JP2015140755A - hydraulic unit - Google Patents
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Description
本発明は、油圧ユニットに関し、詳しくは、ディーゼルエンジンで油圧ポンプを駆動してアクチュエータに作動油を供給する油圧ユニットに関する。 The present invention relates to a hydraulic unit, and more particularly to a hydraulic unit that supplies a hydraulic oil to an actuator by driving a hydraulic pump in a diesel engine.
油圧ポンプの駆動源としてディーゼルエンジンを使用した油圧ユニットは、クレーンや杭打機、油圧ショベルなどの各種機器に搭載されているが、作業内容によっては、軽負荷(低負荷)で長時間、運転を継続する場合がある。一方、駆動源となるディーゼルエンジンは、軽負荷での運転が継続すると、排ガス温度の低下によってディーゼル微粒子捕集フィルター(DPF)における粒子状物質(PM)の処理が行えなくなり、DPF内にPMが堆積して目詰まりを生じることがある。 Hydraulic units that use a diesel engine as the drive source of the hydraulic pump are mounted on various equipment such as cranes, pile driving machines, and hydraulic excavators, but depending on the work, they operate for a long time with a light load (low load). May continue. On the other hand, if the diesel engine as a driving source continues to operate at a light load, the particulate matter (PM) treatment in the diesel particulate filter (DPF) cannot be performed due to a decrease in the exhaust gas temperature, and PM is not contained in the DPF. May accumulate and cause clogging.
このため、エンジン制御器(ECU)が必要と判断したときに、自動的にエンジンの負荷を増大させて排ガスの温度を上昇させ、PMを処理してDPFの目詰まりを解消する再生操作が行われている。エンジンの負荷を増大させる手段の一つとして、複数のコントロールバルブの未使用コントロールバルブ及びコントロールバルブの未使用ポジションを活用して回路圧を上昇させ、油圧負荷を増加させた状態にすることで排ガス温度を上昇させるDPF強制再生回路が知られている(例えば、特許文献1参照。)。 For this reason, when the engine controller (ECU) determines that it is necessary, a regeneration operation is performed in which the engine load is automatically increased to increase the temperature of the exhaust gas and PM is processed to eliminate clogging of the DPF. It has been broken. As one of the means to increase engine load, exhaust gas by increasing the hydraulic pressure by increasing the circuit pressure by using unused control valves of multiple control valves and the unused positions of the control valves A DPF forced regeneration circuit that raises the temperature is known (see, for example, Patent Document 1).
しかし、特許文献1に記載されたものでは、作業用の油圧ポンプ及び油圧回路に回路圧上昇用の回路を組み込んでいるため、作業中にDPFの再生が自動的に始まると、回路圧上昇用の回路が作動して作業中の油圧ポンプに回路圧上昇用の負荷が加算されることになり、圧力の上昇によって油圧ポンプに馬力制御が掛かると流量が減少するため、作業速度が低下してしまうおそれがあった。すなわち、DPFの自動再生が作業に悪影響を及ぼすことがある。
However, since the circuit described in
そこで本発明は、作業中にDPFの自動再生が始まった場合でも、作業に悪影響を与えることがなく、エンジンに余分な負荷が掛からないようにして燃費の向上も図ることができる油圧ユニットを提供することを目的としている。 Therefore, the present invention provides a hydraulic unit that can improve fuel efficiency without adversely affecting the work even when the automatic regeneration of the DPF starts during the work and preventing an excessive load on the engine. The purpose is to do.
上記目的を達成するため、本発明の油圧ユニットは、第1の構成として、エンジン制御器によって制御されるディーゼルエンジンで油圧ポンプを駆動してアクチュエータに作動油を供給する油圧ユニットにおいて、前記ディーゼルエンジンで駆動されるDPF再生用油圧ポンプを設け、該DPF再生用油圧ポンプの吐出側を、電磁比例リリーフバルブ及びオイルクーラを介してオイルタンクに接続するとともに、前記エンジン制御器からの信号に基づいて前記電磁比例リリーフバルブの設定圧力を調節するリリーフバルブ制御手段を設けたことを特徴としてる。 To achieve the above object, according to a first aspect of the hydraulic unit of the present invention, in the hydraulic unit that supplies a hydraulic oil to an actuator by driving a hydraulic pump with a diesel engine controlled by an engine controller, the diesel engine And a discharge side of the DPF regeneration hydraulic pump connected to the oil tank via an electromagnetic proportional relief valve and an oil cooler, and based on a signal from the engine controller A relief valve control means for adjusting a set pressure of the electromagnetic proportional relief valve is provided.
