31は、圧力センサ35からの検出信号がなく、スタンバイスイッチ36からの検出信号がある場合は、安全確認操作がなされた後もスプール弁14が非操作状態にあるスタンバイ状態であると判断するので、上記メインポンプ12のポンプ吐出流量を最小に制御するとともに、上記バイパス弁27の開口面積を図２に示された設定値まで絞る位置に制御する。同時に、コントローラ31は、弁22を閉じ位置に制御する。

（ステップ５）
コントローラ31は、ステップ１でアイドリング状態でないとともにステップ３でスタンバイ状態でないと判断した場合は、圧力センサ35およびスタンバイスイッチ36の検出信号から、操作状態か否かを判断する。

（ステップ６）
コントローラ31は、圧力センサ35およびスタンバイスイッチ36からの検出信号がある場合は、安全確認操作に加えてスプール弁14が操作された操作状態を検知するので、上記メインポンプ12のポンプ吐出流量をリモコン弁操作量の増加に応じて増加させるとともに上記バイパス弁27の開口面積をリモコン弁操作量の増加に応じて減少させる位置に制御する。

このように、コントローラ31は、メインポンプ12が作動しても安全確認操作がなされないアイドリング状態を検知した場合は、上記メインポンプ12のポンプ吐出流量を最小に制御するとともに上記バイパス弁27の開口面積を全開する位置27aに制御するので、アイドリング状態時のポンプ背圧をなくして、燃費性能を向上させることができるとともに、安全確認操作がなされた後も全スプール弁14が非操作状態にあるスタンバイ状態を検知した場合は、上記メインポンプ12のポンプ吐出流量を最小に制御するとともに上記バイパス弁27の開口面積を設定値まで絞る位置に制御するので、メインポンプ12に背圧を作用させて、スタンバイ状態から操作入力があったときの応答性向上およびポンプダメージの防止を図れるようにポンプ吐出圧を適切に制御できる。

また、アイドリング状態時のポンプ背圧をなくして燃費性能を向上させることができるとともに、スタンバイ状態から操作入力があったときの応答性を向上できる作業機械Ａを提供できる。

本制御回路によって、アイドリング状態時のメインポンプ12は最小流量、背圧ゼロを実現し、極限までアイドリング燃費を向上させ、かつ、スタンバイ状態時は、バイパス弁27によりメインポンプ12に適度な背圧を付与することで、レバー操作入力に応じて瞬間的に圧力および流量が上昇したとしても、あらかじめ一定以上のポンプ吐出圧となっていることから、応答性を向上できるとともにポンプダメージを防止することができる。

本発明は、上記流体圧制御回路およびこの制御回路を搭載した作業機械を製造、販売などする者にとって、産業上の利用可能性がある。

Ａ 作業機械
Ｂ 機体としての下部走行体
Ｃ 機体としての上部旋回体
Ｄ 作業装置
10 流体圧制御回路
12 流体圧ポンプとしてのメインポンプ
13 タンク
14 コントロール弁としてのスプール弁
15 流体圧アクチュエータとしての油圧アクチュエータ
21 ポンプ吐出通路
26 戻り通路
27 バイパス弁
27a 全開する位置
27b 全閉する位置
31 コントローラ

Claims (2)

1. タンク内の作動流体を可変容量型の流体圧ポンプよりポンプ吐出通路に吐出し、コントロール弁により制御して流体圧アクチュエータに供給し、タンクに戻す流体圧制御回路において、
   流体圧ポンプのポンプ吐出通路とタンクとを連通する戻り通路と、
   この戻り通路中に設けられこの戻り通路を全開する位置と全閉する位置との間で比例的に開口面積を制御可能なバイパス弁と、
   このバイパス弁の開口面積を制御するコントローラとを具備し、
   このコントローラは、
   流体圧ポンプを起動したアイドリング状態で上記流体圧ポンプのポンプ吐出流量を最小に制御するとともに上記バイパス弁の開口面積を全開する位置に制御し、
   アイドリング状態からコントロール弁が非操作状態にあるスタンバイ状態を検知して上記流体圧ポンプのポンプ吐出流量を最小に制御するとともに上記バイパス弁の開口面積を設定値まで絞る位置に制御し、
   スタンバイ状態からコントロール弁が操作された操作状態を検知して上記流体圧ポンプのポンプ吐出流量を操作量の増加に応じて増加させるとともに上記バイパス弁の開口面積を操作量の増加に応じて減少させる位置に制御する機能を備えた
   ことを特徴とする流体圧制御回路。
2. 機体と、
   この機体に搭載された作業装置と、
   この作業装置を作動する請求項１記載の流体圧制御回路と
   を具備したことを特徴とする作業機械。

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