JP5185093B2 - 作業車両の油圧システムおよび油圧システムの制御方法 - Google Patents

Description

本発明は作業車両の油圧システムおよび油圧システムの制御方法に関する。

従来、特許文献１や特許文献２に示されるように２つの油圧ポンプの合流と分流とを切り換えることにより、動力のロスを減らすことができる油圧システムが考案されている。この油圧システムは、小容量高圧ポンプと、高容量低圧ポンプと、クラッチ回路と、潤滑回路とを備えている。クラッチ回路は、トランスミッションのクラッチを切り換えるための作動油を供給する。潤滑回路は、トランスミッションを潤滑するための作動油を供給する。また、クラッチ回路と潤滑回路との間には優先弁が設けられている。そして、クラッチ作動時には優先弁が作動することによって、高容量低圧ポンプからの作動油が小容量高圧ポンプからの作動油と合流してクラッチ回路に供給される。また、クラッチ作動が完了すると、優先弁が切り換えられて、高容量低圧ポンプからの作動油はクラッチ回路に供給され、小容量高圧ポンプからの作動油は潤滑回路に供給される。
実開平５−２７４２３号公報 特開２００７−１７７８６８号公報

クラッチに作動油が供給される場合、クラッチへの作動油の充填（以下、「フィル」と呼ぶ）を早期に完了させるために、比較的大流量で作動油の供給が開始される。次に、フィル完了の前に作動油の流量が低減され、フィル完了後にはクラッチ圧が所望の態様で増大するようにモジュレーションが行われる。そして、クラッチ圧が所定の設定圧に達すると、クラッチ作動が完了する。

ここで、上記の従来技術では、クラッチへの作動油の供給開始からクラッチ作動の完了まで、常に、高容量低圧ポンプからの作動油が小容量高圧ポンプからの作動油と合流してクラッチ回路に供給されている。従って、上記従来の技術では、クラッチ圧が所定の設定圧に達するまでは高容量低圧ポンプからの作動油と小容量高圧ポンプからの作動油とが合流してクラッチ回路に供給される。従って、高容量低圧ポンプとしては、所定の設定圧を吐出し得るものを選ぶ必要がある。確かに、クラッチへの作動油の供給が開始されてからフィル完了までは、フィルを早期に完了させるために、大流量の作動油が必要である。しかし、フィル完了からクラッチ作動の完了までは、クラッチに供給される作動油は十分に高圧であることは必要であるが、必ずしも大流量である必要はない。上記の従来技術では、クラッチへの作動油の供給開始からクラッチ作動の完了まで常に大流量の作動油が供給されるため、作動油の無駄な供給が生じることになる。このため、動力のロスが発生することになる。

本発明は、動力のロスを低減することができ、高容量低圧ポンプとしてより低圧のものを用いることができる作業車両の油圧システムおよび油圧システムの制御方法を提供することにある。

第１発明に係る作業車両の油圧システムは、エンジンと、第１油圧ポンプおよび第２油圧ポンプと、高圧回路と、低圧回路と、合分流切換弁と、フィル完了検知部と、制御部とを備える。第１油圧ポンプおよび第２油圧ポンプは、エンジンによって駆動され、作動油を吐出する。高圧回路は、油圧クラッチを含む油圧回路である。低圧回路は、高圧回路よりも低圧の作動油が供給される油圧回路である。合分流切換弁は、分流状態と合流状態とに切り換えられる。分流状態では、第１油圧ポンプから吐出された作動油が高圧回路に供給され、且つ、第２油圧ポンプから吐出された作動油が低圧回路に供給される。合流状態では、第１油圧ポンプから吐出された作動油と第２油圧ポンプから吐出された作動油とが高圧回路に供給される。フィル完了検知部は、油圧クラッチへの作動油のフィル完了を検知する。制御部は、油圧クラッチへの作動油の供給開始からフィル完了が検知されるまでは合分流切換弁を合流状態にする。そして、制御部は、フィル完了が検知された後は合分流切換弁を分流状態にする。

