JP2016148378A - 建設機械の油圧回路 - Google Patents

Abstract

【課題】作動油の冷却と暖機の双方を行い、しかも高い暖機効果を得ることができるとともに、暖機中、油圧アクチュエータの作動に支障を来さないようにする。
【解決手段】メインポンプ１を油圧源とする油圧アクチュエータ回路Ａと、ファン用ポンプ３を油圧源としてファンモータ４を駆動するファンモータ回路Ｂと、両回路Ａ,Ｂに共用される作動油タンク５を具備し、ファンモータ回路Ｂに暖機弁を兼ねるリリーフ弁１０と、回路状態を切換える切換弁１２を設け、切換弁１２をコントローラ１３により冷却位置イと中間位置ロと暖機位置ハの間で切換えることによって、ファン８を回転させてオイルクーラ９を冷却する冷却状態と、冷却も暖機もしない状態と、リリーフ弁１０を作動させる暖機状態に切換えるように構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は油圧モータでファンを駆動してオイルクーラを冷却するファンモータ回路を備えた建設機械の油圧回路に関するものである。

ショベル等の建設機械において、ファンモータ回路を備えた油圧回路として特許文献１に示されたもの(以下、「公知技術の１」という)が提案されている。

この公知技術の１においては、ラジエータ冷却用のファンを油圧ファンモータで駆動する構成を前提として、エネルギーの無駄遣い防止の観点から、ファン回転数(ファンモータの回転数)をラジエータ温度に応じて低温側で低くなる方向に制御する構成をとっている。

一方、特許文献２には、油圧アクチュエータを作動させるための作動油を加熱して昇温させる暖機技術として、低温下でポンプ吐出油をブリード弁を通してタンクに戻すことにより、ブリード弁を発熱させて暖機作用を行わせる技術(以下、「公知技術の２」という)が開示されている。

特開２００３−９７２６８号公報 特開平１１−１１７９１４号公報

公知技術の１は、ラジエータをオイルクーラに置き換えればそのまま作動油の冷却技術として転用することが可能である。

また、ファンを停止させ、あるいはファン回転数を落とすことで本来の冷却性能を落とし、結果的に作動油温度を上げること、すなわち、低温下で暖機させることも可能である。

しかし、作動油の冷却を停止して自然昇温を待つだけで積極的な暖機作用は行わないため、暖機効率が低く、暖機に長時間を要する。

一方、公知技術の２によると十分な暖機効果が得られるが、作動油の冷却はできない。

しかも、油圧アクチュエータ回路の油圧源であるメインポンプからの吐出油をタンクにブリードさせて暖機する構成であるため、暖機中、メインポンプの圧力が上がって油圧アクチュエータの作動に支障を来す。すなわち、暖機中は機械を動かせないという弊害が生じる。

なお、公知技術の２を用いた作動油暖機専用の回路をファンモータ回路とパラレルに設け、両回路を切換える冷暖兼用の回路構成をとることが考えられるが、回路構成の複雑化、大型化、及びコストアップとなるため得策でない。

そこで本発明は、作動油冷却のためのファンモータ回路をそのまま作動油暖機回路として兼用でき、しかも高い暖機効果を得ることができるとともに、暖機中、油圧アクチュエータの作動に支障を来すという弊害が生じない建設機械の油圧回路を提供するものである。

上記課題を解決する手段として、本発明においては、メインポンプを油圧源として作業用の油圧アクチュエータを駆動する油圧アクチュエータ回路と、上記油圧アクチュエータ回路中の作動油を冷却するオイルクーラと、油圧モータであるファンモータにより駆動されて上記オイルクーラを冷却するファンと、ファン用ポンプを油圧源として上記ファンモータを駆動するファンモータ回路と、上記油圧アクチュエータ回路とファンモータ回路とに共用される作動油タンクを具備し、上記ファンモータ回路に、作動油が流れることにより発熱して上記作動油を加熱する暖機作用を行う暖機弁と、回路状態を切換える切換弁を設け、上記切換弁の切換位置として、上記ファン用ポンプから吐出される作動油を上記ファンモータに供給する冷却位置と、上記ファン用ポンプから吐出される作動油を上記暖機弁のみに供給する暖機位置を設けたものである。

この構成によれば、一つのファンモータ回路で作動油の冷却と暖機の双方を行うことができる。

この場合、ファン停止状態、すなわち、ファン回転による放熱作用を停止させた状態で暖機弁を作動させて暖機を行うため、ファンを回転させながら暖機弁を作動させる場合と比べて、熱ロスを無くして暖機効率を上げることができる。

