JP5462731B2 - 建設機械の作動油予熱機構と予熱方法 - Google Patents

Description

本発明は、蓄電装置から供給される電力によって油圧ポンプを駆動し、作動油タンクの作動油を供給してアクチュエータを作動させるようにした建設機械、或いは蓄電装置から供給される電力によって電動アクチュエータを作動させるようにした建設機械において、起動時等の作動油タンク内の作動油を予熱する建設機械の作動油予熱機構と予熱方法に関する。

建設機械、例えば油圧ショベルは下部走行体の上部に上部旋回体が旋回可能に設けられ、上部旋回体には作業機が上下動可能に設けられている。作業機におけるブームやスティック等のアクチュエータを駆動させるための作動油は作動油タンクに貯留されており、油圧ポンプによって循環されてアクチュエータが駆動される。
他方、近年、燃料消費削減の観点等から、大容量で大出力の蓄電装置を備えたハイブリッド油圧ショベル等が提案され商品化されてきている。
ところで、寒冷地や極寒地等で油圧駆動式のアクチュエータを備えた油圧ショベルを始動させる時、作動油の温度が低いと粘度が高くなり各アクチュエータでキャビテーションを生じて機器の破損を生じたり油圧制御弁の作動遅れを招いたりする欠点がある。そのため、寒冷地等では、油圧ショベルのエンジンを始動させて、油圧ポンプを駆動させて作業機を空中駆動等させることで作動油を暖めている。

例えば、特許文献１に記載された建設機械では、寒冷地等でエンジンの始動と同時に送水ポンプを駆動させて閉回路を形成する配管の水を循環させる。そして、エンジンで熱交換して配管の水を温水にして作動油タンクに流通させ、作動油タンク内の作動油と熱交換して作動油を予熱するようにしている。
或いは、建設機械のエンジンを始動させてポンプを駆動することで作動油を暖めるようにしている。ポンプを駆動する際、ポンプをリリーフさせたり作業機を無駄に空中動作させたりすることが行われている。

しかしながら、前者についてはエンジン以外に送水ポンプや配管や熱交換器等が必要になり、構成が複雑でコスト高になる上に、これらを備えない建設機械には適用できない。また、後者については、ポンプをリリーフさせたり作業機の空中動作を繰り返したりすることは作業時間を要する上に、オペレータが操作レバーを操作する必要があり、注意を払わなければならない。しかも、いずれの場合もエンジンを始動させた状態で作動油の予熱動作をしなければならず、燃料を無駄に消費する欠点がある。
更に、ポンプをリリーフさせる場合、例えばスティックアウト等で１箇所のスプールを固定させてポンプリリーフを行うことを続けると、コントロールバルブ内の１箇所だけが高温になる。そのため、コントロールバルブ内で温度差が生じることにより内部に歪みが生じてしまい、サーマルショックが発生してスプールが固着するおそれもあった。

このような不具合を改善する手段として、特許文献２に記載された作動油の予熱装置が提案されている。この発明による油圧ショベルは、作動油タンク内の作動油を予熱するヒータが作動油タンクの外壁に取り付けられている。そして、寒冷時に外部電源を接続用ケーブルでヒータに接続し、外部電源からヒータに電力供給して作動油タンク内の作動油を予熱するようにしている。

特開昭５８−１９５６３７号公報 特開平１０−３３１２０５号公報

しかしながら、特許文献２に記載された油圧ショベルでは、寒冷地や極寒地等でのエンジンの始動に際して常に外部電源と接続用ケーブルを用意しておかなければならず、作動油の低温状態でのエンジン始動に際して、外部電源を設置して接続用ケーブルを作動油タンクのヒータに接続する作業を行うことは煩雑であり手間がかかるという不具合があった。

本発明は、このような実情に鑑みて、外部電源等を用いる必要がなく、しかもエンジン始動による燃料ロスを生じさせることなく作動油を予熱できるようにした建設機械の作動油予熱機構と予熱方法を提供することを目的とする。