この油圧システムでは、油圧クラッチへの作動油の供給開始からフィル完了が検知されるまでは合分流切換弁が合流状態に保持される。これにより、第１油圧ポンプと第２油圧ポンプとから吐出された大流量の作動油が高圧回路に供給される。そして、フィル完了が検知されると合分流切換弁が分流状態に切り換えられる。これにより、第２油圧ポンプからの作動油は低圧回路に供給されると共に、第１油圧ポンプからの作動油は高圧回路に供給される。このため、油圧クラッチに供給される作動油の流量が抑えられ、作動油の無駄な供給を抑えることができる。その結果、エンジンの燃費を向上させることができる。

第２発明に係る作業車両の油圧システムの制御方法は、エンジンと、第１油圧ポンプおよび第２油圧ポンプと、高圧回路と、低圧回路と、合分流切換弁と、フィル完了検知部とを備える油圧システムの制御方法である。第１油圧ポンプおよび第２油圧ポンプは、エンジンによって駆動され、作動油を吐出する。高圧回路は、油圧クラッチを含む油圧回路である。低圧回路は、高圧回路よりも低圧の作動油が供給される油圧回路である。合分流切換弁は、分流状態と合流状態とに切り換えられる。分流状態では、第１油圧ポンプから吐出された作動油が高圧回路に供給され、且つ、第２油圧ポンプから吐出された作動油が低圧回路に供給される。合流状態では、第１油圧ポンプから吐出された作動油と第２油圧ポンプから吐出された作動油とが高圧回路に供給される。フィル完了検知部は、油圧クラッチへの作動油のフィル完了を検知する。そして、この油圧システムの制御方法は、合分流切換弁を合流状態として油圧クラッチへの作動油の供給を開始するステップと、フィル検知部によってフィル完了が検知された後は合分流切換弁を分流状態にするステップと、を備える。

この制御方法では、油圧クラッチへの作動油の供給開始からフィル完了が検知されるまでは合分流切換弁が合流状態に保持される。これにより、第１油圧ポンプと第２油圧ポンプとから吐出された大流量の作動油が高圧回路に供給される。そして、フィル完了が検知されると合分流切換弁が分流状態に切り換えられる。これにより、第２油圧ポンプからの作動油は低圧回路に供給されると共に、第１油圧ポンプからの作動油は高圧回路に供給される。このため、油圧クラッチに供給される作動油の流量が抑えられ、作動油の無駄な供給を抑えることができる。その結果、エンジンの燃費を向上させることができる。

本発明は、油圧クラッチへの作動油の無駄な供給を抑えることができ、動力のロスを低減させることができるとともに、高容量低圧ポンプとして低圧のものを用いることができる。

〔油圧システムの構成〕
本発明の一実施形態に係る油圧システムを図１に示す。この油圧システムは、例えばブルドーザやダンプトラックなどの作業車両に搭載されるものであり、エンジン２と、第１油圧ポンプ３および第２油圧ポンプ４と、クラッチ回路５と、潤滑回路６と、合分流切換回路７と、リリーフ弁８と、コントローラ９とを備えている。

エンジン２は、例えば、ディーゼル式のエンジンであり、図示しない燃料噴射装置からの燃料の噴射量が制御されることにより、出力トルクと回転数とが制御される。なお、エンジン２の回転数は、エンジン回転数センサ１２により検出され、コントローラ９に検出信号として送られる。

第１油圧ポンプ３および第２油圧ポンプ４は、エンジン２によって駆動され、作動油を吐出する。第１油圧ポンプ３および第２油圧ポンプ４は、エンジン２の回転数に応じて作動油の吐出量を変化させる固定容量型の油圧ポンプである。第１油圧ポンプ３の吐出容量は第２油圧ポンプ４の吐出容量よりも小さい。また、第１油圧ポンプ３は第２油圧ポンプ４に比べ、より高圧の圧油を吐出することができる。

クラッチ回路５は、トランスミッション（図示せず）のクラッチ１３を含む回路であり、例えば、特開２００１−３４３０３２に示されている回路を用いることができる。クラッチ回路５は、作動油を所望の圧力に制御してクラッチ１３に供給することができる。また、クラッチ回路５は、クラッチ１３から油を回収してタンク１４に排出することができる。なお、この油圧システムでは、前進、後進、および、複数の速度段に対応して複数のクラッチ回路が設けられているが、図１では、１つのクラッチ回路５のみを図示している。クラッチ回路５は、クラッチ１３と、圧力制御弁１５と、電磁制御弁１６とを備える。