また、油圧アクチュエータ回路とファンモータ回路を別ポンプで駆動し、ファンモータ回路のブリード作用によって暖機するため、暖機中、ファン用ポンプの吐出圧力は上がってもメインポンプの吐出圧力は上がらない。すなわち、メインポンプを油圧源とする油圧アクチュエータの作動に支障を来すおそれがない。

本発明において、上記切換弁の切換位置として、上記ファン用ポンプから吐出される作動油を直接上記作動油タンクに戻す中間位置を設けるのが望ましい(請求項２〜５)。

この構成によれば、ファン回転による冷却状態と暖機弁作動による暖機状態の二者択一ではなく、作動油をファンモータにも暖機弁にも供給せず、冷却も暖機もしない中間位置を加えることにより、冷却状態と暖機状態の頻繁な切換えを避けてエネルギー効率を上げることができる。

この場合、記切換弁を、外部からの切換信号によって切換えられる自動切換弁として構成するとともに、上記作動油の温度を検出しかつ上記切換弁に切換信号を送る制御手段を設け、上記制御手段は、検出される作動油温度をＴｏ、作動油の暖機を開始すべき温度としての暖機設定値をＴ1、作動油の冷却を開始すべき温度としての冷却設定値をＴ２として、上記切換弁を、Ｔｏ≦Ｔ１のときに上記暖機位置に、Ｔ１＜Ｔｏ≦Ｔ２のときに上記中間位置に、Ｔｏ＞Ｔ２のときに上記冷却位置にそれぞれ設定するように構成するのが望ましい(請求項３〜５)。

こうすれば、冷却／暖機／非冷却・非暖機を作動油温度に応じて自動的にかつ的確に切換えることができる。

また、上記ファン用ポンプとして可変容量ポンプを用い、上記制御手段は、上記切換弁が上記暖機位置にセットされた状態での上記ファン用ポンプの容量である暖機時ポンプ容量をｑ１、上記切換弁が上記冷却位置にセットされた状態での目標ファン回転数によって決まる上記ファン用ポンプの容量である冷却時ポンプ容量をｑ２として、
ｑ１＞ｑ２
に設定するのが望ましい(請求項４,５)。

このように、暖機時のポンプ容量を冷却時よりも増加させることにより、第１に、ポンプ流量(暖機弁通過流量)を増やして暖機効率を上げ、第２にエンジンのポンプ負荷を増やしてエンジンをも効率良く暖機することができる。

この場合、上記制御手段は、上記切換弁が中間位置にセットされた状態での上記ファン用ポンプの容量をｑ３として、
ｑ３≦ｑ２
に設定するのが望ましい(請求項５)。

こうすれば、切換弁の中間位置ではファンモータを駆動せず、かつ、大流量も必要としないため、ポンプ容量を最小としてポンプ吐出流量を落とすことによりポンプ負荷を低減し、省エネとなる。

本発明において、上記メインポンプとファン用ポンプを共通のエンジンによって駆動するように構成するのが望ましい(請求項６)。

こうすれば、作動油の暖機時に、ファン用ポンプがエンジン負荷となることでエンジンの暖機も同時に行うことができる。

また、上記ファンモータ回路に、回路圧力の上限値を設定するリリーフ弁を設け、このリリーフ弁を上記暖機弁として兼用するように構成するのが望ましい(請求項７)。

このように、回路・機器保護のために回路圧の上限値を設定するリリーフ弁を暖機弁に兼用できるため、回路構成の簡素化及びコストの点で有利となる。

本発明によると、作動油冷却のためのファンモータ回路をそのまま作動油暖機回路として兼用でき、しかも高い暖機効果を得ることができるとともに、暖機中、油圧アクチュエータの作動に支障を来すおそれがない。

本発明の実施形態に係る油圧回路図である。 実施形態の作用を説明するためのフローチャートである。

本発明の実施形態を図１,２によって説明する。

実施形態に係る油圧回路は、図１に示すように、メインポンプ１からの吐出油によって油圧アクチュエータ(図では一つのシリンダを例示している)２を駆動する油圧アクチュエータ回路Ａと、ファン用ポンプ３からの吐出油によってファンモータ(油圧モータ)４を駆動するファンモータ回路Ｂと、油圧アクチュエータ及びファンモータ両回路Ａ,Ｂに共用される作動油タンク(以下、単に「タンク」という)５を具備する。

