JP3517817B2 - 油圧パイロット回路 - Google Patents

油圧パイロット回路

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、複数個の油圧切換
弁をパイロット油によって切換操作する複数個のパイロ
ット弁を備える油圧パイロット回路に関する。
【0002】
【従来の技術】複数個の油圧アクチュエータを具備する
例えば油圧ショベルは、典型的なアクチュエータとし
て、作業機の油圧シリンダ、上部旋回体の旋回油圧モー
タ、下部走行体の走行油圧モータ等を備えている。これ
らの油圧アクチュエータは、エンジンで駆動されるアク
チュエータ用ポンプからの吐出油が、油圧切換弁よって
切換操作され油圧アクチュエータに送給されることによ
って作動させられる。
【0003】この油圧切換弁の典型的な切換手段として
は、パイロット弁によって、パイロット油を油圧切換弁
の弁スプール端部に与えて弁スプールを摺動操作する、
いわゆるパイロット操作が行われている。油圧切換弁を
手動で直接操作しないでパイロット操作することによ
り、操作力が軽減され、また油圧切換弁を遠隔操作する
ことができるので、油圧ショベル、クレーン車等におい
て多用されている。この油圧パイロット操作のための油
圧パイロット回路の構成を説明すると、 (1)パイロット油は、アクチュエータ用ポンプとは別
の、エンジンで駆動される例えばギヤポンプのような固
定容量の専用のパイロットポンプで生成吐出される。 (2)吐出されたパイロット油の圧力は、油圧切換弁等
を操作するために必要なパイロット圧力に、リリーフ弁
によって設定保持されている。 (3)複数個の油圧アクチュエータの各々に対応して複
数個の油圧切換弁が、そして複数個の油圧切換弁の各々
に対応して複数個のパイロット弁が設けられている。油
圧アクチュエータを有するアタッチメント等が追加され
ると、追加された油圧アクチュエータ用の油圧切換弁及
びパイロット弁が増設される。 (4)パイロットポンプの吐出油量は、複数個のパイロ
ット弁を同時に操作しても、またパイロット弁を随意の
緩急速さで操作しても、パイロット弁に供給されるパイ
ロット油量に不足が生じないように、できるだけ吐出容
量の大きなパイロットポンプが採用されている。ただ
し、パイロット弁が増設され数が増えた場合は不足を生
じるため、大きな吐出量ポンプに変更する必要な場合が
ある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上述したとおりの形態
の従来の油圧パイロット回路には、次のような解決すべ
き問題があった。 (1)パイロット弁が操作されないときにはパイロット
油は全てリリーフ弁を介してタンクに戻される。そのた
めに、圧力エネルギーを持ったパイロット油は熱に変わ
り作動油の温度が上昇する。油圧アクチュエータの数を
増すために、また油圧アクチュエータの作動応答を良く
するために、吐出容量の大きいパイロットポンプに変更
してパイロット油量が増加されると、発熱量は更に増加
し、作動油を冷却するためのオイルクーラーの負担が増
加する。また、パイロットポンプを駆動するエンジンの
燃料消費も増加する。 (2)アタッタチメント等の増設のために油圧切換弁を
追加した場合、複数個の油圧切換弁が同時に操作される
機会、頻度が増えるため、それぞれの油圧切換弁に流れ
るパイロット弁からのパイロット油が既設のパイロット
ポンプでは不足して、油圧切換弁の操作性(応答性)が
悪くなる。
【0005】本発明は上記事実に鑑みてなされたもの
で、その技術的課題は、(1)作動油の発熱を減少し、
また、(2)パイロット弁が増設され複数個同時に操作
されても、パイロット弁にパイロット油が充分に供給さ
れて操作性が損なわれない、油圧パイロット回路を提供
することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明においては、上記
技術的課題を解決するために、油圧パイロット回路を次
のように構成する。 (1)パイロットポンプとして可変容量ポンプを採用す
る。 (2)油圧パイロット弁の操作状態を操作検出手段で検
出し、その操作状態から油圧切換弁を操作するのに必要
なパイロットポンプ吐出油量をコントローラによって演
算し、必要な最少限の油量のみをパイロットポンプが吐
出する。
【0007】すなわち、本発明によれば、上記技術的課
題を解決する油圧パイロット回路として、油圧パイロッ
ト回路と、該油圧パイロット回路によって操作される複
数個の油圧切換弁と、該油圧切換弁によって操作される
複数個の油圧アクチュエータと、該油圧アクチュエータ
を駆動するための圧油を吐出するアクチュエータ用ポン
プとを備える油圧アクチュエータの操作システムにおけ
る、油圧パイロット回路であって、 該油圧パイロット回
