JP2020172792A - 作業機械および制御方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】燃費を改善できる作業機械および制御方法を提供する。【解決手段】HST回路10は、エンジン4の駆動力を油のエネルギーに変換する油圧ポンプ2と、油圧ポンプ2により変換された油のエネルギーを駆動エネルギーに変換する油圧モータ3とを有している。圧力センサ11a、11bは、HST回路10内の油の圧力を検知する。可変チャージポンプ1は、HST回路10に油を補充する。コントローラ6は、圧力センサ11a、11bにより検知されたHST回路10内の油の圧力に基づいて可変チャージポンプ1の容量を制御する。【選択図】図2

Description

本開示は、作業機械および制御方法に関するものである。
従来から変速機の1種として静油圧式無段変速機(HST:Hydraulic Static Transmission)が知られている。HSTは、エンジンで油圧ポンプを駆動することにより発生させた圧油を油圧モータで再び回転力に変換する方式の変速機である。HSTは、上記油圧ポンプと油圧モータとを有する閉回路(HST回路)を有している。
米国特許出願公開第2008/0238187号明細書(特許文献1)は、静油圧駆動部を含む油圧システムを加圧するためのチャージポンプを開示する。このチャージポンプは、無負荷状況での第1所定圧力および最大負荷状況での第2の所定圧力の2段階で動作するよう設定される。
米国特許出願公開第2008/0238187号明細書
特許文献1に記載のチャージポンプでは、HST回路からの漏れ量に応じて適切に流体を補充することができない。このため馬力のロスが生じて、燃費低減が十分ではない。
本開示の目的は、燃費を改善できる作業機械および制御方法を提供することである。
作業機械は、動力源と、閉回路と、圧力センサと、可変チャージポンプと、コントローラとを備えている。閉回路は、動力源の駆動力を流体のエネルギーに変換するポンプと、ポンプにより変換された流体のエネルギーを駆動エネルギーに変換するモータとを有している。圧力センサは、閉回路内の流体の圧力を検知する。可変チャージポンプは、閉回路に流体を補充する。コントローラは、圧力センサにより検知された閉回路内の流体の圧力に基づいて可変チャージポンプの容量を制御する。
本開示によれば、燃費を改善できる作業機械および制御方法を実現することができる。
一実施の形態における作業機械の例としてブルドーザの構成を示す側面図である。 図1の作業機械に含まれる油圧駆動部の構成を示す図である。 図2に示されるコントローラの機能ブロックを示す図である。 作業機械の例としてのブルドーザが下り坂において掘削対象物に突っ込む前の様子を示す図である。 図1の作業機械の制御方法を示すフロー図である。
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、明細書および図面において、同一の構成要素または対応する構成要素には、同一の符号を付し、重複する説明を繰り返さない。また、図面では、説明の便宜上、構成を省略または簡略化している場合もある。
<作業機械の構成>
まず、本開示の一実施の形態における作業機械の例としてブルドーザの構成について図1を用いて説明する。なお本開示はブルドーザに限定されず、油圧ショベル、ホイールローダ、モータグレーダなどのHST回路を有する作業機械であれば適用可能である。
図1は、一実施の形態における作業機械の例としてブルドーザの構成を示す概略側面図である。図1に示されるように、本実施の形態の作業機械20としてのブルドーザは、履帯式走行装置23と、車体21と、作業機22とを主に有している。車体21と作業機22とにより作業機械本体が構成されている。
車体21は、キャブ(運転室)28と、エンジン室29とを有している。キャブ28は車体21の後上部に配置され、エンジン室29はキャブ28の前方に配置されている。エンジン室29内には、エンジン4(動力源)が配置されている。
作業機22は、ブレード22a(作業具)と、フレーム24と、チルトシリンダ25と、昇降シリンダ26とを主に有している。ブレード22aは、車体21の前方に配置されている。ブレード22aは、左右両側でフレーム24により支持されている。フレーム24の一端はブレード22aの背面に回転自在の支持部により取り付けられている。フレーム24の他端は車体21の側面に回転自在に支持されている。
ブレード22aは、チルトシリンダ25および昇降シリンダ26によって駆動される。
チルトシリンダ25の一端はブレード22aの背面に回転自在に支持されている。チルトシリンダ25の他端はフレーム24に回転自在に支持されている。チルトシリンダ25の油圧による伸縮によって、ブレード22aはフレーム24による支持部を中心に回動する。
昇降シリンダ26の一端はフレーム24の上面に回転自在に支持されている。昇降シリンダ26の中間部は車体21の側面に回転自在に支持されている。昇降シリンダ26の油圧による伸縮によって、ブレード22aはフレーム24の他端を中心にして上下方向に移動する。
履帯式走行装置23は、左右1対の履帯装置を有している。左右1対の履帯装置の各々は、駆動輪(スプロケット)23aと、遊動輪(アイドラ)23bと、履帯23cと、トラックフレーム23dとを主に有している。
駆動輪23aおよびトラックフレーム23dの各々は、車体21の側部に取り付けられている。駆動輪23aはトラックフレーム23dの後方に回転駆動可能に配置されている。トラックフレーム23dには、遊動輪23bが取り付けられている。遊動輪23bはトラックフレーム23dのたとえば前端部に回転可能に配置されている。