さらに、第1の構成において、前記リリーフバルブ制御手段は、前記エンジン制御器からエンジンの回転数及びトルクの情報を受信するエンジン情報受信部と、受信した回転数及びトルクから現在のエンジンの出力を算出し、算出した現在のエンジンの出力と、あらかじめ設定されたDPF再生に必要なエンジンの設定出力とを比較し、該設定出力に対して現在の出力が低いときには前記電磁比例リリーフバルブの設定圧力を高くし、設定出力に対して現在の出力が高いときには前記電磁比例リリーフバルブの設定圧力を維持する又は低くするバルブ制御部とを備えていることを特徴としている。 Furthermore, in the first configuration, the relief valve control means receives an engine information receiving unit that receives information on the engine speed and torque from the engine controller, and outputs a current engine output from the received speed and torque. The calculated current engine output is compared with a preset engine output required for DPF regeneration, and when the current output is lower than the set output, the set pressure of the electromagnetic proportional relief valve And a valve controller that maintains or lowers the set pressure of the electromagnetic proportional relief valve when the current output is higher than the set output.
また、本発明の油圧ユニットの第2の構成は、エンジン制御器によって制御されるディーゼルエンジンで油圧ポンプを駆動してアクチュエータに作動油を供給する油圧ユニットにおいて、前記ディーゼルエンジンで駆動されるDPF再生用可変容量型油圧ポンプを設け、該DPF再生用可変容量型油圧ポンプの吐出側を、アンロード機能付きリリーフバルブ及びオイルクーラを介してオイルタンクに接続するとともに、前記エンジン制御器からの信号に基づいて前記DPF再生用可変容量型油圧ポンプの容量を制御するポンプ容量制御手段と、前記アンロード機能付きリリーフバルブをアンロード状態と作動状態とに切り替えるリリーフバルブ制御手段とを設けたことを特徴としている。 Further, the second configuration of the hydraulic unit of the present invention is a DPF regeneration driven by the diesel engine in a hydraulic unit that supplies a hydraulic oil to an actuator by driving a hydraulic pump by a diesel engine controlled by an engine controller. Variable displacement hydraulic pump, and the discharge side of the DPF regeneration variable displacement hydraulic pump is connected to an oil tank via a relief valve with an unload function and an oil cooler, and the signal from the engine controller And a pump displacement control means for controlling the displacement of the DPF regeneration variable displacement hydraulic pump, and a relief valve control means for switching the relief valve with an unload function between an unloaded state and an operating state. It is said.
さらに、第2の構成において、前記ポンプ容量制御手段は、前記エンジン制御器からエンジンの回転数及びトルクの情報を受信するエンジン情報受信部と、受信した回転数及びトルクから現在のエンジンの出力を算出し、算出した現在のエンジンの出力と、あらかじめ設定されたDPF再生に必要なエンジンの設定出力とを比較し、該設定出力に対して現在の出力が低いときには前記DPF再生用可変容量型油圧ポンプの容量を増加させ、設定出力に対して現在の出力が高いときには前記DPF再生用可変容量型油圧ポンプの容量を維持する又は減少させるポンプ容量制御部とを備え、前記リリーフバルブ制御手段は、前記設定出力に対して現在の出力が高いときには前記アンロード機能付きリリーフバルブをアンロード状態とし、設定出力に対して現在の出力が低いときにはアンロード機能付きリリーフバルブを作動状態とすることを特徴としている。 Further, in the second configuration, the pump displacement control means includes an engine information receiving unit that receives information on the engine speed and torque from the engine controller, and a current engine output from the received speed and torque. The calculated current engine output is compared with a preset engine output required for DPF regeneration. When the current output is lower than the set output, the DPF regeneration variable displacement hydraulic pressure is calculated. A pump capacity control unit that increases the capacity of the pump and maintains or decreases the capacity of the variable displacement hydraulic pump for DPF regeneration when the current output is higher than the set output, and the relief valve control means includes: When the current output is higher than the set output, the relief valve with unload function is set to the unload state, and the set output When the output current is lower for is characterized in that the operating state of the relief valve with unloading function.