路は、パイロット油を吐出するためのパイロットポンプ
と、該パイロット油を制御して供給することによって
複数個の油圧切換弁を切換操作する複数個のパイロット
弁とを具備し、該パイロットポンプは、可変容量ポンプ
で構成され、該油圧パイロット回路は、該複数個のパイ
ロット弁の各々の操作状態を検出する操作検出手段と、
該操作検出手段からの検出信号に基づいて必要なパイロ
ット油量を演算し容量指令信号として該可変容量ポンプ
へ出力するコントローラとを備えている、ことを特徴と
する油圧パイロット回路が提供される。
【0008】好適実施形態においては、該操作検出手段
は、該パイロット弁の操作レバーの操作角度を検出する
のが好都合である。
【0009】本発明による油圧パイロット回路において
は、 (1)複数個のパイロット弁の操作状態(操作されるパ
イロット弁の数、パイロット弁の開度)が操作検出手段
によって検出される。 (2)コントローラによって必要なパイロット油量が演
算され、パイロットポンプの可変容量機構に必要吐出量
が指令される。 (3)パイロットポンプの可変容量機構が働いて指令さ
れた油量がパイロットポンプから吐出される。したがっ
て、必要最少限のパイロット油量が保持されるので、作
動油の発熱、エンジンの燃料消費量の増加を抑えること
ができ、また操作性(応答性)を改善することができ
る。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明に従って構成された
油圧パイロット回路の好適実施形態を図示している添付
図面を参照して、更に詳細に説明する。
【0011】図1を参照して、複数個の油圧アクチュエ
ータを具備する油圧ショベルによって実施の形態を説明
すると、油圧ショベルの油圧アクチュエータの操作シス
テムは、全体を番号2で示す油圧パイロット回路と、油
圧パイロット回路2によって操作される複数個の油圧切
換弁4と、油圧切換弁4によって操作される複数個の油
圧アクチュエータ6と、油圧アクチュエータ6を駆動す
るための圧油を吐出するアクチュエータ用ポンプ8とを
備えている。
【0012】油圧パイロット回路2は、エンジン9によ
って回転駆動されてパイロット油を吐出する可変容量の
パイロットポンプ10と、パイロット油を制御して供給
することによって複数個の油圧切換弁4を切換操作する
複数個のパイロット弁14とを備えている。油圧パイロ
ット回路2には、更にパイロット回路の圧力を規定する
リリーフ弁20と、複数個のパイロット弁14の操作状
態によってパイロットポンプ10の吐出油量を演算しパ
イロットポンプ10に指令するコントローラ18とを含
んでいる。パイロットポンプ10からの吐出油は、油路
30によってリリーフ弁20に接続され、リリーフ弁2
0を介してタンク22に戻される。かくして油路30に
は規定のパイロット圧力が保持される。油路30は、複
数個のパイロット弁14の各々に接続されている。ま
た、リリーフ弁20とタンク22との間には作動油を冷
却するためのオイルクーラ21が設けられている。
【0013】複数個の油圧アクチュエータ6は、作業機
の油圧シリンダである一対のブームシリンダ6a、6
a、アームシリンダ6b、バケットシリンダ6cと、上
部旋回体の旋回モータ6dと、下部走行体の左右一対の
走行モータ6e、6fとを含んでいる。複数個の油圧ア
クチュエータ6の各々は、油路36によって複数個の油
圧切換弁4の対応する油圧切換弁に接続されている。複
数個の油圧切換弁4は、ブームシリンダ用油圧切換弁4
a、アームシリンダ用油圧切換弁4b、バケットシリン
ダ用油圧切換弁4c、旋回モータ用油圧切換弁4d、一
対の走行モータ用油圧切換弁4e、4fを含んでいる。
複数個の油圧切換弁4の各々にはアクチュエータ用ポン
プ8からの吐出油が供給されており、油圧切換弁4が操
作されない中立の状態においては、吐出油はタンク22
に流れている。複数個の油圧切換弁4の各々、油圧切換
弁4a、4b、4c、4d、4e、4fは、それ自体は
周知のパイロット作動の3位置のスプール弁で構成さ
れ、通常は油圧アクチュエータ6にアクチュエータ用ポ
ンプ8からの吐出油を流さない中立位置に保持され、弁
スプールの両端部の何れか一方にパイロット弁14から
のパイロット油が油路32を介して選択的に与えられる
と、油圧切換弁4が選択的に切り換えられ、油圧アクチ
ュエータ6へ作動油が供給される。
【0014】複数個のパイロット弁14は、ブームシリ
ンダ用油圧切換弁4aを操作するブーム用パイロット弁
14a、アームシリンダ用油圧切換弁4bを操作するア
ーム用パイロット弁14b、バケットシリンダ用油圧切
換弁4cを操作するバケット用パイロット弁14c、旋
回モータ用油圧切換弁4dを操作する旋回用パイロット
弁14d、走行モータ用油圧切換弁4e、4fをそれぞ
