JP5380538B2 - 油圧駆動装置の作動油温制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、負荷変動の激しい油圧ショベルなどの建設機械に備えられる油圧駆動装置の作動油温制御装置に関する。
従来の油圧駆動装置の作動油温制御装置として、特許文献1に開示されたものがある。この従来技術は、エンジン、油圧ポンプ、油圧アクチュエータ、方向制御弁、作動油タンクへの戻り油路、及びこの戻り油路に設けられたオイルクーラを有する建設機械の油圧駆動装置に備えられ、戻り油路に設けられたオイルクーラをバイパスする非冷却油路と、この非冷却油路に設けられ当該非冷却油路を流れる作動油の流量を制御する流量制御弁、すなわち電磁開閉弁と、この電磁開閉弁を制御する制御信号を出力する制御部と、オイルクーラ上流の作動油温度を検出する温度センサとから構成され、温度センサで検出した油温に基づいて電磁開閉弁を制御するものである。電磁開閉弁の開閉によって冷却油路と非冷却油路の分流を変化させることで、オイルクーラの放熱量が制御される。
特許第3516984号公報
前述した従来技術は、作動油を昇温させるエネルギー要素と油温の変化とでタイムラグが生じるため、油圧ポンプの駆動等が変化した際に、作動油を昇温させるエネルギー要素と油温検出に基づいて制御されているオイルクーラの放熱量との間に差が生じ、冷却に過不足が生じてしまう。したがって油温を一定に保つことが難しい。このため、従来技術にあっては、油温の変化による作動油粘度の変化によって、油圧ポンプや油圧アクチュエータ等の作動が安定しなくなる懸念がある。
本発明は、このような従来技術における実状からなされたもので、その目的は、作動油温の変動を小さく抑えることができる油圧駆動装置の作動油温制御装置を提供することにある。
この目的を達成するために、本発明に係る油圧駆動装置の作動油温制御装置は、エンジンと、このエンジンによって駆動される油圧ポンプと、この油圧ポンプから吐出される圧油によって駆動する油圧アクチュエータと、この油圧アクチュエータに供給される圧油の流れを制御する方向制御弁と、この方向制御弁と作動油タンクとを連絡し、前記油圧アクチュエータからの戻り油を前記作動油タンクへと導く戻り油路と、この戻り油路に設けられたオイルクーラとを有する油圧駆動装置に備えられ、前記戻り油路に設けられた前記オイルクーラをバイパスする非冷却油路と、この非冷却油路に設けられ当該非冷却油路を流れる作動油の流量を制御する流量制御弁と、この流量制御弁を制御する制御信号を出力する制御部を設けた油圧駆動装置の作動油温制御装置において、前記制御部は、作動油を昇温させるエネルギー要素を求める第1演算手段と、実験的あるいは経験的に知られている前記オイルクーラの通過流量と前記オイルクーラの放熱量との第1の関係に対応させて設定され、前記第1の関係の前記オイルクーラの放熱量を、前記作動油を昇温させるエネルギー要素に置き換えた前記オイルクーラの通過流量と前記作動油を昇温させるエネルギー要素との第2の関係を設定する第1設定手段と、前記第1演算手段で求めた作動油を昇温させるエネルギー要素と、前記第1設定手段で設定された前記第2の関係に基づいて、前記オイルクーラの通過流量を求める第2演算手段と、前記オイルクーラの通過流量と前記流量制御弁の通過流量との第3の関係を設定する第2設定手段と、前記第2演算手段で求めた前記オイルクーラの通過流量と、前記第2設定手段で設定された前記第3の関係に基づいて、前記流量制御弁の通過流量を求める第3演算手段と、前記第3演算手段で求めた前記流量制御弁の通過流量に相応する制御信号を前記流量制御弁に出力する出力手段とを含むことを特徴としている。
このように構成した本発明は、オイルクーラをバイパスする非冷却油路に設けられた流量制御弁を制御する制御部における演算に用いられるエネルギー要素と、実験的あるいは経験的に知られているオイルクーラ放熱量とが同等であり、したがって、流量制御弁を制御する制御信号の値はタイムラグを生じさせない値であり、これにより、作動油温の変動を小さく抑えることができる。