履帯23cは、環状(無端状)に構成されており、駆動輪23aおよび遊動輪23bに巻きかけられている。履帯23cは駆動輪23aに噛み合わされており、駆動輪23aの回転駆動により回転可能に構成されている。履帯23cの回転によって、遊動輪23bは履帯23cに噛み合って従動回転可能である。
車体21と作業機22とから構成される作業機械本体は、履帯式走行装置23により走行可能に支持されている。
駆動輪23aには、HST回路に含まれる油圧モータ3が接続されている。HST回路に含まれる油圧ポンプ2はエンジン室29内に配置されている。HST回路に流体(たとえば油)を補充する可変チャージポンプ1はエンジン室29内に配置されている。
<油圧駆動部の構成>
次に、本実施の形態における作業機械20に含まれる油圧駆動部の構成について図2を用いて説明する。
図2は、図1の作業機械に含まれる油圧駆動部の構成を示す図である。図2に示されるように、油圧駆動部HDは、エンジン4からの駆動力を変速して駆動輪23aに伝達する。油圧駆動部HDは、可変チャージポンプ1と、油圧ポンプ2と、油圧モータ3とを主に有している。
油圧駆動部HDは、HST回路10を有している。HST回路10は、油圧ポンプ2と油圧モータ3とを有する閉油圧回路(閉回路)である。具体的にはHST回路10は、油圧ポンプ2と、油圧モータ3と、第1油路(第1流路)10aと、第2油路(第2流路)10bとにより構成されている。
第1油路10aは、油圧ポンプ2と油圧モータ3とを繋いでいる。第1油路10aは、油圧ポンプ2から吐出された油を油圧モータ3へ供給することができる。第2油路10bは、第1油路10aとは異なる流路であり、油圧ポンプ2と油圧モータ3とを繋いでいる。第2油路10bは、油圧ポンプ2から吐出された油を油圧モータ3へ供給することができる。
油圧ポンプ2は、たとえば斜板式アキシャル型のポンプであり、可変斜板2aを有している。油圧ポンプ2の駆動軸はエンジン4の出力軸5aに接続されている。可変斜板2aの角度は、アクチュエータ2bにより無段階で連続的に制御される。アクチュエータ2bは、たとえばソレノイドである。
油圧ポンプ2の駆動軸は、エンジン4の駆動により回転する。これにより油圧ポンプ2は、HST回路10内の油を加圧して第1油路10aおよび第2油路10bのいずれか一方に油を吐出する。このように油圧ポンプ2は、エンジン4の駆動力を油(流体)のエネルギーに変換する。この油のエネルギーは第1油路10aまたは第2油路10bを通じて油圧モータ3へ伝達される。
油圧モータ3は、たとえば斜板式アキシャル型のモータであり、可変斜板3aを有している。油圧モータ3の駆動軸は駆動輪23aの入力軸5bに接続されている。可変斜板3aの角度は、アクチュエータ3bにより無段階で連続的に制御される。アクチュエータ3bは、たとえばソレノイドである。
上述の油圧ポンプ2により変換された油のエネルギーが油圧モータ3に伝達されることにより油圧モータ3の駆動軸が回転する。油圧モータ3の駆動軸が回転することにより駆動輪23aの入力軸5bが回転する。このように油圧モータ3は、油のエネルギーを入力軸5bの回転エネルギー(駆動エネルギー)に変換する。この入力軸5bの回転により駆動輪23aが回転する。
HST回路10では、油圧ポンプ2の可変斜板2aと油圧モータ3の可変斜板3aの角度を任意に変化させることにより無段変速が可能となる。
油圧駆動部HDにおいては、HST回路10の動作によりHST回路10内の油に発熱、汚れなどが生じる。このためHST回路10内の油を冷却、清掃などする必要がある。
具体的には、たとえば油圧モータ3からHST回路10内の油がHST回路10外へ取り出される。HST回路10外に取り出された油は、オイルクーラ7により冷却された後にタンク18へ流入する。タンク18内の油は、可変チャージポンプ1により汲み上げられてHST回路10内へ補充される。可変チャージポンプ1からHST回路10内へ補充される際に、油はフィルタ8により清掃される。このようにしてHST回路10内の油は冷却、清掃などされる。
可変チャージポンプ1は、たとえば斜板式アキシャル型のポンプであり、可変斜板1aを有している。可変チャージポンプ1の駆動軸は、エンジン4の出力軸5aに接続されている。可変斜板1aの角度は、アクチュエータ1bにより無段階で連続的に制御される。アクチュエータ1bは、たとえばソレノイドである。可変チャージポンプ1においては、可変斜板1aの角度を変更することにより、可変チャージポンプ1の容量を増減することができる。
可変チャージポンプ1の駆動軸は、エンジン4の駆動により回転する。これにより可変チャージポンプ1は、タンク18から油を汲み上げてHST回路10に油を供給する。具体的には可変チャージポンプ1は、タンク18から汲み上げた油を第1油路10aおよび第2油路10bの各々へ補充する。
HST回路10には、可変チャージポンプ1から第1油路10aに油を補充する流路にバルブ9aが配置されている。また可変チャージポンプ1から第2油路10bに油を補充する流路にバルブ9bが配置されている。バルブ9a、9bの各々は、HST回路10を閉回路にするためのチェックバルブであってもよく、またHST回路10の圧力上昇を制限するリリーフバルブであってもよく、また上記チェックバルブおよびリリーフバルブの双方であってもよい。