圧力制御弁１５は、クラッチ１３に供給される油圧（以下「クラッチ圧」と呼ぶ）を制御するための装置である。圧力制御弁１５は、入力流路１１と出力流路１７とドレン流路１８とに接続されている。入力流路１１は後述する第１流路１９に接続されている。出力流路１７はクラッチ１３に接続されている。ドレン流路１８はタンク１４に接続されている。圧力制御弁１５は、後述する電磁比例弁１６に接続するパイロット流路２１のパイロット圧の大きさに応じて入力流路１１の油圧を調整して出力流路１７へと導く。すなわち、圧力制御弁１５は、入力されるパイロット圧に応じてクラッチ圧を変化させる。なお、圧力制御弁１５にパイロット圧が供給されていない状態では、圧力制御弁１５は、出力流路１７とドレン流路１８とを接続する。これにより、クラッチ１３から作動油が排出されタンク１４に回収される。なお、圧力制御弁１５のパイロットポートにはパイロット流路２１が接続されている。

電磁制御弁１６は、圧力制御弁１５に入力されるパイロット圧を制御するための装置である。電磁制御弁１６は、絞り３４を介して入力流路１１に接続されている。電磁制御弁１６と絞り３４との間には、上述したパイロット流路２１が接続されている。また、電磁制御弁１６は、ドレン流路３３を介してタンク１４に接続されている。電磁制御弁１６は、入力流路１１とドレン流路３３とを接続する接続状態と、入力流路１１とドレン流路３３とを遮断する遮断状態との間で切り換え可能である。電磁制御弁１６は、コントローラ９から入力される指令電流の大きさに応じて、接続状態と遮断状態との間で切り換えられる。これにより、電磁制御弁１６は、指令電流に応じて、パイロット流路２１に供給されるパイロット圧を制御することができる。

また、クラッチ回路５には、圧力スイッチ２２が設けられている。圧力スイッチ２２は、クラッチ圧が所定の設定圧に達したときに、検知信号をコントローラ９に出力する。設定圧としては、クラッチ１３への作動油のフィル完了時の圧力（フィル圧）に相当する値が設定されている。従って、圧力スイッチ２２は、フィル完了を検知して、コントローラ９に検知信号を出力する。

潤滑回路６は、トルクコンバータ２３を含み、トルクコンバータ２３を駆動するための作動油をトルクコンバータ２３に供給する。

合分流切換回路７は、合分流切換弁２４と電磁切換弁２５とを有する。

合分流切換弁２４は、合流状態と分流状態とに切換可能な弁である。合分流切換弁２４は、合流状態では、第１流路１９と第２流路２６とを接続する。第１流路１９は、第１油圧ポンプ３とクラッチ回路５の入力流路１１とを接続する流路である。第２流路２６は、第２油圧ポンプ４と接続された流路である。このため、合分流切換弁２４が合流状態である場合には、第１油圧ポンプ３から吐出された作動油と第２油圧ポンプ４から吐出された作動油とが合流してクラッチ回路５に供給される。また、合分流切換弁２４は、分流状態では、第２流路２６と第３流路２７とを接続する。第３流路２７は、トルクコンバータ２３を介して潤滑回路６に接続された流路である。このため、合分流切換弁２４が分流状態である場合には、第１油圧ポンプ３から吐出された作動油は第１流路１９へ流れ、且つ、第２油圧ポンプ４から吐出された作動油は第２流路２６を介して第３流路２７へ流れる。すなわち、第１油圧ポンプ３から吐出された作動油はクラッチ回路５に供給され、第２油圧ポンプ４から吐出された作動油は潤滑回路６に供給される。なお、第２流路２６は、逆止弁３１を介して第１流路１９と接続されている。逆止弁３１は、第２流路２６から第１流路１９へ向かう作動油の流れを許容するが、第１流路１９から第２流路２６へ向けては作動油が流れないように構成されている。合分流切換弁２４は、パイロット流路２８を介して作動油が供給されてパイロット圧を印可されることにより合流状態から分流状態へと切り換えられる。また、合分流切換弁２４は、パイロット圧が印可されていない状態では、バネの付勢力により合流状態に維持される。なお、パイロット流路２８は、合分流切換弁２４のパイロットポートと、電磁切換弁２５とに接続されている。また、パイロット流路２８は、絞り３２を介して第１流路１９に接続されている。