本発明の油圧ユニットによれば、作業用の油圧ポンプとは別にDPF再生時に作動させるDPF再生専用の油圧ポンプを設け、DPFの再生を行う際に、電磁比例リリーフバルブの設定圧力を制御したり、可変容量型油圧ポンプの容量を制御したりしてエンジンに負荷を与えるようにしているので、作業中にDPFの自動再生が始まっても、作業用の油圧ポンプに悪影響を与えることはなく、通常通りの作業を継続することができる。 According to the hydraulic unit of the present invention, a hydraulic pump dedicated to DPF regeneration that is activated during DPF regeneration is provided separately from the working hydraulic pump, and when the DPF is regenerated, the set pressure of the electromagnetic proportional relief valve is controlled. Since the load of the variable displacement hydraulic pump is controlled and the engine is loaded, even if the automatic regeneration of the DPF starts during the work, the work hydraulic pump is not adversely affected. Normal work can be continued.
図1及び図2は、本発明の油圧ユニットの第1形態例を示すもので、図1は要部の油圧回路図、図2はリリーフバルブ制御手段のブロック図である。 1 and 2 show a first embodiment of a hydraulic unit according to the present invention. FIG. 1 is a hydraulic circuit diagram of a main part, and FIG. 2 is a block diagram of a relief valve control means.
本形態例に示す油圧ユニットは、ディーゼルエンジン(以下、エンジンという)11によって駆動される複数の油圧ポンプを備えている。複数の油圧ポンプは、例えば、クローラクレーンに搭載された油圧ユニットの場合、通常の作業用に設置された5台の油圧ポンプ、すなわち、ウインチ用、走行用(左右)などに用いられるメインポンプ(PV1,PV2)12,13と、旋回用、シリンダ用、パイロット用などに用いられるサブポンプ(PF4,PF5,PF6)14,15,16とに加えて、DPFの再生用として追加されたDPF再生用油圧ポンプ(P3)17を備えている。各メインポンプ12,13は、馬力制御が可能な可変容量型がそれぞれ用いられ、各サブポンプ14,15,16は、固定容量型がそれぞれ用いられている。DPF再生用油圧ポンプ17は、メインポンプ12,13と共に、エンジン11の駆動軸に直結された状態で設けられている。
The hydraulic unit shown in the present embodiment includes a plurality of hydraulic pumps driven by a diesel engine (hereinafter referred to as an engine) 11. For example, in the case of a hydraulic unit mounted on a crawler crane, the plurality of hydraulic pumps are five hydraulic pumps installed for normal work, that is, main pumps used for winches, traveling (left and right), etc. PV1, PV2) 12, 13 and sub-pumps (PF4, PF5, PF6) 14, 15, 16 used for turning, cylinders, pilots, etc., for DPF regeneration added for regeneration of DPF A hydraulic pump (P3) 17 is provided. Each of the
また、各メインポンプ12,13及び各サブポンプ14,15,16は、図示しないコントロールバルブなどの所定の制御回路を介して所定のアクチュエータなどに作動油を供給する周知の作業用の油圧回路に組み込まれている。さらに、本形態例におけるサブポンプ14の吐出側には、コントロールバルブ18からオイルクーラ19を介してオイルタンク20に接続したオイル冷却回路21が設けられている。
The
前記DPF再生用油圧ポンプ17の吐出側は、電磁比例リリーフバルブ22及び前記オイルクーラ19を介してオイルタンク20に接続したDPF再生用回路23が設けられている。電磁比例リリーフバルブ22は、図2に示すリリーフバルブ制御手段であるコントローラ24により設定圧力が制御されている。コントローラ24は、エンジン11を制御するエンジン制御器(ECU)25からエンジン11の回転数情報25a及びトルク情報25bを受信するエンジン情報受信部と、受信した回転数情報及びトルク情報から現在のエンジン11の出力を算出し、算出した現在のエンジン11の出力と、あらかじめ設定されたDPF再生に必要なエンジン11の設定出力とを比較し、該設定出力に対して現在の出力が低いときには前記電磁比例リリーフバルブ22の設定圧力を高くし、設定出力に対して現在の出力が高いときには前記電磁比例リリーフバルブ22の設定圧力を維持するか、又は、低くする信号を電磁比例リリーフバルブ22のソレノイド(SOL−1)22aに送信するバルブ制御部とを備えている。