HST回路10には、HST回路10内の油の圧力を検知する圧力センサ11a、11bが設けられている。圧力センサ11a、11bは、第1圧力センサ11aと、第2圧力センサ11bとを有している。第1圧力センサ11aは第1油路10aに配置されている。第1圧力センサ11aは第1油路10aの油の圧力を検知する。第2圧力センサ11bは第2油路10bに配置されている。第2圧力センサ11bは第2油路10bの油の圧力を検知する。
第1圧力センサ11aおよび第2圧力センサ11bの各々は、コントローラ6に電気的に接続されている。これにより第1圧力センサ11aにより検知された第1流路10aにおける油圧の検知信号はコントローラ6に入力される。また第2圧力センサ11bにより検知された第2流路10bにおける油圧の検知信号は、コントローラ6に入力される。
HST回路10には、エンジン4の回転数を検知する回転センサ14が設けられている。回転センサ14は、出力軸5aの回転数を検知する回転センサ14であってもよく、可変チャージポンプ1の駆動軸の回転数を検知する回転センサであってもよい。また回転センサ14は、油圧ポンプ2の駆動軸の回転数を検知する回転センサであってもよい。
上記回転センサ14は、コントローラ6に電気的に接続されている。これにより回転センサ14により検知された出力軸5aにおける回転数の検知信号は、コントローラ6に入力される。
油圧駆動部HDには、HST回路10内の油の温度を検知する温度センサ13が設けられている。温度センサ13は、たとえばタンク18と可変チャージポンプ1とを接続する油路に配置されている。上記温度センサ13は、コントローラ6に電気的に接続されている。これにより温度センサ13により検知される上記油路における温度の検知信号は、コントローラ6に入力される。
また可変チャージポンプ1は、アクチュエータ(チルトシリンダ25、昇降シリンダ26)の駆動回路にパイロット圧を与えるように接続されていてもよい。この場合、アクチュエータ25、26の駆動を制御する方向制御弁41に可変チャージポンプ1が接続される。
油圧駆動部HDには、上記方向制御弁41に与えられるパイロット圧を検知するパイロット圧センサ12が設けられている。パイロット圧センサ12は、可変チャージポンプ1と方向制御弁41とを接続する油路に配置されている。パイロット圧センサ12は、コントローラ6に電気的に接続されている。これによりパイロット圧センサ12により検知されたパイロット圧の検知信号は、コントローラ6に入力される。
また可変チャージポンプ1から吐出される油の流路には、リリーフバルブ9cが配置されている。リリーフバルブ9cにより、可変チャージポンプ1から方向制御弁41に与えられるパイロット圧が設定圧以上にならないように調整されている。
また作業機械20(図1)には、傾斜角度センサ17が取り付けられている。傾斜角度センサ17は、水平面に対する作業機械20の傾斜角度を検知する。傾斜角度センサ17は、コントローラ6に電気的に接続されている。これにより傾斜角度センサ17により検知された作業機械20における傾斜角度の検知信号は、コントローラ6に入力される。
また作業機械20のキャブ28(図1)内には、走行レバー16が配置されている。走行レバー16は、オペレータによる操作を受け付ける。走行レバー16は、たとえば走行における前進、後進、中立のいずれかの状態を選択できるように構成されている。
走行レバー16は、コントローラ6に電気的に接続されている。これにより走行レバー16により選択された前進、後進、中立のいずれかの状態を示す検知信号は、コントローラ6に入力される。
<コントローラ6の機能ブロック>
次に、図2に示すコントローラ6の機能ブロックについて図3および図4を用いて説明する。
図3は、図2に示されるコントローラの機能ブロックを示す図である。図4は、作業機械の例としてのブルドーザが下り坂において掘削対象物に突っ込む前の様子を示す図である。
図3に示されるように、コントローラ6は、漏れ量推定部31と、供給量計算部32と、チャージポンプ容量計算部33と、チャージポンプ容量決定部34と、チャージポンプ容量指令部35と、チャージポンプ効率計算部36と、最低チャージポンプ容量設定部37と、記憶部38とを有している。
漏れ量推定部31は、HST回路10内における油の冷却および/または清掃のためにHST回路10から取り出す油の量(以下、「漏れ量」と称する)を推定する。漏れ量推定部31は、圧力センサ11a、11bから圧力信号を受け取ると、記憶部38内の情報を参照する。
記憶部38には、HST回路10内の油の圧力と漏れ量との関係を示すHST圧−漏れ量テーブルが記憶されている。漏れ量推定部31は、記憶部38のHST圧−漏れ量テーブルを参照して、圧力センサ11a、11bから受け取った圧力信号に基づいて漏れ量を推定する。漏れ量推定部31により推定された漏れ量は、供給量計算部32へ出力される。
供給量計算部32は、HST回路10へ供給(補充)する油の量を計算する。供給量計算部32は、漏れ量推定部31から漏れ量の情報を受け取ると、記憶部38の情報を参照する。
記憶部38には、油圧ポンプ2(図2)の応答遅れを考慮した安全率が記憶されている。安全率は、走行レバー16が前進、後進、中立の各々の状態において設定されている。
供給量計算部32は、漏れ量推定部31から受け取った漏れ量の情報に安全率を乗じることにより供給量を計算する(供給量=漏れ量×安全率)。供給量計算部32により計算された供給量は、チャージポンプ容量計算部33へ出力される。
回転センサ14により検知されたエンジン4の回転数は、チャージポンプ容量計算部33へ出力される。このエンジン4の回転数は、上記のとおり出力軸5aの回転数、可変チャージポンプ1の駆動軸の回転数であってもよい。またエンジン4の回転数は、油圧ポンプ2の駆動軸の回転数であってもよい。