電磁切換弁２５は、ドレン流路１８とパイロット流路２８とに接続されている。電磁切換弁２５が開状態である場合には、ドレン流路１８とパイロット流路２８とが接続される。この場合、パイロット流路２８はドレン流路１８を介してタンク１４に接続される。このため、パイロット流路２８には油圧が立たず、合分流切換弁２４にはパイロット圧が印加されない。電磁切換弁２５が閉状態である場合には、パイロット流路２８とドレン流路１８との間は遮断される。この場合、パイロット流路２８には所定のパイロット圧が発生し、合分流切換弁２４にパイロット圧が印加される。

なお、パイロット流路２８には、圧力スイッチ２９が設けられている。圧力スイッチ２９は、パイロット圧が所定の設定圧に達した場合に検知信号をコントローラ９に出力する。この設定圧は、合分流切換弁２４がバネの付勢力に抗して分流状態に切り換えられる場合のパイロット圧に相当している。従って、圧力スイッチ２９は、合分流切換弁２４の切換状態を検知して、検知信号としてコントローラ９に出力する。

リリーフ弁８は、第１流路１９と第３流路２７とに接続されている。リリーフ弁８は、第１流路１９を流れる作動油が所定のリリーフ圧以下の場合には第１流路１９と潤滑回路６との間を遮断する。また、リリーフ弁８は、第１流路１９を流れる作動油がリリーフ圧よりも高い場合には、第１流路１９と潤滑回路６との間を開いて、第１流路１９の作動油を潤滑回路６へ流す。これにより、リリーフ弁８は、第１流路１９を流れる作動油の圧力を所定の高圧力に補償した上で潤滑回路６にも作動油を供給する役割を果たす。これにより、クラッチ回路５には比較的高圧の作動油が供給され、潤滑回路６には比較的低圧の作動油が供給される。

コントローラ９は、ＣＰＵなどの演算装置やＲＡＭやＲＯＭなどの記憶装置によって構成されている。コントローラ９は、電磁制御弁１６および電磁切換弁２５に指令電流を送ることにより、電磁制御弁１６および電磁切換弁２５を制御する。

コントローラ９は、電磁制御弁１６を制御することにより、パイロット流路２１に供給されるパイロット圧を制御することができ、その結果、圧力制御弁１５に供給されるパイロット圧を制御することができる。これにより、コントローラ９は、圧力制御弁１５を制御することができる。

また、コントローラ９は、電磁切換弁２５を制御することにより、パイロット流路２８に供給されるパイロット圧を制御することができ、その結果、合分流切換弁２４に供給されるパイロット圧を制御することができる。これにより、コントローラ９は、合分流切換弁２４の合流状態と分流状態との切換を制御することができる。

〔クラッチ１３の切換時の制御〕
以下、コントローラ９によって実行されるクラッチ１３の切換時の制御について図２および図３に基づいて説明する。図２は、クラッチ１３の切換時の制御内容を示すフローチャートである。図３（ａ）は、クラッチ１３の切換時の電磁制御弁１６への指令電流の変化を示すタイミングチャートである。図３（ｂ）は、クラッチ１３の切換時のクラッチ圧の変化を示すタイミングチャートである。図３（ｃ）は、クラッチ１３の切換時の合分流切換弁２４の切換を示すタイミングチャートである。

まず、ステップＳ１において、変速指令が発生したか否かが判定される。変速指令は、
車速やエンジン回転数に応じてコントローラ９がトランスミッションの速度段の切換を決定した場合や、オペレータが図示しない変速操作部材を操作して手動で変速を指示した場合に発生する。変速指令が発生すると、ステップＳ２に進む。