また、本発明に係る油圧駆動装置の作動油温制御装置は、前記発明において、前記制御部は、前記エンジンの出力を求める第4演算手段と、前記油圧アクチュエータの仕事を求める第5演算手段と、前記エンジンの出力及び前記油圧アクチュエータの仕事と、前記作動油を昇温させるエネルギー要素との第4の関係を設定する第3設定手段とを含み、前記制御部の前記第1演算手段は、前記第4演算手段で求めたエンジンの出力及び前記第5演算手段で求めた油圧アクチュエータの仕事と、前記第3設定手段で設定された第4の関係に基づいて、前記作動油を昇温させるエネルギー要素を求めることを特徴としている。このように構成した本発明は、第4演算手段によってエンジン出力を、第5演算手段によって油圧アクチュエータの仕事を、それぞれ求めることによって、第3設定手段で設定された第4の関係から、オイルクーラの放熱量に対応する作動油を昇温させるエネルギー要素を求めることができる。
また、本発明に係る油圧駆動装置の作動油温制御装置は、前記発明において、前記制御部は、前記油圧アクチュエータの仕事を求める第5演算手段と、前記油圧ポンプの入力を求める第6演算手段と、前記油圧アクチュエータの仕事及び前記油圧ポンプの入力と、前記作動油を昇温させるエネルギー要素との第5の関係を設定する第4設定手段を含み、前記制御部の前記第1演算手段は、前記第5演算手段で求めた油圧アクチュエータの仕事及び前記第6演算手段で求めた前記油圧ポンプの入力と、前記第4設定手段で設定された第5の関係に基づいて、前記作動油を昇温させるエネルギー要素を求めることを特徴としている。このように構成した本発明は、第5演算手段によって油圧アクチュエータの仕事を、第6演算手段によって油圧ポンプの入力を、それぞれ演算することによって、第4設定手段で設定された第5の関係から、オイルクーラの放熱量に対応する作動油を昇温させるエネルギー要素を求めることができる。
本発明は、オイルクーラをバイパスする非冷却油路に設けられた流量制御弁を制御する制御部が、作動油を昇温させるエネルギー要素を求める第1演算手段と、実験的あるいは経験的に知られている前記オイルクーラの通過流量と前記オイルクーラの放熱量との第1の関係に対応させて設定され、前記第1の関係の前記オイルクーラの放熱量を、前記作動油を昇温させるエネルギー要素に置き換えた前記オイルクーラの通過流量と前記作動油を昇温させるエネルギー要素との第2の関係を設定する第1設定手段と、前記第1演算手段で求めた作動油を昇温させるエネルギー要素と、前記第1設定手段で設定された前記第2の関係に基づいて、前記オイルクーラの通過流量を求める第2演算手段と、前記オイルクーラの通過流量と前記流量制御弁の通過流量との第3の関係を設定する第2設定手段と、前記第2演算手段で求めた前記オイルクーラの通過流量と、前記第2設定手段で設定された前記第3の関係に基づいて、前記流量制御弁の通過流量を求める第3演算手段と、前記第3演算手段で求めた前記流量制御弁の通過流量に相応する制御信号を前記流量制御弁に出力する出力手段とを含むことから、この制御部の演算に用いられるエネルギー要素は、実験的あるいは経験的に知られているオイルクーラの放熱量と同等であり、したがって、流量制御弁を制御する制御信号の値はタイムラグを生じさせない値であり、これにより、作動油温の変動を小さく抑えることができる。したがって従来に比べて作動油の粘度の変動を小さくすることができ、油圧ポンプや油圧アクチュエータの作動の安定化を実現させることができる。
本発明に係る油圧駆動装置の作動油温制御装置の第1実施形態を示す油圧回路図である。 実験的あるいは経験的に知られているオイルクーラの通過流量とオイルクーラの放熱量の関係を示す図である。 第1実施形態に備えられる制御部に含まれる第1設定手段で設定されるオイルクーラの通過流量と作動油を昇温させるエネルギー要素の関係を示す図である。 第1実施形態に備えられる制御部に含まれる第2設定手段で設定されるオイルクーラの通過流量と流量制御弁の通過流量の関係を示す図である。 第1実施形態に備えられる制御部に含まれる第3設定手段で設定されるエンジンの出力及び油圧アクチュエータの仕事と、作動油を昇温させるエネルギー要素の関係を示す図である。 第1実施形態に備えられる制御部における処理手順を示すフローチャートである。 本発明の第2実施形態を示す油圧回路図である。 第2実施形態に備えられる制御部に含まれる第4設定手段で設定される油圧ポンプの入力及び油圧アクチュエータの仕事と、作動油を昇温させるエネルギー要素の関係を示す図である。 第2実施形態に備えられる制御部における処理手順を示すフローチャートである。