また、回転センサ14により検知されたエンジン4の回転数は、チャージポンプ効率計算部36へ出力される。チャージポンプ効率計算部36は、回転センサ14からエンジン4の回転数の情報を受け取ると、記憶部38を参照する。
記憶部38には、エンジン4の回転数と可変チャージポンプ1の容積効率との関係を示す回転数−容積効率テーブルが記憶されている。チャージポンプ効率計算部36は、記憶部38の回転数−容積効率テーブルを参照して、回転センサ14から受け取ったエンジン回転数の情報に基づいて可変チャージポンプ1の容積効率を計算する。チャージポンプ効率計算部36により計算された可変チャージポンプ1の容積効率は、チャージポンプ容量計算部33へ出力される。
チャージポンプ容量計算部33は、可変チャージポンプ1の容量を計算する。チャージポンプ容量計算部33は、供給量計算部32から受け取った供給量を回転センサ14から受け取ったエンジン4の回転数で除すことにより可変チャージポンプ1の容量を計算する(可変チャージポンプ1の容量=供給量÷エンジン回転数)。
この可変チャージポンプ1の容量を計算する際、可変チャージポンプ1の容積効率が考慮される。可変チャージポンプ1の容積効率は、可変チャージポンプ1の実吐出量(実際の吐出量)を理論吐出量で除したものである(容積効率%=実吐出量÷理論吐出量×100)。
可変チャージポンプ1の実吐出量として上記計算により得られた可変チャージポンプ1の容量を得るためには、可変チャージポンプ1が理論吐出量となる容量で動作する必要がある。可変チャージポンプ1が理論吐出量となる容量は、上記により計算された可変チャージポンプ1の容量(=供給量÷エンジン回転数)を容積効率で除すことにより得られる(理論吐出量となる容量=供給量÷エンジン回転数÷容積効率)。
チャージポンプ容量計算部33で計算された可変チャージポンプ1が理論吐出量となる容量は、チャージポンプ容量決定部34へ出力される。
チャージポンプ容量決定部34は、可変チャージポンプ1へ出力する可変チャージポンプ1の容量を決定する。チャージポンプ容量決定部34は、可変チャージポンプ1の容量を決定するに際し、最低チャージポンプ容量設定部37からの情報を考慮する。最低チャージポンプ容量設定部37は、可変チャージポンプ1の最低容量を設定する。
最低チャージポンプ容量設定部37は、たとえばHST回路10に急負荷が作用する状況で、可変チャージポンプ1の最低容量が増加するように設定する。また最低チャージポンプ容量設定部37は、HST回路10内の油がオーバーヒートする状況で、可変チャージポンプ1の容量が増加するように設定する。これにより、急負荷が作用する場合に可変チャージポンプ1の容量増加の遅れを抑制でき、またHST回路10内の油がオーバーヒートすることを抑制できる。
たとえば図4に示されるように、作業機械20が下り坂でオーバーランをしている状態では、油圧ポンプ2の回転数が高くなり、エンジン4の回転数が高くなる。エンジン4の回転数が高くなると、可変チャージポンプ1の容量が絞られて小さくなる。
この状態から作業機械20のブレード22aが掘削対象物100に突っ込むと、HST回路10に急負荷が作用し、HST回路10内の油圧が急激に上昇する。HST回路10内の油圧が急激に上昇すると、それに応じてHST回路10からの油の漏れ量も急激に増加する。このため可変チャージポンプ1によるHST回路10内への油の補充が遅れる。
そこで可変チャージポンプ1によるHST回路10内への油の補充が遅れないように、HST回路10に急負荷が作用する状況では最低チャージポンプ容量設定部37は可変チャージポンプ1の最低容量が増加するように設定する。
またHST回路10内の油がオーバーヒートする状況では最低チャージポンプ容量設定部37は可変チャージポンプ1の容量が増加するように設定する。
最低チャージポンプ容量設定部37には、圧力センサ11a、11bから出力された圧力信号が入力される。圧力センサ11a、11bにより検知されたHST回路10内の油圧に基づいて作業機械20の牽引力を算出することができる。最低チャージポンプ容量設定部37は、牽引力が第1の値より小さくなるときには、可変チャージポンプ1の最低容量が所定値である第2の値を維持するように設定する。これにより作業機械20の牽引力が小さくなることで急負荷が生じる場合においても、可変チャージポンプ1によるHST回路10内への油の補充遅れを抑制することができる。
最低チャージポンプ容量設定部37には、パイロット圧センサ12により出力されたパイロット圧の信号が入力される。最低チャージポンプ容量設定部37は、パイロット圧が第3の値より小さくなるときには、パイロット圧が第3の値以上のときよりも可変チャージポンプ1の最低容量が増加するように設定する。たとえば最低チャージポンプ容量設定部37は、パイロット圧が第3の値より小さくなるときには、可変チャージポンプ1の容量が最大値となるように設定する。これによりHST回路10に急負荷が生じた場合に、可変チャージポンプ1の容量を絞りすぎることが防止され、パイロット圧の最低値を補償することができる。
最低チャージポンプ容量設定部37には、走行レバー16により選択された前進、後進、中立のいずれかの走行状態を表す信号が入力される。最低チャージポンプ容量設定部37は、前進、後進、中立の各々の場合における可変チャージポンプ1の最低容量を設定する。これにより前進、後進、中立の走行状態に応じてHST回路10に急負荷が生じている場合に、可変チャージポンプ1の容量を絞りすぎることが防止される。このため可変チャージポンプ1の容量を絞りすぎた状態で急負荷が作用することにより生じる、可変チャージポンプ1の容量増加遅れを抑制することができる。