ステップＳ２では、合分流切換弁２４が合流状態であるのか否かが判定される。合分流切換弁２４が合流状態である場合にはステップＳ４に進む。合分流切換弁２４が合流状態ではない場合、すなわち、分流状態である場合には、ステップＳ３に進む。

ステップＳ３では、合分流切換弁２４が合流状態に切り換えられる。ここでは、コントローラ９からの指令信号により電磁切換弁２５が開状態に切り換えられる。これにより、図３（ｃ）の時点ｔ１に示すように、合分流切換弁２４が、分流状態から合流状態に切り換えられる。

ステップＳ４では、トリガ指令が出力される。ここでは、図３（ａ）の時点ｔ１に示すように、コントローラ９から電磁制御弁１６に所定のトリガ指令値Ｉ１の指令電流が出力される。このトリガ指令は、時点ｔ１から時点ｔ２まで維持される。これにより、時点ｔ１から時点ｔ２までの間には、比較的大流量の作動油がクラッチ１３に供給され、図３（ｂ）に示すようにクラッチ圧がやや増大する。ただし、この時点ではクラッチ１３の油室がまだ充満されていないため、クラッチ圧は後述するクラッチ設定圧Ｐ３より低くなる。

ステップＳ５では、指令電流が低減される。ここでは、トリガ指令の出力開始から所定時間が経過した時点ｔ２において、指令電流が所定の設定電流値Ｉ２に低減される。そして、ステップＳ６においてフィル完了が検知されるまで、指令電流が設定電流値Ｉ２に維持される。これにより、クラッチ１３に供給される作動油の流量が絞られ、図３（ｂ）に示すように、クラッチ圧は時点ｔ１から時点ｔ２までの間よりも小さくなる。。

ステップＳ６では、フィル完了が検知されたか否かが判定される。ここでは、油圧スイッチ２２の検知信号に基づいてフィルが完了したか否かが判定される。図３（ｂ）の時点ｔ３に示すように、クラッチ圧が所定のフィル圧Ｐ２に達した場合に、圧力スイッチ２２から検知信号が出力され、フィル完了が検知される。フィル完了が検知された場合には、ステップＳ７に進む。

ステップＳ７では、合分流切換弁２４が分流状態に切り換えられる。ここでは、コントローラ９からの指令信号により、電磁切換弁２５が閉状態に切り換えられる。これにより、パイロット流路２８を介して所定のパイロット圧が合分流切換弁２４に印加され、図３（ｃ）の時点ｔ３に示すように、合分流切換弁２４が、合流状態から分流状態に切り換えられる。

ステップＳ８では、モジュレーションが開始される。ここでは、クラッチ圧がフィル圧Ｐ２から所定のクラッチ設定圧Ｐ３に達するまで、所定の態様で増大するように圧力制御弁１５が制御される。具体的には、図３（ａ）の時点ｔ３から時点ｔ４に示すように、指令電流が設定電流値Ｉ２からＩ３まで徐々に増大される。そして、時点ｔ４において、クラッチ圧がクラッチ設定圧Ｐ３に達して、クラッチ１３の切り替えが完了する。

〔特徴〕
この油圧システムでは、変速指令が発生したときに、第１油圧ポンプ３からの作動油と第２油圧ポンプ４からの作動油とを合流させることにより、大流量の作動油がクラッチ回路５に供給される。これにより、早期にフィルを完了させることができ、クラッチ１３の切換のレスポンスを向上させることができる。そして、フィル完了が検知されると、第１油圧ポンプ３からの作動油と第２油圧ポンプ４からの作動油とが分流されて、第１油圧ポンプ３からの作動油のみがクラッチ回路５に供給される。フィル完了後は、クラッチ１３に作動油が充填された状態となっているため、作動油の流量が低下してもクラッチ１３の切換のレスポンスが低下する恐れは少ない。このため、従来の油圧システムと比べて、無駄な作動油の供給を抑えることができる。その結果、エンジンの燃費を向上させることができる。