本発明による建設機械の作動油予熱機構は、エンジンと、油圧ポンプに作動油を供給する作動油タンクとを備えた建設機械において、駆動系の電源として設置された蓄電装置と、作動油タンク内の作動油を加熱する予熱手段とを備えていて、蓄電装置から予熱手段に電力を供給して作動タンク内の作動油を加熱するようにしたことを特徴とする。
本発明による建設機械の予熱機構によれば、寒冷地等で油圧ポンプに供給する作動油タンク内の作動油が低温である場合、始動時に、例えば作動キーをＯＮしたエンジン始動前の段階で、蓄電装置から電力を予熱手段に供給して作動タンク内の作動油を加熱することで作動油を暖めることができ、しかも作動油タンク内で加熱された作動油の対流が起きて作動油温度が均一に調整されて暖められる。そのため、作動油が供給されるコントロールバルブの一部が高温になって歪み、サーマルショックを引き起こすことも防止できる。また、エンジン始動前に蓄電装置からの電力供給によって作動油を加熱できるから、燃料の消費を抑制できると共に、作動油の加熱に際して外部電源を接続する必要もない。

また、本発明による建設機械の作動油予熱機構は、作動油タンク内の作動油の温度を測定する温度測定手段と、温度測定手段で測定した作動油の温度が設定温度より小さい場合に蓄電装置から予熱手段に電力を供給させる制御手段とを更に備えることが好ましい。
作動油の加熱に際して、作動油タンク内の作動油の温度を温度測定手段で測定し、制御手段において作動油の温度が設定温度より小さいことを判別した場合に蓄電装置から予熱手段に電力を供給させ、作動油の温度が設定温度に到達した場合には蓄電装置からの電力の供給は遮断される。

また、本発明による建設機械の作動油予熱機構は、蓄電装置から予熱手段に電力を供給する電気配線と、この電気配線の導通と遮断を切り換え可能な切り換えスイッチとを設けており、制御手段は、エンジンの始動前に温度測定手段で測定した作動油の温度が設定温度より小さい場合に切り換えスイッチを導通させ、作動油の温度が設定温度以上になった場合に切り換えスイッチを遮断させることが好ましい。
制御手段によって切り換えスイッチの導通と遮断を切り換えることで、蓄電装置から予熱手段への電力の供給と遮断を制御できる。

本発明による建設機械の作動油予熱方法は、エンジンの始動前に、駆動系の電源として設置された蓄電装置を作動する工程と、油圧ポンプに作動油を供給する作動油タンク内の作動油の温度を測定する工程と、作動油の温度が設定温度より低いことを検知した場合に、蓄電装置の電力を作動油タンクの作動油を加熱する予熱手段に給電して作動油を加熱する工程とを備えたことを特徴とする。
本発明によれば、燃料を消費するエンジン始動前に、建設機械に駆動系の電源として設置された蓄電装置を用いて、作動油タンク内の作動油が設定温度より低い場合に蓄電装置に蓄電された電力を予熱手段に供給して作動油タンク内の作動油を加熱することができる。そのため、外部電源を用いたり、エンジンを始動させたり、油圧ポンプを始動させてリリーフさせたり、油圧ポンプの始動により作業機の空中動作等を行うことなく、作動油の予熱を行える。

本発明による建設機械の作動油予熱機構と予熱方法によれば、蓄電装置から電力を作動油タンクの予熱手段に供給することで、エンジンを始動させることなく、作動油タンク内の作動油を暖めることができて燃料消費を削減できる。しかも、蓄電装置は油圧ポンプを駆動する電動機を駆動するために用いるものであるから、作動油の加熱に際して別個に外部電源を接続する必要がなく経済的であり、操作が簡単である。
しかも作動油タンクを予熱手段で加熱することによって作動油タンク内部の作動油に対流が生じて作動油タンク内部の作動油が均一に暖められるため、コントロールバルブの一部が高温になって歪みやサーマルショック等の発生を防止できる。

また、本発明による建設機械の作動油予熱機構は、作動油タンク内の作動油の温度を測定する温度測定手段と、温度測定手段で測定した作動油の温度が設定温度より小さい場合に蓄電装置から予熱手段に電力を供給させる制御手段とを更に備えているから、作動油の加熱に際して、作動油タンク内の作動油の温度を温度測定手段で測定し、制御手段において作動油の温度が設定温度より小さいことを判別した場合に蓄電装置から予熱手段に電力を供給させ、作動油の温度が設定温度に到達した場合には蓄電装置からの電力の供給は遮断される。

また、本発明による建設機械の作動油予熱機構は、蓄電装置から予熱手段に電力を供給する電気配線と、この電気配線の導通と遮断を切り換え可能な切り換えスイッチとを設けており、制御手段は、エンジンの始動前に温度測定手段で測定した作動油の温度が設定温度より小さい場合に切り換えスイッチを導通させ、作動油の温度が設定温度以上になった場合に切り換えスイッチを遮断させるようにしたから、制御手段によって切り換えスイッチの導通と遮断を切り換えることで、蓄電装置から予熱手段への電力の供給と遮断を制御できる。