以下、本発明に係る油圧駆動装置の作動油温制御装置の実施の形態を図に基づいて説明する。
図1は本発明に係る油圧駆動装置の作動油温制御装置の第1実施形態を示す油圧回路図、図2は実験的あるいは経験的に知られているオイルクーラの通過流量とオイルクーラの放熱量の関係を示す図、図3は第1実施形態に備えられる制御部に含まれる第1設定手段で設定されるオイルクーラの通過流量と作動油を昇温させるエネルギー要素の関係を示す図、図4は第1実施形態に備えられる制御部に含まれる第2設定手段で設定されるオイルクーラの通過流量と流量制御弁の通過流量の関係を示す図、図5は第1実施形態に備えられる制御部に含まれる第3設定手段で設定されるエンジンの出力及び油圧アクチュエータの仕事と、作動油を昇温させるエネルギー要素の関係を示す図、図6は第1実施形態に備えられる制御部における処理手順を示すフローチャートである。
第1実施形態に係る作動油温制御装置が備えられる建設機械の油圧駆動装置、例えば油圧ショベルの油圧駆動装置は、図1に示すように、エンジン1と、このエンジン1によって駆動される油圧ポンプ2と、この油圧ポンプ2から吐出される圧油によって駆動する油圧アクチュエータ3と、この油圧アクチュエータ3に供給される圧油の流れを制御する方向制御弁4と、この方向制御弁4と作動油タンク5とを連絡し、油圧アクチュエータ3からの戻り油を作動油タンク5へと導く油路6、戻り油路7、冷却油路8と、この冷却油路8に設けられたオイルクーラ9とを有している。このような油圧ショベルの油圧駆動装置に備えられる第1実施形態に係る作動油温制御装置は、オイルクーラ9をバイパスする非冷却油路10と、この非冷却油路10に設けられた作動油の流量を制御する流量制御弁11と、この流量制御弁11を制御する制御信号を出力する制御部12と、エンジン1のトルクと回転数を検出する検出装置13と、油圧アクチュエータ3の圧力を検出する圧力検出装置14と、油圧アクチュエータ3の変位を検出する変位検出装置15を設けている。これら検出装置13,14,15は制御部12へと検出値を送っている。
また、制御部12は、作動油を昇温させるエネルギー要素を求める第1演算手段と、実験的あるいは経験的に知られているオイルクーラ9の通過流量とオイルクーラ9の放熱量との図2に示す第1の関係に対応させて設定され、第1の関係のオイルクーラ9の放熱量を、作動油を昇温させるエネルギー要素に置き換えたオイルクーラ9の通過流量と作動油を昇温させるエネルギー要素との図3に示す第2の関係を設定する第1設定手段と、第1演算手段で求めた作動油を昇温させるエネルギー要素と、第1設定手段で設定された第2の関係に基づいて、オイルクーラ9の通過流量を求める第2演算手段と、オイルクーラ9の通過流量と流量制御弁11の流量との図4に示す第3の関係を設定する第2設定手段と、第2演算手段で求めたオイルクーラ9の通過流量と、第2設定手段で設定された第3の関係に基づいて、流量制御弁11の通過流量を求める第3演算手段と、この第3演算手段で求めた流量制御弁11の流量に相応する制御信号を流量制御弁11に出力する出力手段とを含んでいる。また、検出装置13から出力される検出値に基づいてエンジン1の出力を求める第4演算手段と、検出装置14,15から出力される検出値に基づいて油圧アクチュエータ3の仕事を求める第5演算手段と、エンジン1の出力及び油圧アクチュエータ3の仕事と、作動油を昇温させるエネルギー要素との図5に示す第4の関係を設定する第3設定手段とを含んでいる。
この第1実施形態では、第1演算手段が、例えば第4演算手段で求めたエンジン1の出力及び第5演算手段で求めた油圧アクチュエータの仕事と、第3設定手段で設定された第4の関係に基づいて、作動油を昇温させるエネルギー要素を求める構成にしてある。
このように構成した第1実施形態に備えられる制御部12にあっては、図6に示すように、はじめに、検出装置13の検出値であるエンジントルクとエンジン回転数に基づいてエンジン1の出力を、検出装置14,15の検出値である油圧アクチュエータ3の圧力と変位に基づいて油圧アクチュエータ3の仕事を、それぞれ演算することが行われる(ステップ1)。次に、第3設定手段で設定された図5に示すエンジン1の出力及び油圧アクチュエータ3の仕事と、作動油を昇温させるエネルギー要素の関係に基づき、ステップ1で算出したエンジン1の出力及び油圧アクチュエータ3の仕事から、作動油を昇温させるエネルギー要素を算出することが行われる(ステップ2)。