また、この油圧システムでは、フィル完了が検知されてクラッチ圧をクラッチ設定圧Ｐ３に向けて徐々に増加させる時点においては、分流状態とされ、第２ポンプ４に接続する第２流路２６はクラッチ回路５の入力流路１１とは分離される。このため、第２油圧ポンプ４としてより低圧のものを使用することができる。

〔他の実施形態〕
（ａ）上記の実施形態では、油圧クラッチとしてトランスミッションの変速用クラッチが例示されているが、トルクコンバータ２３のロックアップクラッチに本発明が用いられてもよい。

（ｂ）上記の実施形態では、低圧回路として潤滑回路６が例示されているが、クラッチ回路５よりも低圧の作動油が供給される他の回路が用いられてもよい。

（ｃ）上記の実施形態では、クラッチ回路として、パイロット流路２１のパイロット圧により圧力制御弁１５を制御するパイロットオペレート型のものを例示したが、特許第２７４５１２８号や実用新案登録第２６０６１３８号に示すような、比例ソレノイド弁により直接圧力クラッチ圧の制御を行う回路に適用しても良い。

（ｄ）上記の実施形態では、クラッチ回路のフィル完了検知部として油圧スイッチ２２が例示されているが、油圧センサなどの他の検知手段が用いられてもよい。また、クラッチ１３の入力側回転数と出力側回転数とを検知するセンサが用いられ、入力側回転数と出力側回転数との比に基づいてフィル完了が検知されてもよい。また、特開２００３−８３４２８や特許第２７４５１２８号に示すように、流量検出弁によりフィル完了が検知されても良い。

本発明は、燃費を向上させることができる効果を有し、作業車両の油圧システムとして有用である。

油圧システムの構成を示す油圧回路図。 油圧システムにおける制御内容を示すフローチャート。 クラッチの切換時の指令電流、クラッチ圧、および、合分流切換弁の状態の変化を示すタイミングチャート。

符号の説明

２ エンジン
３ 第１油圧ポンプ
４ 第２油圧ポンプ
５ クラッチ回路（高圧回路）
６ 潤滑回路（低圧回路）
９ コントローラ（制御部）
２２ 油圧スイッチ（フィル完了検知部）
２４ 合分流切換弁

Claims (2)

1. エンジンと、
   前記エンジンによって駆動され、作動油を吐出する第１油圧ポンプ及び第２油圧ポンプと、
   油圧クラッチを含む高圧回路と、
   前記高圧回路よりも低圧の作動油が供給される低圧回路と、
   前記第１油圧ポンプから吐出された作動油が前記高圧回路に供給され、且つ、前記第２油圧ポンプから吐出された作動油が前記低圧回路に供給される分流状態と、前記第１油圧ポンプから吐出された作動油と前記第２油圧ポンプから吐出された作動油とが前記高圧回路に供給される合流状態とに切り換えられる合分流切換弁と、
   前記油圧クラッチへの作動油のフィル完了を検知するフィル完了検知部と、
   前記油圧クラッチへの作動油の供給開始からフィル完了が検知されるまでは前記合分流切換弁を前記合流状態とし、フィル完了が検知された後は前記合分流切換弁を分流状態にする制御部と、
   を備える作業車両の油圧システム。
2. エンジンと、前記エンジンによって駆動され、作動油を吐出する第１油圧ポンプ及び第２油圧ポンプと、油圧クラッチを含む高圧回路と、前記高圧回路よりも低圧の作動油が供給される低圧回路と、前記第１油圧ポンプから吐出された作動油が前記高圧回路に供給され、且つ、前記第２油圧ポンプから吐出された作動油が前記低圧回路に供給される分流状態と、前記第１油圧ポンプから吐出された作動油と前記第２油圧ポンプから吐出された作動油とが前記高圧回路に供給される合流状態とに切り換えられる合分流切換弁と、前記油圧クラッチへの作動油のフィル完了を検知するフィル完了検知部と、を備える作業車両の油圧システムの制御方法であって
   前記合分流切換弁を合流状態として前記油圧クラッチへの作動油の供給を開始するステップと、
   前記フィル検知部によってフィル完了が検知された後は前記合分流切換弁を分流状態にするステップと、
   を備える作業車両の油圧システムの制御方法。

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