本発明の実施形態による油圧ショベルを示す要部斜視図である。 図１に示す油圧ショベルにおける電気回路と作動油の供給システムを示す図である。

以下、本発明の実施形態による油圧ショベルにおける作動油予熱機構について説明する。
図１及び図２は本発明の実施形態による油圧ショベルを示すものである。
本実施形態による油圧ショベル１は、例えばハイブリッド型の油圧ショベルであり、図１に示すように下部走行体２の上部に上部旋回体３が旋回可能に設けられている。上部旋回体３の旋回フレーム４における例えば前方右側には、ブーム５とアーム６とバケット等を備えた作業機７が上下動可能に設けられている。
上部旋回体３内には、エンジン９とバッテリーである蓄電装置１０とが搭載されている。

図２に示す実施形態による油圧ショベル１の電気回路図において、蓄電装置１０はＤＣ
伝送路である直流回路１１を介して発電機と電動機の機能を有する電動発電機１２に接続されている。蓄電装置１０から直流回路１１を通して供給される直流電流はインバータで交流に変換されて電動発電機１２を電動機として駆動させ、電動発電機１２の駆動力はメイン圧油を吐出する油圧ポンプ１３、１４を駆動させる。
また、電動発電機１２はエンジン９が駆動する際にエンジン９の回転力を受けて発電機として駆動し、発電された電力は直流に変換させられて蓄電装置１０に蓄電する。エンジン９にはスタータモータ１５が設けられている。

また、蓄電装置１０の直流回路１１にはそれぞれパイロットポンプ駆動用のパイロットポンプモータ１６や上部旋回体３の旋回のためのスイングモータ１７等の電動アクチュエータが接続されている。なお、パイロットポンプモータ１６とスイングモータ１７も発電機としての機能を有する電動発電機を構成する。
また、上部旋回体３には、油圧ポンプ１３、１４に作動油を供給するための作動油タンク１９が設けられている。作動油タンク１９の外面には寒冷地等で低温状態にある作動油タンク１９内の作動油を加熱するためのヒータ２０が固着されている。ヒータ２０は例えば板状に形成されていて、図２では底面に固着されているが、側面に固着されていてもよい。作動油タンク１９には内部に貯留された作動油の温度を測定する温度センサー２１が設けられている。
図２に示す油圧ショベル１の電気回路において、蓄電装置１０には、直流回路１１を通して電動発電機１２やパイロットポンプモータ１６やスイングモータ１７等の各種機器への電力の供給と遮断を切り換え制御する作動スイッチ２２が設けられている。また、ヒータ２０には、蓄電装置１０から直流回路１１を通してヒータ２０への電力の供給と遮断を切り換え制御する切り換えスイッチ２３が設けられている。

また、図２に示す油圧ショベル１の電気回路には、各種のアクチュエータの電気的な作動制御を行う制御手段２５が設けられている。特に本実施形態では、制御手段２５には、作動油タンク１９に設けた温度センサー２１とヒータ２０の切り換えスイッチ２３とが電気的に接続されており、温度センサー２１で計測される作動油の温度が予め設定された所定温度より低い場合には作動信号により切り換えスイッチ２３をＯＮしてヒータ２０を作動させ、作動油タンク１９内の作動油を加熱する。そして、作動油の温度が所定温度以上になった場合には制御手段２５から停止信号を出力して切り換えスイッチ２３をＯＦＦにしてヒータ２０の作動を停止させるようになっている。

本実施形態による油圧ショベル１の作動油予熱機構は上述の構成を備えており、次にその作用を説明する。
油圧ショベル１を例えば寒冷地や極寒地、或いは冬期等に始動する場合、作動油タンク１９内の作動油は上述した設定値より低温状態になっている。そのため、作動キーをＯＮすることで、エンジン９を始動させることなく蓄電装置１０の作動スイッチ２２をＯＮする。これにより、蓄電装置１０から直流回路１１を通して電力を制御手段２５、電動発電機１２、そしてパイロットポンプモータ１６やスイングモータ１７等の駆動系に供給する。