最低チャージポンプ容量設定部37には、傾斜角度センサ17から出力された作業機械20の傾斜角度信号が入力される。最低チャージポンプ容量設定部37は、傾斜角度センサ17により検知される作業機械20の傾斜角度が第4の値以上のときには、可変チャージポンプ1の最低容量が所定値である第5の値を維持するように設定する。これにより作業機械20が急勾配にてオーバーランすることで急負荷が生じる場合においても、可変チャージポンプ1によるHST回路10内への油の補充遅れを抑制することができる。
最低チャージポンプ容量設定部37には、温度センサ13から出力された温度信号が入力される。最低チャージポンプ容量設定部37は、温度センサ13により検知される温度が第6の値以上のときには、その温度が第6の値未満のときよりも可変チャージポンプ1の容量が増加するように設定する。これにより温度センサ13により検知される温度が高くなることでHST回路10内の油がオーバーヒートする場合においても、可変チャージポンプ1によるHST回路10内への油の補充遅れを抑制することができる。
チャージポンプ容量決定部34は、急負荷が作用すると判定する場合またはHST回路10の油がオーバーヒートすると判定する場合には最低チャージポンプ容量設定部37で設定された容量を可変チャージポンプ1の容量として決定する。
またチャージポンプ容量決定部34は、急負荷が作用しないと判定する場合またはHST回路10の油がオーバーヒートしないと判定する場合にはチャージポンプ容量計算部33で計算された容量を可変チャージポンプ1の容量として決定する。
チャージポンプ容量決定部34により決定された可変チャージポンプの容量がチャージポンプ容量指令部35へ出力される。チャージポンプ容量指令部35は、チャージポンプ容量決定部34により決定された可変チャージポンプの容量に基づいて、アクチュエータ1bに可変チャージポンプ1の可変斜板1aの角度を変更する指令を発する。これにより可変チャージポンプ1の可変斜板1aの角度が変更され、可変チャージポンプ1の容量が制御される。
以上説明したようにコントローラ6は、圧力センサ11a、11bにより検知されたHST回路10内の油の圧力に基づいて可変チャージポンプ1の容量を制御する。コントローラ6は、圧力センサ11a、11bにより検知されたHST回路10内の油の圧力に基づいて可変チャージポンプ1の容量を無段階で連続的に変化するように制御する。
またコントローラ6は、圧力センサ11a、11bにより検知されたHST回路10内の油の圧力が第1圧力であるときには可変チャージポンプ1の容量を第1容量とする。またコントローラ6は、圧力センサ11a、11bにより検知されたHST回路10内の油の圧力が第1圧力より小さい第2圧力であるときには可変チャージポンプ1の容量を第1容量よりも少ない第2容量とする。つまりコントローラ6は、HST回路10内の油の圧力が高くなるほど、可変チャージポンプ1によるHST回路10内への油の供給(補充)量を多くするよう可変チャージポンプ1を制御する。
またコントローラ6は、回転センサ14により検知されたエンジン4の回転数と圧力センサ11a、11bにより検知されたHST回路10内の油の圧力とに基づいて可変チャージポンプ1の容量を制御する。
またコントローラ6は、作業機械20の牽引力に基づいて可変チャージポンプ1の最低容量を設定する。コントローラ6は、傾斜角度センサ17により検知された作業機械20の傾斜角度に基づいて可変チャージポンプ1の最低容量を設定する。コントローラ6は、走行レバー16の選択状態に基づいて可変チャージポンプ1の最低容量を設定する。コントローラ6は、パイロット圧センサ12により検知されたパイロット圧に基づいて可変チャージポンプ1の最低容量を設定する。
<作業機械の制御方法>
次に、本実施の形態における作業機械20の制御方法について図3および図5を用いて説明する。
図5は、図1の作業機械の制御方法を示すフロー図である。
図3および図5に示されるように、まず圧力センサ11a、11bによりHST回路10内の油圧が検知される(ステップS1:図5)。コントローラ6の漏れ量推定部31は、圧力センサ11a、11bにより検知されたHST回路10内の油圧に基づいて、HST回路10からの油の漏れ量を推定する(ステップS2:図5)。具体的には、上記のように漏れ量推定部31が、記憶部38に記憶されたHST圧−漏れ量テーブルを参照して、圧力センサ11a、11bから受け取った圧力信号に基づいて漏れ量を推定する。
コントローラ6の供給量計算部32は、漏れ量推定部31により推定されたHST回路10からの油の漏れ量に基づいて、HST回路10への油の供給(補充)量を計算する(ステップS3:図5)。具体的には、上記のように供給量計算部32が、漏れ量推定部31により推定された漏れ量に、記憶部38に記憶された安全率を乗じることにより供給量を計算する(供給量=漏れ量×安全率)。
回転センサ14によりエンジン4の回転数が検知される(ステップS9:図5)。コントローラ6のチャージポンプ効率計算部36は、回転センサ14により検知されたエンジン4の回転数に基づいて、可変チャージポンプ1のチャージポンプ効率を計算する(ステップS10:図5)。具体的には、上記のようにチャージポンプ効率計算部36が、記憶部38の回転数−容積効率テーブルを参照して、回転センサ14から受け取ったエンジン回転数の情報に基づいて可変チャージポンプ1の容積効率を計算する。