れ操作する走行用パイロット弁14e、14fを含んで
いる。複数個のパイロット弁14の各々、パイロット弁
14a、14b、14c、14d、14e、14fは、
それ自体は、周知の3位置スプール弁で構成され、弁ス
プールを操作する操作レバー16をその回動中心を中心
に所定の方向に選択的に揺動させて操作される。操作レ
バー16を操作しないときのパイロット弁14は、油圧
切換弁4にパイロットポンプ10からのパイロット油を
流さない中立位置に保持されている。操作レバー16を
操作することによってパイロット油は、複数個の油圧切
換弁4の対応する油圧切換弁に油路32を介して弁スプ
ールの両端部の何れか一方に選択的に供給される。操作
検出手段15は、回転角の変位を検出する周知のポテン
ショメータで構成されている。操作検出手段15は、操
作レバー16の回動中心に設けられ、操作レバー16の
中立位置からの角度変位を電気的に検出するように構成
されている。検出された角度変位信号はコントローラ1
8に出力される。すなわち、パイロット弁14が操作さ
れない状態においては、操作レバー16の中立位置から
の角度変位は0であり、操作されると操作の程度(弁の
開度)が角度変位として検出される。
【0015】可変容量ポンプであるパイロットポンプ1
0は、周知の、例えば吐出量が斜板の傾きを変えること
によって変更される斜板式ピストンポンプ11と、斜板
の傾きを制御する斜板制御器12とを有している。斜板
制御器12は、斜板の角度を変える制御シリンダ(図示
していない)と制御シリンダの伸縮を制御する油圧電磁
弁(図示していない)を含んでいる。油圧電磁弁が電気
信号によって操作されると、制御シリンダが作動して斜
板の傾斜角度が変更され、ピストンポンプのピストンス
トロークが変更されて吐出量が変更される。パイロット
ポンプ10の最大吐出量は、従来の固定容量のパイロッ
トポンプの最大吐出量よりも大きめに設定するのが好都
合である。
【0016】マイクロコンピュータで構成されるコント
ローラ18は、操作検出手段15からの検出信号に基づ
いて、複数個のパイロット弁14の中で操作されている
パイロット弁の数、そしてそのパイロット弁の開度か
ら、必要とするパイロットポンプ10の吐出量を演算し
て、斜板制御器12に容量指令信号を出力する。
【0017】上記のように構成された油圧パイロット回
路2の作用を説明すると、 (1)パイロットポンプ11から吐出されたパイロット
油は油路30に流れ、複数個のパイロット弁14(14
a、14b、14c、14d、14e、14f)が操作
されない中立の状態においては、パイロット油は油路3
0にパイロット圧力を維持した状態でリリーフ弁20、
オイルクーラー21を介してタンク22へ放出される。 (2)複数個のパイロット弁14の何れかのパイロット
弁の操作レバー16が操作されると、操作検出手段15
によって操作レバー16の操作状態(操作されているパ
イロット弁の数、パイロット弁の開度)が検出されてコ
ントローラ18に出力される。 (3)コントローラ18は、操作検出手段15の出力信
号に基づいて、必要とするパイロットポンプ10の吐出
量を演算し、斜板制御器12に容量指令信号を出力す
る。すなわち、複数個のパイロット弁14の中から1個
が操作される状態においては、容量指令信号としては、
パイロット油量が1個のパイロット弁に必要な油量とパ
イロット圧力を維持するための最少限の油量とを合わせ
た吐出量となるように出力される。複数個のパイロット
弁14の中から複数個のパイロット弁が同時に操作され
る状態においても同様に、容量指令信号としては、パイ
ロット油量が複数個のパイロット弁に必要な油量とパイ
ロット圧力を維持するための最少限の油量とを合わせた
吐出量となるように出力される。また、いずれの操作状
態においてもパイロット弁の開度によって、開度に比例
した吐出油量となるように容量指令信号は補正される。
なお、複数個のパイロット弁14の全てが中立位置にあ
りパイロット弁14が操作されない状態においては、容
量指令信号としては、パイロットポンプ10の吐出量が
パイロット弁14の操作に備えたパイロット圧力を維持
するスタンバイ状態の最少限の吐出量となるように出力
される。 (4)パイロットポンプ10は、コントローラ18から
出力された容量指令信号によって斜板制御器12の油圧
電磁弁が操作され、制御シリンダが作動させられて斜板
の傾斜角度が変更される。かくしてパイロットポンプ1
0の吐出量が変更される。 (5)操作されたパイロット弁14からのパイロット油
は、油路32を通り、対応する油圧切換弁4の選択され
た弁スプール端部に流入し、油圧切換弁4を切換える。
かくしてエンジン9で駆動されたアクチュエータ用ポン
プ8の吐出油は、油路34から油路36に流れ、複数個
の油圧アクチュエータ6の対応する油圧アクチュエータ