そして、作動油タンク１９で貯留されている低温状態の作動油の温度が温度センサー２１で測定され、制御手段２５へ入力される。制御手段２５において、作動油の温度が予め設定された設定温度より低い場合には、作動信号を出力して切り換えスイッチ２３をＯＮする。これによって、蓄電装置１０を電源として直流回路１１を通してヒータ２０に給電され、作動油タンク１９に設けたヒータ２０によって作動油タンク１９が加熱され、作動油タンク１９内部の作動油が昇温する。
作動油タンク１９内では作動油の加熱によって対流が起こり、作動油が混ぜられるのでほぼ均一に暖められる。そのため、コントロールバルブ内に供給される作動油の一部が高温になることによってコントロールバルブに歪みが生じてサーマルショック等を引き起こすことはない。

そして、作動油の温度が設定温度またはこれ以上になった時に、温度センサー２１で作動油の温度を検知し、制御手段２５からの出力信号により切り換えスイッチ２３をＯＦＦに遮断する。
その後、エンジン９を始動させることで電動発電機１２を回転駆動して油圧ポンプ１３，１４を作動させ、作動油タンク１９内の暖まった作動油を油圧ポンプ１３，１４へ出力させることができる。そして、電動発電機１２の回転駆動で発電された電力は蓄電装置１０に充電される。

上述のように本実施形態による油圧ショベル１の作動油予熱機構は、エンジン９を始動させることなく蓄電装置１０から供給される電力によって、作動油タンク１９の作動油を暖めることができると共にエンジン始動による燃料の消費を防止できる。
しかも、加熱される作動油タンク１９内で作動油の対流が起こりほぼ均一に暖められるから、コントロールバルブ内に供給される作動油の一部が高温になることによってコントロールバルブが歪み、サーマルショック等を引き起こすことを確実に防止できる。
また、作動油タンク１９に設けたヒータ２０を加熱する電源として、エンジン９等の駆動によって蓄電可能な蓄電装置１０を用いたから、始動時における作動油の加熱時に外部電源を用いて接続ケーブルで作動油タンク１９のヒータ２０に接続する必要がなく、構成が簡単で操作が容易でありコストの上昇を抑制できる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更等が可能であり、これらの構成も本発明に含まれる。
例えば、作動油タンク１９に設けたヒータ２０と蓄電装置１０とをサーモスタットを介して電気回線１１で電気的に接続して通電状態に保持してもよい。この場合、作動油タンク１９内の作動油が設定温度になると、この温度をサーモスタットで検知してＯＦＦとなり、直流回路１１を遮断するようにしてもよい。この場合、サーモスタットは制御手段を構成する。
また、本発明は油圧ショベル１に限定されることなく、各種の建設機械に適用できることはいうまでもない。

１ 油圧ショベル
９ エンジン
１０ 蓄電装置
１１ 直流回路
１２ 電動発電機
１３、１４ 油圧ポンプ
１９ 作動油タンク
２０ ヒータ
２２ 作動スイッチ
２３ 切り換えスイッチ
２５ 制御手段

Claims (4)

1. エンジンと、油圧ポンプに作動油を供給する作動油タンクとを備えた建設機械において、
   駆動系の電源として設置された蓄電装置と、
   作動油タンク内の作動油を加熱する予熱手段と
   を備えていて、蓄電装置から予熱手段に電力を供給して作動タンク内の作動油を加熱するようにしたことを特徴とする建設機械の作動油予熱機構。
2. 作動油タンク内の作動油の温度を測定する温度測定手段と、
   温度測定手段で測定した作動油の温度が設定温度より小さい場合に蓄電装置から予熱手段に電力を供給させる制御手段と
   を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載された建設機械の作動油予熱機構。
3. 蓄電装置から予熱手段に電力を供給する電気配線と、この電気配線の導通と遮断を切り換え可能な切り換えスイッチとを設けており、
   制御手段は、エンジンの始動前に温度測定手段で測定した作動油の温度が設定温度より小さい場合に切り換えスイッチを導通させ、作動油の温度が設定温度以上になった場合に切り換えスイッチを遮断させるようにした請求項１または２に記載された作動油予熱機構。
4. エンジンの始動前に、駆動系の電源として設置された蓄電装置を作動する工程と、
   油圧ポンプに作動油を供給する作動油タンク内の作動油の温度を測定する工程と、
   作動油の温度が設定温度より低いことを検知した場合に、蓄電装置の電力を作動油タンクの作動油を加熱する予熱手段に給電して作動油を加熱する工程と
   を備えたことを特徴とする建設機械の作動油予熱方法。

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