On the discharge side of the DPF regeneration hydraulic pump 17, a
コントローラ24は、DPFの再生が必要ないときには、エンジン11の運転状態に関係なく、電磁比例リリーフバルブ22の設定圧力を最低圧力に設定する。したがって、オイルタンク20から吸い込まれてDPF再生用油圧ポンプ17から吐出された作動油は、全開状態の電磁比例リリーフバルブ22をほとんど抵抗なく通過し、オイルクーラ19を通過する際に冷却されてオイルタンク20に戻される。すなわち、DPF再生用油圧ポンプ17の回路は、DPFの再生が不要な通常時は、作動油を冷却するためのオイル冷却回路として機能することになる。
When regeneration of the DPF is not necessary, the
一方、DPF上流側排ガス系の圧力上昇を検出したり、軽負荷運転があらかじめ設定された時間を超えて継続したりすると、DPFの自動再生が始まる。DPFの再生を行う際には、コントローラ24が、エンジン11の運転状態に応じて電磁比例リリーフバルブ22の設定圧力を調節する。例えば、エンジン情報受信部が受信したエンジン11のトルクをT[kN−m]、エンジン11の回転数をN[rpm]とし、エンジン11の排気温度をDPFの再生に必要な温度に上げるために必要なエンジン11の出力(設定出力)をL0[kw]とした場合、バルブ制御部では、まず、受信した情報から現在のエンジン11の出力L[kW]を、L=2π/60×T×Nによって算出する。
On the other hand, when the pressure increase in the exhaust gas system on the upstream side of the DPF is detected, or when the light load operation is continued beyond a preset time, automatic regeneration of the DPF starts. When regenerating the DPF, the
そして、現在のエンジン11の出力Lと設定出力L0とを比較し、L>L0の場合、すなわち、現在のエンジン11の出力Lが設定出力L0を上回っている場合は、現在のエンジン11の運転状態でDPFの再生を十分に行えることから、バルブ制御部は、電磁比例リリーフバルブ22の設定圧力P[MPa]を現在の設定圧力に維持するか、あるいは、設定圧力を低くする制御を行う。
Then, the current output L of the engine 11 is compared with the set output L0. If L> L0, that is, if the current output L of the engine 11 exceeds the set output L0, the current operation of the engine 11 is performed. Since the DPF can be sufficiently regenerated in this state, the valve control unit performs control to maintain the set pressure P [MPa] of the electromagnetic
一方、L<L0の場合は、不足する出力L1[kw]を、L1=L0−Lにより算出し、L1分の出力が発生するように電磁比例リリーフバルブ22の設定圧力Pを高くする制御を行う。ここで、DPF再生用油圧ポンプ17の容量が、q[cc/rev]の場合、DPF再生用油圧ポンプ17の流量Q[L/min]は、Q=q×Nであるから、エンジンにL1分の出力を発生させるためには、L1=P×Q/60から、P=60×L1/Qで求められるPの値になるように電磁比例リリーフバルブ22の設定圧力を調節する。これにより、エンジン11の出力を、DPFの再生を行うための設定出力L0にすることができ、DPFの自動再生を行うことができる。
On the other hand, when L <L0, the insufficient output L1 [kw] is calculated by L1 = L0−L, and control is performed to increase the set pressure P of the electromagnetic
このように、DPFの自動再生を行う際に、現在のエンジン11の出力と設定出力とを比較し、メインポンプ12,13などの作業用回路が何らかの作業中で、現在のエンジン11の出力が設定出力より高くなっている場合には、現在のエンジン11の出力でDPFの再生を十分に行える状態であるから、電磁比例リリーフバルブ22の設定圧力を維持するか、又は、低くすることにより、DPFの自動再生が始まってもエンジンに新たな負荷が加わることがないので、作業中にDPFの自動再生が始まった場合でも、作業に悪影響を与えたり、エンジン11に余分な負荷が掛かって燃料消費量が増加したりすることがない。