次に、第1設定手段で設定された図3のオイルクーラ9の通過流量と作動油を昇温させるエネルギー要素の関係に基づき、ステップ2で算出した作動油を昇温させるエネルギー要素から、オイルクーラ9の通過流量を算出することが行われる(ステップ3)。次に、第2設定手段で設定された図4のオイルクーラ9の通過流量と流量制御弁11の通過流量の関係に基づき、ステップ3で算出したオイルクーラ9の通過流量から、流量制御弁11の通過流量を算出することが行われる(ステップ4)。最後に、流量制御弁11へステップ4で算出した流量制御弁11の通過流量に相応する制御信号を出力することが行われる(ステップ5)。これにより、流量制御弁11はその開口面積が適宜制御され、油圧アクチュエータ3から油路6、戻り油路7を介して流れる戻り油は、冷却油路8を経てオイルクーラ9に流れるとともに、一部が非冷却油路10を経て流量制御弁11を通過するように流れる。ここで、オイルクーラ9の通過流量と放熱量との関係は実験的あるいは経験的に、上述した図2のようになることが知られている。すなわち、オイルクーラ9の通過流量を変化させることで、オイルクーラ9の放熱量を制御できることが知られている。
このように構成した第1実施形態によれば、制御部12の演算に用いられる作動油を昇温させるエネルギー要素、すなわちエンジン1の出力及び油圧アクチュエータ3の仕事に基づくエネルギー要素は、実験的あるいは経験的に知られているオイルクーラ9の放熱量と同等である。したがって、流量制御弁11を制御する制御信号の値は、タイムラグを生じさせない値である。これにより、作動油温の変動を小さく抑えることができる。これに伴い、作動油の粘度の変動を小さくすることができ、油圧ポンプ2や油圧アクチュエータ3の作動の安定化を実現させることができる。
図7は本発明の第2実施形態を示す油圧回路図、図8は第2実施形態に備えられる制御部に含まれる第4設定手段で設定される油圧ポンプの入力及び油圧アクチュエータの仕事と、作動油を昇温させるエネルギー要素の関係を示す図、図9は第2実施形態に備えられる制御部における処理手順を示すフローチャートである。
図7に示す第2実施形態は、図1の第1実施形態における油圧アクチュエータ3の変位を検出する検出装置15に代えて、油圧アクチュエータ3の作動油流量を検出する流量検出装置16を、また、エンジン1のトルクと回転数を検出する検出装置13に代えて、油圧ポンプ2の吐出圧力を検出する圧力検出装置17と、油圧ポンプ2の吐出流量を検出する流量検出装置18を設けてある。これらの検出装置16,17,18は制御部12に接続した構成にしてある。
この第2実施形態が備えられる制御部12は、検出装置14,16に基づいて油圧アクチュエータ3の仕事を求める第5演算手段と、圧力検出装置17及び流量検出装置18の検出値に基づいて、油圧ポンプ2の入力を求める第6演算手段と、これらの第5演算手段で求められた油圧アクチュエータ3の仕事及び第6演算手段で求められた油圧ポンプ2の入力と、作動油を昇温させるエネルギー要素との図8に示す第5の関係を設定する第4設定手段とを含んでいる。この第2実施形態では、制御部12の前述した第1演算手段は、第5演算手段で求めた油圧アクチュエータ3の仕事及び第6演算手段で求めた油圧ポンプ2の入力と、第4設定手段で設定された第5の関係に基づいて、作動油を昇温させるエネルギー要素を求める構成にしてある。その他の構成は第1実施形態と同等である。
この第2実施形態にあっては、図9に示すように、図6に示す第1実施形態のフローチャートと比較すると、ステップ1,2の内容のみが異なっている。すなわち、第1実施形態でエンジン1の出力及び油圧アクチュエータ3の仕事を演算する代わりに、第2実施形態では、圧力検出装置17及び流量検出装置18の検出値と、油圧ポンプ2の効率のデータに基づいて、油圧ポンプ2の入力を演算するようになっている(ステップ1)。そして、第4設定手段で設定された図8に示す油圧アクチュエータ3の仕事及び油圧ポンプ2の入力と、作動油を昇温させるエネルギー要素の関係に基づき、ステップ1で算出した油圧アクチュエータ3の仕事及び油圧ポンプ2の入力から、作動油を昇温させるエネルギー要素を算出することが行われる(ステップ2)。ステップ3,4,5の処理は、第1実施形態におけるのと同等である。