コントローラ6のチャージポンプ容量計算部33は、供給量計算部32により計算された供給量と回転センサ14により検知されたエンジン4の回転数とに基づいて、可変チャージポンプ1の容量を計算する(ステップS4:図5)。具体的には、上記のようにチャージポンプ容量計算部33が、供給量計算部32から受け取った供給量を回転センサ14から受け取ったエンジン回転数で除すことにより可変チャージポンプ1の容量を計算する(可変チャージポンプ1の容量=供給量÷エンジン回転数)。
コントローラ6のチャージポンプ容量計算部33は、この可変チャージポンプ1の容量計算時に、チャージポンプ効率計算部36により計算されたチャージポンプ効率を考慮して可変チャージポンプ1の容量を計算する。具体的には、上記のようにチャージポンプ容量計算部33が、上記計算により得られた可変チャージポンプ1の容量(=供給量÷エンジン回転数)を容積効率で除すことにより可変チャージポンプ1の容量を計算する(理論吐出量となる容量=供給量÷エンジン回転数÷容積効率)。
この後、HST回路10に急負荷が作用するか否かが判定される(ステップS5:図5)。急負荷が作用すると判定された場合には、可変チャージポンプ1の設定された最小容量が選択される(ステップS6:図5)。
具体的には、圧力センサ11a、11bにより検知されるHST回路10内の油圧に基づいて算出される牽引力に基づいて可変チャージポンプ1の最低容量が設定される。最低チャージポンプ容量設定部37は、牽引力が第1の値より小さくなるときには、可変チャージポンプ1の最低容量が所定値となるように設定する。
また最低チャージポンプ容量設定部37は、パイロット圧センサ12により検知されるパイロット圧が第3の値より小さくなるときには、パイロット圧が第3の値以上のときよりも可変チャージポンプ1の最低容量が増加するように設定する。たとえば最低チャージポンプ容量設定部37は、パイロット圧が第3の値より小さくなるときには、可変チャージポンプ1の容量が最大値となるように設定する。
また最低チャージポンプ容量設定部37は、走行レバー16により選択された前進、後進、中立の各々の場合における可変チャージポンプ1の最低容量を設定する。
また最低チャージポンプ容量設定部37は、傾斜角度センサ17により検知される作業機械20の傾斜角度が第4の値以上のときには、可変チャージポンプ1の最低容量が所定値である第5の値を維持するように設定する。
また急負荷が作用したか否かの判定(ステップS5:図5)に代えて、HST回路10の油がオーバーヒートするか否かが判定されてもよい。最低チャージポンプ容量設定部37は、オーバーヒートすると判定する場合には、可変チャージポンプ1の設定された容量が選択される(ステップS6:図5)。
具体的には最低チャージポンプ容量設定部37は、温度センサ13により検知される温度が第6の値以上のときには、その温度が第6の値未満のときよりも可変チャージポンプ1の容量が増加するように設定する。
急負荷が作用すると判定された場合またはHST回路10の油がオーバーヒートすると判定された場合には上記の設定された最小容量が可変チャージポンプの容量として決定される(ステップS7:図5)。
また急負荷が作用しないと判定された場合またはHST回路10の油がオーバーヒートしないと判定された場合にはチャージポンプ容量計算部33で計算された容量が可変チャージポンプの容量として決定される(ステップS7:図5)。
この決定された可変チャージポンプ1の容量に基づいて、可変チャージポンプ1の容量が制御される(ステップS8:図5)。
<効果>
本実施の形態によれば図3に示されるように、コントローラ6は、圧力センサ11a、11bにより検知されたHST回路10内の油の圧力に基づいて可変チャージポンプ1の容量を制御する。これによりHST回路10からの漏れ量に応じて可変チャージポンプ1によって適切に油を補充することができる。このため馬力のロスが少なくなり、燃費を改善することが可能となる。
上記の実施の形態においては、コントローラ6は、圧力センサ11a、11bにより検知されたHST回路10内の油の圧力に基づいて可変チャージポンプ1の容量を無段階で変化するように制御する。これによりHST回路10からの漏れ量に応じて可変チャージポンプ1によって適切に油を補充することができる。このため馬力のロスが少なくなり、燃費を改善することが可能となる。
上記の実施の形態においては、コントローラ6は、圧力センサ11a、11bにより検知されたHST回路10内の油の圧力が第1圧力であるときには可変チャージポンプ1の容量を第1容量とし、圧力センサ11a、11bにより検知されたHST回路10内の油の圧力が第1圧力より小さい第2圧力であるときには可変チャージポンプ1の容量を第1容量よりも少ない第2容量とするように制御する。HST回路10内の油の圧力が高くなるほど、HST回路10内からの油の漏れ量は多くなる。このためHST回路10内の油の圧力が高くなるほど、可変チャージポンプ1によるHST回路10内への油の供給(補充)量を多くすることで、HST回路10内に適切に油を補充することができる。よって馬力のロスが少なくなり、燃費を改善することが可能となる。
上記の実施の形態においては図に示されるように、コントローラ6は、回転センサ14により検知されたエンジン4の回転数と圧力センサ11a、11bにより検知されたHST回路10内の油の圧力とに基づいて可変チャージポンプ1の容量を制御する。上記エンジン4の回転数とHST回路10内の油の圧力とに基づいてHST回路10内への油の供給(補充)量を計算することができる。このためHST回路10内に適切に油を補充することができる。