図１中、６はメイン、ファン用両ポンプ１,３の共通の駆動源としてのエンジン、７は油圧アクチュエータ回路Ａを構成するアクチュエータ作動制御用のコントロールバルブ、８はファンモータ４によって回転駆動される冷却用のファン、９は油圧アクチュエータ回路Ａの戻り回路に設けられたオイルクーラで、ファン８の回転によってこのオイルクーラ９、すなわちオイルクーラ９を通る作動油が冷却されてタンク５に戻る。

ファンモータ回路Ｂには、回路圧の上限値を設定する暖機弁兼用のリリーフ弁１０が設けられるとともに、メインポンプ１とファンモータ４を結ぶ主管路１１中に、回路状態を切換える切換弁１２が設けられている。

この切換弁１２は、図左側から順に冷却、中間、暖機の各位置イ,ロ,ハを有し、制御手段を構成するコントローラ１３からの切換信号(電気信号)によって各位置イ,ロ,ハ間で切換わる電磁式の自動切換弁として構成されている。

なお、切換弁１２を油圧パイロット切換弁として構成し、コントローラ１３からの電気信号を油圧パイロット弁で油圧信号に変換して切換弁１２に入力する構成をとってもよい。

この切換弁１２の冷却位置イで、ファン用ポンプ３からの吐出油が主管路１１を通ってファンモータ４に流れる。すなわち、ファンモータ４によりファン８が回転駆動されて作動油の冷却作用が行われる。

これに対し、切換弁１２の中間位置ロでは、ポンプ吐出油は、ファンモータ４を通らないバイパスライン１４経由で直接タンク５に戻る。従ってファンモータ４は回転せず、冷却作用も暖機作用も行われない。

一方、切換弁１２の暖機位置ハでは、ポンプ吐出油はファンモータ４及びバイパスライン１４のいずれに対してもブロックされてリリーフ弁１０のみに流れる。このため、リリーフ作動により作動油が加熱されてタンク５に戻る。すなわち、作動油の暖機作用が行われる。

また、ファン用ポンプ３はレギュレータ１５によって容量(ポンプ傾転)が変化する可変容量ポンプとして構成され、コントローラ１３からレギュレータ１５に入力される容量指令信号に応じてポンプ容量、すなわちポンプ吐出流量が可変制御される。

一方、検出手段として、作動油の温度を検出する作動油温度センサ１６と、ファン用ポンプ３の回転数を検出するポンプ回転数センサ１７が設けられ、この両センサ１６,１７で検出された作動油温度とポンプ回転数の信号がコントローラ１３に送られる。

すなわち、コントローラ１３と両センサ１６,１７によって、切換弁１２を切換える制御手段が構成される。

コントローラ１３は、検出された作動油温度に応じて作動油の冷却、暖機を含む作用の切換えを行うとともに、この作用の切換えとファン用ポンプ３の回転数に応じて同ポンプ３のポンプ容量を変化させる。この点を図２のフローチャートを併用して詳述する。

コントローラ１３には、作動油温度に関して、相対的に低温であって作動油の暖機を開始すべき温度としての暖機設定値Ｔ１と、相対的に高温であって作動油の冷却を開始すべき温度としての冷却設定値Ｔ２が記憶され、検出される作動油温度Ｔｏがこれら設定値Ｔ１,Ｔ２と比較される。

すなわち、制御開始後、ステップＳ１でＴｏ＜Ｔ１か否かが判断され、ＮＯ(Ｔｏ≧Ｔ１)であれば暖機の必要無しとしてステップＳ２に移行する。

ステップＳ２ではＴｏ＜Ｔ２か否かが判断され、ＮＯ(Ｔｏ＞Ｔ２)であれば、冷却の必要有りとしてステップＳ３で切換弁１２を冷却位置イにセットするとともに、ステップ４においてファン用ポンプ３の容量ｑを冷却時ポンプ容量ｑ２に設定する。

この冷却時ポンプ容量ｑ２は、ファン８の目標回転数Ｎｆと、ファン１回転当たりに必要なポンプ容量ｑｆ、ファン用ポンプ３の回転数Ｎｐから次式で求める。

ｑ２＝ｑｆ×Ｎｆ／Ｎｐ
こうして、ファン８が、冷却に必要十分な回転数で回転して作動油の冷却作用が行われる。

これに対し、ステップＳ１でＹＥＳ(Ｔｏ≦Ｔ１)のときは、作動油温度が低くて暖機の必要があるとしてステップＳ５に移り、切換弁１２を暖機位置ハにセットする。

この暖機位置ハでは、前記のようにファン用ポンプ３からの吐出油はファンモータ４にもバイパスライン１４にも流れないため、リリーフ弁１０が開き、ポンプ吐出油全量がリリーフ弁１０を通ってタンク５に戻る。すなわち、作動油を加熱して昇温させる暖機作用が行われる。