In this way, when the DPF is automatically regenerated, the current output of the engine 11 is compared with the set output, and the work circuit such as the
現在のエンジン11の出力が設定出力より低い場合は、現在のエンジン11の出力を設定出力に高めるため、現在のエンジン11の出力と設定出力とに基づいて電磁比例リリーフバルブ22の設定圧力を算出し、算出した設定圧力になるように電磁比例リリーフバルブ22を制御することにより、必要以上にエンジン11の出力を高くすることなくDPFの自動再生を行うことができるとともに、燃料消費量の増加を抑えることができる。
When the current output of the engine 11 is lower than the set output, the set pressure of the electromagnetic
また、DPFの自動再生中にメインポンプ12,13などの作業用回路を使用した作業が始まったときには、エンジン11の出力が高くなり、現在のエンジン11の出力が設定出力を上回る状態になるので、前述のように、バルブ制御部が電磁比例リリーフバルブ22の設定圧力を低くする制御を行うことにより、エンジン11の出力を各種アクチュエータの作業用に効率よく使用できるとともに、前記同様に、燃料消費量の増加を抑えることができる。
Further, when the work using the work circuit such as the
さらに、DPF再生用油圧ポンプ17を作業用の各ポンプとは別に設け、油圧回路も独立させた状態にしているので、DPF再生用油圧ポンプ17に負荷をかけても作業用の油圧回路の圧力が上昇することはない。したがって、DPFの自動再生を行っても、メインポンプ12,13に馬力制御が作用することはなく、作業用のポンプの流量が少なくなって作業速度が低下することもない。
Further, since the DPF regeneration hydraulic pump 17 is provided separately from the working pumps and the hydraulic circuit is also independent, the pressure of the working hydraulic circuit is maintained even when a load is applied to the DPF regeneration hydraulic pump 17. Will not rise. Therefore, even if the automatic regeneration of the DPF is performed, the horsepower control does not act on the
また、DPF再生用油圧ポンプ17から吐出された作動油を、オイルクーラ19を通してタンク20に戻すことにより、DPFの再生を行っていないときのDPF再生用油圧ポンプ17を有効に活用することができる。
Further, by returning the hydraulic oil discharged from the DPF regeneration hydraulic pump 17 to the tank 20 through the
図3及び図4は、本発明の油圧ユニットの第2形態例を示すもので、図3は要部の油圧回路図、図4はポンプ容量制御手段のブロック図である。なお、以下の説明において、前記第1形態例に示した油圧ユニットの構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。 3 and 4 show a second embodiment of the hydraulic unit of the present invention. FIG. 3 is a hydraulic circuit diagram of the main part, and FIG. 4 is a block diagram of the pump displacement control means. In the following description, the same components as those of the hydraulic unit shown in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
本形態例では、作業用に用いられる各ポンプ12,13,14,15,16に加えて、DPFの再生用としてDPF再生用可変容量型油圧ポンプ31を設けるとともに、該DPF再生用可変容量型油圧ポンプ31の吐出側に、アンロード機能付きリリーフバルブ32及びオイルクーラ19を介してオイルタンク20に接続するDPF再生用回路33を設けている。
In this embodiment, in addition to the
また、制御手段として、エンジン制御器(ECU)25からエンジン11の回転数情報25a及びトルク情報25bの情報を受信してDPF再生用可変容量型油圧ポンプ31の容量を制御するポンプ容量制御手段と、前記アンロード機能付きリリーフバルブ32をアンロード状態と作動状態とに切り替えるリリーフバルブ制御手段とを備えたコントローラ34が設けられている。
Also, as a control means, a pump capacity control means for receiving information on the