このように構成した第2実施形態も、第1実施形態におけるのと同様に、オイルクーラ9の放熱量と同等に設定された作動油を昇温させるエネルギー要素、すなわち油圧ポンプ2の入力及び油圧アクチュエータ3の仕事に基づくエネルギー要素と、図3に示す第1設定手段の第2の関係に応じて、流量制御弁11を制御するようにしてあることから、第1実施形態と同等の効果を得ることができる。
1 エンジン
2 油圧ポンプ
3 油圧アクチュエータ
4 方向制御弁
5 作動油タンク
6 油路
7 戻り油路
8 冷却油路
9 オイルクーラ
10 非冷却油路
11 流量制御弁
12 制御部(第1演算手段、第1設定手段、第2演算手段、第2設定手段、第3演算手段、出力手段、第4演算手段、第5演算手段、第3設定手段、第6演算手段、第4設定手段)
13 検出装置
14 圧力検出装置
15 変位検出装置
16 流量検出装置
17 圧力検出装置
18 流量検出装置

Claims (3)

  1. エンジンと、このエンジンによって駆動される油圧ポンプと、この油圧ポンプから吐出される圧油によって駆動する油圧アクチュエータと、この油圧アクチュエータに供給される圧油の流れを制御する方向制御弁と、この方向制御弁と作動油タンクとを連絡し、前記油圧アクチュエータからの戻り油を前記作動油タンクへと導く戻り油路と、この戻り油路に設けられたオイルクーラとを有する油圧駆動装置に備えられ、前記戻り油路に設けられた前記オイルクーラをバイパスする非冷却油路と、この非冷却油路に設けられ当該非冷却油路を流れる作動油の流量を制御する流量制御弁と、この流量制御弁を制御する制御信号を出力する制御部を設けた油圧駆動装置の作動油温制御装置において、
    前記制御部は、
    作動油を昇温させるエネルギー要素を求める第1演算手段と、
    実験的あるいは経験的に知られている前記オイルクーラの通過流量と前記オイルクーラの放熱量との第1の関係に対応させて設定され、前記第1の関係の前記オイルクーラの放熱量を、前記作動油を昇温させるエネルギー要素に置き換えた前記オイルクーラの通過流量と前記作動油を昇温させるエネルギー要素との第2の関係を設定する第1設定手段と、
    前記第1演算手段で求めた作動油を昇温させるエネルギー要素と、前記第1設定手段で設定された前記第2の関係に基づいて、前記オイルクーラの通過流量を求める第2演算手段と、
    前記オイルクーラの通過流量と前記流量制御弁の通過流量との第3の関係を設定する第2設定手段と、
    前記第2演算手段で求めた前記オイルクーラの通過流量と、前記第2設定手段で設定された前記第3の関係に基づいて、前記流量制御弁の通過流量を求める第3演算手段と、
    前記第3演算手段で求めた前記流量制御弁の通過流量に相応する制御信号を前記流量制御弁に出力する出力手段とを含むことを特徴とする油圧駆動装置の作動油温制御装置。
  2. 請求項1に記載の油圧駆動装置の作動油温制御装置において、
    前記制御部は、
    前記エンジンの出力を求める第4演算手段と、
    前記油圧アクチュエータの仕事を求める第5演算手段と、
    前記エンジンの出力及び前記油圧アクチュエータの仕事と、前記作動油を昇温させるエネルギー要素との第4の関係を設定する第3設定手段とを含み、
    前記制御部の前記第1演算手段は、前記第4演算手段で求めたエンジンの出力及び前記第5演算手段で求めた油圧アクチュエータの仕事と、前記第3設定手段で設定された第4の関係に基づいて、前記作動油を昇温させるエネルギー要素を求めることを特徴とする油圧駆動装置の作動油温制御装置。
  3. 請求項1に記載の油圧駆動装置の作動油温制御装置において、
    前記制御部は、
    前記油圧アクチュエータの仕事を求める第5演算手段と、
    前記油圧ポンプの入力を求める第6演算手段と、
    前記油圧アクチュエータの仕事及び前記油圧ポンプの入力と、前記作動油を昇温させるエネルギー要素との第5の関係を設定する第4設定手段とを含み、
    前記制御部の前記第1演算手段は、前記第5演算手段で求めた油圧アクチュエータの仕事及び前記第6演算手段で求めた前記油圧ポンプの入力と、前記第4設定手段で設定された第5の関係に基づいて、前記作動油を昇温させるエネルギー要素を求めることを特徴とする油圧駆動装置の作動油温制御装置。
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