また、ステップＳ６においてファン用ポンプ３のポンプ容量ｑを、冷却時ポンプ容量ｑ２よりも大きな暖機時ポンプ容量ｑ１に設定する。

これによりポンプ吐出流量が増加するため、リリーフ流量も増加して暖機効率が上がる。

また、エンジン６のポンプ負荷が増加することによってエンジン６の発熱量が増え、エンジン６の暖機効率も上がる。

一方、ステップＳ２でＹＥＳ(Ｔｏ≦Ｔ２)のとき、つまり、Ｔ１＜Ｔｏ≦Ｔ２のときは、作動油温度が高くも低くもない中間領域にあって冷却も暖機も必要無しとして、ステップ７で切換弁１２を中間位置ロにセットする。

この中間位置ロでは、ファン用ポンプ３の吐出油はファンモータ４もリリーフ弁１０も通らず、バイパスライン１４のみを通って直接タンク５に戻る。従ってファン８も回転しないしリリーフ作動も行われず、冷却作用も暖機作用も行われない。

また、ステップＳ８でファン用ポンプ３の容量ｑを、冷却時ポンプ容量ｑ２よりも小さい中間時ポンプ容量ｑ３に設定する。

このように、冷却作用も暖房作用も行われない中間温度領域ではファンモータ４を駆動せず、かつ、大流量も必要としないため、ポンプ容量を最小とすることによりポンプ負荷を低減し、省エネルギーとなる。

この油圧回路によれば、次の効果を得ることができる。

(Ｉ) 一つのファンモータ回路Ｂで作動油の冷却と暖機の双方を行うことができる。

(ＩＩ) ファン停止状態、すなわち、ファン回転による放熱作用を停止させた状態で暖機弁としてのリリーフ弁１０を作動させて暖機を行うため、ファン８を回転させながら暖機弁を作動させる場合と比べて、熱ロスを無くして暖機効率を上げることができる。

(ＩＩＩ) 油圧アクチュエータ回路Ａとファンモータ回路Ｂを別ポンプ１,３で駆動し、ファンモータ回路Ｂのブリード作用(リリーフ作用)によって暖機するため、暖機中、ファン用ポンプ３の吐出圧力は上がってもメインポンプ１の吐出圧力は上がらない。すなわち、メインポンプ１を油圧源とする油圧アクチュエータ２の作動に支障を来すおそれがない。

(ＩＶ) 切換弁１２の切換位置として、ファン回転による冷却状態とリリーフ作動による暖機状態の二者択一ではなく、作動油をファンモータ４にもリリーフ弁１０にも供給せず、冷却も暖機もしない中間位置ロを加えているため、冷却状態と暖機状態の頻繁な切換えを避けてエネルギー効率を上げることができる。

(Ｖ) 切換弁１２をコントローラ１３からの切換信号によって切換えられる自動切換弁として構成し、Ｔｏ≦Ｔ１のときに暖機位置ハに、Ｔ１＜Ｔｏ≦Ｔ２のときに中間位置ロに、Ｔｏ＞Ｔ２のときに冷却位置イにそれぞれ設定する構成としたから、冷却／暖機／非冷却・非暖機を作動油温度に応じて自動的にかつ的確に切換えることができる。

(ＶＩ) ファン用ポンプ３として可変容量ポンプを用い、暖機時ポンプ容量ｑ１と冷却時ポンプ容量をｑ２の関係を、
ｑ１＞ｑ２
に設定するため、第１に、ポンプ吐出流量(リリーフ流量)を増やして暖機効率を上げ、第２にエンジン６のポンプ負荷を増やしてエンジン６をも暖機することができる。

(ＶＩＩ) 切換弁１２が中間位置ロにセットされた、冷却も暖機もしない状態でのポンプ容量ｑ３を、
ｑ３≦ｑ２
に設定してポンプ吐出流量を落とすため、ポンプ負荷を低減し、省エネとなる。

(ＶＩＩＩ) メインポンプ１とファン用ポンプ３を共通のエンジン６によって駆動するため、作動油の暖機時に、ファン用ポンプ３がエンジン負荷となることでエンジン６の暖機も同時に行うことができる。