DPFの再生を行っていない通常の作業中は、アンロード機能付きリリーフバルブ32がアンロード状態に切り替えられている。したがって、DPF再生用可変容量型油圧ポンプ31の容量の大小やエンジン11の運転状態に関係なく、DPF再生用可変容量型油圧ポンプ31から吐出された作動油は、ほとんど抵抗なくアンロード機能付きリリーフバルブ32を通過し、オイルクーラ19を通過してオイルタンク20に戻される。すなわち、本形態例においても、DPF再生用可変容量型油圧ポンプ31からのDPF再生用回路33は、作動油を冷却するためのオイル冷却回路として機能している。
During normal work in which the DPF is not regenerated, the
そして、DPF上流側排ガス系の圧力上昇や軽負荷運転の継続によってDPFの自動再生が始まると、前記同様に、コントローラ34は、エンジン制御器25からエンジン11の回転数情報25a及びトルク情報25bを受信して演算処理を行う。そして、現在のエンジン11の出力が設定出力を上回っている場合は、アンロード機能付きリリーフバルブ32がアンロード状態を保持するように制御される。このとき、DPF再生用可変容量型油圧ポンプ31の容量は任意であり、例えば、作動油の温度やオイルクーラ19の状態に応じた流量が得られる適宜な容量に設定することができる。
When the DPF automatic regeneration starts due to the pressure increase of the DPF upstream exhaust gas system or the continuation of the light load operation, the
また、現在のエンジン11の出力が設定出力を下回っている場合、コントローラ34のリリーフバルブ制御手段がアンロード機能付きリリーフバルブ32のソレノイド(SOL−1)32aに作動信号を出力してアンロード機能付きリリーフバルブ32を作動状態とし、作動油の流れに一定の抵抗を与えるとともに、コントローラ34のポンプ容量制御手段は、前述のようにしてエンジンにL1分の出力が発生するようにDPF再生用可変容量型油圧ポンプ31の容量を調節する信号を、ソレノイド(SOL−1)31aに出力する。エンジンへの負荷増加分L1は、前述の式、L1=P×Q/60=P×q×N/60から、必要な容量qは、q=60×L1/(P×N)として求めることができる。
When the current output of the engine 11 is lower than the set output, the relief valve control means of the
したがって、本形態例においても、DPFの自動再生を行う際に、アンロード機能付きリリーフバルブ32とDPF再生用可変容量型油圧ポンプ31とを制御することにより、作業中の油圧回路に悪影響を与えることなく、エンジンを設定出力で運転することができるとともに、燃料消費量の増加を最小限に抑えることができる。
Therefore, also in this embodiment, when the DPF is automatically regenerated, the hydraulic valve in operation is adversely affected by controlling the
なお、本発明の油圧ユニットの用途は任意であり、油圧ポンプの台数も任意である。また、オイル冷却回路のコントロールバルブは、作動油の温度が上昇したときに開弁するように設定すればよい。さらに、コントローラは、L=L0になるまで電磁比例リリーフバルブの設定圧力を調節したり、DPF再生用可変容量型油圧ポンプの容量を増減させたりするような制御を行うものでもよい。 The use of the hydraulic unit of the present invention is arbitrary, and the number of hydraulic pumps is also arbitrary. The control valve of the oil cooling circuit may be set to open when the temperature of the hydraulic oil rises. Further, the controller may perform control such as adjusting the set pressure of the electromagnetic proportional relief valve until L = L0 or increasing / decreasing the capacity of the DPF regeneration variable displacement hydraulic pump.
11…ディーゼルエンジン、12,13…メインポンプ、14,15,16…サブポンプ、17…DPF再生用油圧ポンプ、18…コントロールバルブ、19…オイルクーラ、20…オイルタンク、21…オイル冷却回路、22…電磁比例リリーフバルブ、22a…ソレノイド、23…DPF再生用回路、24…コントローラ、25…エンジン制御器(ECU)、25a…回転数情報、25b…トルク情報、31…DPF再生用可変容量型油圧ポンプ、31a…ソレノイド、32…アンロード機能付きリリーフバルブ、32a…ソレノイド、33…DPF再生用回路、34…コントローラ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ...
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