に流れ、油圧アクチュエータを作動させる。 (6)パイロット弁14の操作レバー16が中立の位置
に戻されると、油圧切換弁4への油路32を通るパイロ
ット油の流れが停止する。かくして操作されていた油圧
切換弁4は中立状態に戻り、作動していた油圧アクチュ
エータ6は停止する。他に操作されているパイロット弁
14がなければ、前述のように、パイロットポンプ10
の吐出量は、パイロット弁14の操作に備えたパイロッ
ト圧力を維持するスタンバイ状態の最少限の吐出量に設
定される。
【0018】上述のように構成された油圧パイロット回
路は、 (1)パイロット弁が操作されない中立の状態のときに
は、パイロットポンプの吐出油量は最少限に制御されリ
リーフ弁を通過する油量は最少限に抑えられるから、作
動油の発熱が減少される。パイロットポンプを駆動する
エンジンの燃料消費の増加は抑えられ、オイルクーラー
による作動油の冷却負担は軽減される。 (2)パイロットポンプからは、パイロット弁の同時に
操作される数及びパイロット弁の開度に応じた必要最少
限のパイロット油量が吐出されから、パイロット弁が増
設されてもパイロット油の不足による油圧切換弁の操作
不具合は防止され、操作性(応答性)は損なわれない。
【0019】以上、本発明を実施の形態に基づいて詳細
に説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定される
ものではなく、本発明の範囲内においてさまざまな変形
あるいは修正ができるものである。例えば、 (1)本実施の形態においては、パイロット弁の操作状
態を検出する操作検出手段として、パイロット弁の操作
レバーの操作角度が検出されているが、パイロット弁が
電磁操作弁であるときには、電磁操作弁を操作する電気
スイッチの断続を感知してパイロット弁の操作状態を検
出することができる。また、電気比例切換弁の場合は、
制御電気信号を直接感知、検出することができる。 (2)本実施の形態においては、油圧パイロット回路の
パイロット弁によって、油圧アクチュエータを操作する
油圧切換弁が制御されているが、パイロット弁によって
制御される油圧切換弁は、油圧アクチュエータを操作す
る油圧切換弁に限定されるものではなく、パイロット油
によって切換制御される圧力制御弁、流量制御弁、ロジ
ック弁、逆止弁、あるいは他の切換弁等にも適用できる
ことは多言を要しない。
【0020】
【発明の効果】本発明に従って構成された油圧パイロッ
ト回路によれば、(1)作動油の発熱を減少し、また
(2)パイロット弁が増設され同時に複数個操作されて
も操作性が損なわれない、油圧パイロット回路が提供さ
れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に従って構成された油圧パイロット回路
の実施の形態を含む油圧ショベルの油圧アクチュエータ
操作システムの概略図。
【符号の説明】
2:油圧パイロット回路 4(4a、4b、4c、4d、4e、4f):油圧切換
弁 6(6a、6b、6c、6d、6e、6f):油圧アク
チュエータ 10:パイロットポンプ(可変容量ポンプ) 11:斜板式ピストンポンプ 12:斜板制御器 14(14a、14b、14c、14d、14e、14
f):パイロット弁 15:操作検出手段 16:操作レバー 18:コントローラ

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 油圧パイロット回路と、該油圧パイロッ
    ト回路によって操作される複数個の油圧切換弁と、該油
    圧切換弁によって操作される複数個の油圧アクチュエー
    タと、該油圧アクチュエータを駆動するための圧油を吐
    出するアクチュエータ用ポンプとを備える油圧アクチュ
    エータの操作システムにおける、油圧パイロット回路で
    あって、 該油圧パイロット回路は、 パイロット油を吐出するため
    パイロットポンプと、該パイロット油を制御して供給
    することによって複数個の油圧切換弁を切換操作する
    複数個のパイロット弁とを具備し、 該パイロットポンプは、可変容量ポンプで構成され、該
    油圧パイロット回路は、該複数個のパイロット弁の各々
    の操作状態を検出する操作検出手段と、該操作検出手段
    からの検出信号に基づいて必要なパイロット油量を演算
    し容量指令信号として該可変容量ポンプへ出力するコン
    トローラとを備えている、ことを特徴とする油圧パイロ
    ット回路。
  2. 【請求項2】 該操作検出手段は、該パイロット弁の操
    作レバーの操作角度を検出することを特徴とする、請求
    1記載の油圧パイロット回路。
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