(ＩＸ) ファンモータ回路Ｂの回路圧の上限値を設定するリリーフ弁１０を暖機弁として兼用するため、回路構成の簡素化及びコストの点で有利となる。

他の実施形態
(１) 上記実施形態ではファンモータ回路Ｂのリリーフ弁１０を暖機弁に兼用する構成としたが、専用の可変絞り等による暖機弁を設けてもよい。

(２) 上記実施形態のようにファン用ポンプ３に可変容量ポンプを用い、ポンプ容量ｑを切換弁１２の冷却／暖機／中間の各切換状態に応じて変化させるのが望ましいが、ポンプ容量ｑを切換弁１２の切換状態にかかわらず一定としてもよい。

(３) 切換弁１２の切換位置として上記実施形態のように冷却も暖機もしない中間位置ロを設けるのが望ましいが、この切換弁１２を冷却と暖機の二状態のみの間で切換わる弁として構成してもよい。

(４) 上記実施形態ではファン用ポンプ３をメインポンプ１と共通のエンジン６で駆動する構成としたが、ファン用ポンプ３をエンジン６とは別の駆動源(たとえば電動機)で駆動する構成をとってもよい。

Ａ 油圧アクチュエータ回路
Ｂ ファンモータ回路
１ メインポンプ
２ 油圧アクチュエータ
３ ファン用ポンプ
４ ファンモータ
５ 作動油タンク
６ エンジン
８ ファン
９ オイルクーラ
１０ 暖機弁を兼ねるリリーフ弁
１１ 主管路
１２ 切換弁
１３ コントローラ
１４ バイパスライン
１５ レギュレータ
１６ 作動油温度センサ
１７ ポンプ回転数センサ
Ｔ１ 暖機設定値
Ｔ２ 冷却設定値
Ｔｏ 作動油温度
ｑ１ 暖機時ポンプ容量
ｑ２ 冷却時ポンプ容量
ｑ３ 中間時ポンプ容量

Claims (7)

1. メインポンプを油圧源として作業用の油圧アクチュエータを駆動する油圧アクチュエータ回路と、上記油圧アクチュエータ回路中の作動油を冷却するオイルクーラと、油圧モータであるファンモータにより駆動されて上記オイルクーラを冷却するファンと、ファン用ポンプを油圧源として上記ファンモータを駆動するファンモータ回路と、上記油圧アクチュエータ回路とファンモータ回路とに共用される作動油タンクを具備し、上記ファンモータ回路に、作動油が流れることにより発熱して上記作動油を加熱する暖機作用を行う暖機弁と、回路状態を切換える切換弁を設け、上記切換弁の切換位置として、上記ファン用ポンプから吐出される作動油を上記ファンモータに供給する冷却位置と、上記ファン用ポンプから吐出される作動油を上記暖機弁のみに供給する暖機位置を設けたことを特徴とする建設機械の油圧回路。
2. 上記切換弁の切換位置として、上記ファン用ポンプから吐出される作動油を直接上記作動油タンクに戻す中間位置を設けたことを特徴とする請求項１記載の建設機械の油圧回路。
3. 上記切換弁を、外部からの切換信号によって切換えられる自動切換弁として構成するとともに、上記作動油の温度を検出しかつ上記切換弁に切換信号を送る制御手段を設け、上記制御手段は、検出される作動油温度をＴｏ、作動油の暖機を開始すべき温度としての暖機設定値をＴ1、作動油の冷却を開始すべき温度としての冷却設定値をＴ２として、上記切換弁を、Ｔｏ≦Ｔ１のときに上記暖機位置に、Ｔ１＜Ｔｏ≦Ｔ２のときに上記中間位置に、Ｔｏ＞Ｔ２のときに上記冷却位置にそれぞれ設定するように構成したことを特徴とする請求項２記載の建設機械の油圧回路。
4. 上記ファン用ポンプとして可変容量ポンプを用い、上記制御手段は、上記切換弁が上記暖機位置にセットされた状態での上記ファン用ポンプの容量である暖機時ポンプ容量をｑ１上記切換弁が上記冷却位置にセットされた状態での目標ファン回転数によって決まる上記ファン用ポンプの容量である冷却時ポンプ容量をｑ２として、
   ｑ１＞ｑ２
   に設定したことを特徴とする請求項３記載の建設機械の油圧回路。
5. 上記制御手段は、上記切換弁が中間位置にセットされた状態での上記ファン用ポンプの容量をｑ３として、
   ｑ３≦ｑ２
   に設定したことを特徴とする請求項４記載の建設機械の油圧回路。
6. 上記メインポンプとファン用ポンプを共通のエンジンによって駆動するように構成したことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の建設機械の油圧回路。
7. 上記ファンモータ回路に、回路圧力の上限値を設定するリリーフ弁を設け、このリリーフ弁を上記暖機弁として兼用するように構成したことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の建設機械の油圧回路。

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