上記の実施の形態においては図3に示されるように、コントローラ6は、作業機械20の牽引力に基づいて可変チャージポンプ1の最低容量を設定する。具体的には圧力センサ11a、11bにより検知されたHST回路10内の油の圧力に基づいて作業機械20の牽引力を算出することができ、その牽引力に基づいて可変チャージポンプ1の最低容量が設定される。これによりたとえば下り坂でオーバーランしているときに、可変チャージポンプ1の容量を絞りすぎることが防止される。このため可変チャージポンプ1の容量を絞りすぎた状態で急負荷が作用することにより生じる、可変チャージポンプ1の容量増加遅れを抑制することができる。
上記の実施の形態においては図2に示されるように、圧力センサ11a、11bは、HST回路10の第1流路10aにおける油の第1圧力を検知する第1圧力センサ11aと、HST回路10の第2流路10bにおける油の第2圧力を検知する第2圧力センサ11bとを含む。これにより前進走行および後進走行のいずれの場合にもHST回路10内の油の圧力を測定することができる。
上記の実施の形態においては図3に示されるように、コントローラ6は、傾斜角度センサ17により検知された作業機械20の傾斜角度に基づいて可変チャージポンプ1の最低容量を設定する。作業機械20の傾斜角度から作業機械20が下り坂をオーバーランしていることを検知することができる。
上記の実施の形態においては図3に示されるように、コントローラ6は、走行レバー16の選択状態に基づいて可変チャージポンプ1の最低容量を設定する。これにより前進、後進、中立の走行状態に応じてHST回路10に急負荷が生じている場合に、可変チャージポンプ1の容量を絞りすぎることが防止される。このため可変チャージポンプ1の容量を絞りすぎた状態で急負荷が作用することにより生じる、可変チャージポンプ1の容量増加遅れを抑制することができる。
上記の実施の形態においては図2に示されるように、可変チャージポンプ1は、作業機22のアクチュエータ(チルトシリンダ25、昇降シリンダ26)の駆動回路にパイロット圧を与えるよう接続されている。これにより上記アクチュエータ25、26の駆動回路にパイロット圧を与える個別のポンプを省略することができ、構成を簡略化することができる。
上記の実施の形態においては図3に示されるように、コントローラ6は、パイロット圧センサ12により検知されたパイロット圧に基づいて可変チャージポンプ1の最低容量を設定する。これによりHST回路10に急負荷が生じた場合に、可変チャージポンプ1の容量を絞りすぎることが防止され、パイロット圧の最低値を補償することができる。
なお本実施の形態においては、HST回路10内の流体として油を用いた場合について説明したが、HST回路10内の流体は油以外の流体であってもよい。また動力源としてエンジン4について説明したが、駆動力を与えることができるものであればエンジン4以外の動力源であってもよい。また本実施の形態においては図2に示される油圧ポンプ2および油圧モータ3の各々は固定容量型であってもよい。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
1 可変チャージポンプ、1a,2a,3a 可変斜板、1b,2b,3b アクチュエータ、2 油圧ポンプ、3 油圧モータ、4 エンジン、5a 出力軸、5b 入力軸、6 コントローラ、7 オイルクーラ、8 フィルタ、9a,9b バルブ、9c リリーフバルブ、10 HST回路、10a 第1油路、10b 第2油路、11a 第1圧力センサ、11b 第2圧力センサ、12 パイロット圧センサ、13 温度センサ、14 回転センサ、16 走行レバー、17 傾斜角度センサ、18 タンク、20 作業機械、21 車体、22 作業機、22a ブレード、22U 上端、23 履帯式走行装置、23a 駆動輪、23b 遊動輪、23c 履帯、23d トラックフレーム、24 フレーム、25 チルトシリンダ、26 昇降シリンダ、28 キャブ、29 エンジン室、31 漏れ量推定部、32 供給量計算部、33 チャージポンプ容量計算部、34 チャージポンプ容量決定部、35 チャージポンプ容量指令部、36 チャージポンプ効率計算部、37 最低チャージポンプ容量設定部、38 記憶部、41 方向制御弁、100 掘削対象物、HD 油圧駆動部。

Claims (19)

  1. 動力源と、
    前記動力源の駆動力を流体のエネルギーに変換するポンプと、前記ポンプにより変換された流体のエネルギーを駆動エネルギーに変換するモータとを有する閉回路と、
    前記閉回路内の流体の圧力を検知する圧力センサと、
    前記閉回路に流体を補充する可変チャージポンプと、
    前記圧力センサにより検知された前記閉回路内の流体の前記圧力に基づいて前記可変チャージポンプの容量を制御するコントローラとを備えた、作業機械。
  2. 前記コントローラは、前記圧力センサにより検知された流体の前記圧力に基づいて前記可変チャージポンプの容量を無段階で変化するように制御する、請求項1に記載の作業機械。
  3. 前記コントローラは、前記圧力センサにより検知された流体の前記圧力が第1圧力であるときには前記可変チャージポンプの容量を第1容量とし、前記圧力センサにより検知された流体の前記圧力が前記第1圧力より小さい第2圧力であるときには前記可変チャージポンプの容量を前記第1容量よりも少ない第2容量とするように制御する、請求項1または請求項2に記載の作業機械。
  4. 前記動力源の回転数を検知する回転センサをさらに備え、
    前記コントローラは、前記回転センサにより検知された前記動力源の前記回転数と前記圧力センサにより検知された流体の前記圧力とに基づいて前記可変チャージポンプの容量を制御する、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の作業機械。
  5. 前記コントローラは、前記作業機械の牽引力に基づいて前記可変チャージポンプの最低容量を設定する、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の作業機械。
  6. 前記閉回路は、前記ポンプと前記モータとを繋ぐ第1流路と、前記ポンプと前記モータとを繋ぎかつ前記第1流路と異なる第2流路とを有し、
    前記圧力センサは、前記第1流路における流体の圧力を検知する第1圧力センサと、前記第2流路における流体の圧力を検知する第2圧力センサとを含む、請求項5に記載の作業機械。
  7. 前記作業機械の傾斜角度を検知する傾斜角度センサをさらに備え、
    前記コントローラは、前記傾斜角度センサにより検知された前記作業機械の前記傾斜角度に基づいて前記可変チャージポンプの最低容量を設定する、請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の作業機械。
  8. 前記作業機械の走行における前進、後進および中立のいずれかの状態を選択する走行レバーをさらに備え、
    前記コントローラは、前記走行レバーの選択状態に基づいて前記可変チャージポンプの最低容量を設定する、請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の作業機械。
  9. 作業具と、
    前記作業具を駆動するアクチュエータとをさらに備え、
    前記可変チャージポンプは、前記アクチュエータの駆動回路にパイロット圧を与えるよう接続されている、請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の作業機械。
  10. 前記パイロット圧を検知するパイロット圧センサをさらに備え、
    前記コントローラは、前記パイロット圧センサにより検知された前記パイロット圧に基づいて前記可変チャージポンプの最低容量を設定する、請求項9に記載の作業機械。
  11. 動力源と、前記動力源の駆動力を流体のエネルギーに変換するポンプおよび前記ポンプに変換された流体のエネルギーを駆動エネルギーに変換するモータを有する閉回路とを有する作業機械の制御方法であって、
    前記閉回路内の流体の圧力を検知する工程と、
    前記閉回路に流体を補充する可変チャージポンプの容量を、検知された前記閉回路内の流体の前記圧力に基づいて制御する工程とを備えた、作業機械の制御方法。
  12. 前記可変チャージポンプの容量を制御する工程において、検知された流体の前記圧力に基づいて前記可変チャージポンプの容量を無段階で変化するように制御する、請求項11に記載の作業機械の制御方法。
  13. 前記可変チャージポンプの容量を制御する工程において、検知された流体の前記圧力が第1圧力であるときには前記可変チャージポンプの容量を第1容量とし、検知された流体の前記圧力が前記第1圧力より小さい第2圧力であるときには前記可変チャージポンプの容量を前記第1容量よりも少ない第2容量とするように制御する、請求項11または請求項12に記載の作業機械の制御方法。
  14. 前記動力源の回転数を検知する工程をさらに備え、
    前記可変チャージポンプの容量を制御する工程において、検知された前記動力源の前記回転数と検知された流体の前記圧力とに基づいて前記可変チャージポンプの容量を制御する、請求項11から請求項13のいずれか1項に記載の作業機械の制御方法。
  15. 前記作業機械の牽引力を検知する工程をさらに備え、
    前記可変チャージポンプの容量を制御する工程において、検知された前記作業機械の前記牽引力に基づいて前記可変チャージポンプの最低容量を設定する、請求項11から請求項14のいずれか1項に記載の作業機械の制御方法。
  16. 前記閉回路は、前記ポンプと前記モータとを繋ぐ第1流路と、前記ポンプと前記モータとを繋ぎかつ前記第1流路と異なる第2流路とを有し、
    前記閉回路内の流体の前記圧力を検知する工程は、前記第1流路における流体の圧力と前記第2流路における流体の圧力との少なくとも一方を検知する工程を含む、請求項15に記載の作業機械の制御方法。
  17. 前記作業機械の傾斜角度を検知する工程をさらに備え、
    前記可変チャージポンプの容量を制御する工程において、検知された前記作業機械の前記傾斜角度に基づいて前記可変チャージポンプの最低容量を設定する、請求項11から請求項16のいずれか1項に記載の作業機械の制御方法。
  18. 前記作業機械の走行における前進、後進およびニュートラルのいずれかの走行状態を検知する工程をさらに備え、
    前記可変チャージポンプの容量を制御する工程において、検知された前記走行状態に基づいて前記可変チャージポンプの最低容量を設定する、請求項11から請求項17のいずれか1項に記載の作業機械の制御方法。
  19. 前記作業機械は、作業具と、前記作業具を駆動するアクチュエータとをさらに有し、
    前記可変チャージポンプは、前記アクチュエータの駆動回路にパイロット圧を与えるよう接続されており、
    前記パイロット圧を検知する工程をさらに備え、
    前記可変チャージポンプの容量を制御する工程において、検知された前記パイロット圧に基づいて前記可変チャージポンプの最低容量を設定する、請求項11から請求項18のいずれか1項に記載の作業機械の制御方法。
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