JP5574950B2 - 作業機の油圧システム - Google Patents

Description

本発明は、バックホー、トラクタ等の作業機において、ポンプ吐出量を調整可能な可変容量ポンプの吐出回路を、吐き出される作動油のポンプ吐出圧が制御バルブの操作量から算出した予定のブリードオフ面積値に応じた指令吐出圧となるように制御する作業機の油圧システムに関するものである。

従来、可変容量ポンプを備えた作業機の油圧システムの制御方法が知られている。
この油圧システムの制御方法は、外部からポンプ吐出量の調整可能な可変容量ポンプの吐出回路に、複数のアクチュエータを制御バルブを介して接続した油圧システムを制御するものであって、余分な作動油をタンクに流す（ブリードする）ことがなく、アクチュエータを動作させるために必要な作動油のみを可変容量ポンプから吐き出しており、エネルギーロスを抑制している。

従来の油圧システムは、吐出回路のポンプ吐出圧に基づく圧力信号と、各制御バルブの操作量に基づく操作量信号と、可変容量ポンプのポンプ吐出量に基づくアクチュエータ流量の流量信号とを検出でき、コントローラによって、操作量信号の総和値から予定のブリードオフ面積値を算出する。
さらに、コントローラは、前記ブリードオフ面積値と、可変容量ポンプの最大吐出量から流量信号によるアクチュエータ流量を減算した流量値とから指令吐出圧を算出し、可変容量ポンプのポンプ容量を指令吐出圧と吐出圧信号を減算した算出値をパラメータとして算出された指令吐出量により油圧システムを制御する（特許文献１参照）。

特開平１０−４７３０６号公報

上記従来の油圧システムの制御方法は、無駄な作動油をタンクにブリードしないように、吐出回路と作動油タンクとを連通するドレン油路を有さない型（クローズドセンター型）の制御バルブを用いているため、エンジンを始動させる際には、作動油をタンクへ逃がせず油圧システム内が高圧となり、このような高圧下でエンジンを始動させるにはセルモ
ータに高負荷がかかる。

そこで従来は、セルモータに大電流を流してエンジンを回していたが、セルモータに供給する分だけバッテリ電圧容量を増やしたり、エンジン始動用に別バッテリが必要となる問題がある。
さらには、容量増加にともないバッテリが大型化したり、エンジン始動後には始動用バッテリは不要となって機体中の空間効率が下がる。

本発明は、このような問題点に鑑みて、可変容量ポンプの吐出回路をポンプ吐出圧が制御バルブの操作量から算出した予定のブリードオフ面積値に応じた指令吐出圧となるように制御する際に、吐出回路の作動油を作動油タンクに排油させるドレン油路を設けて、エンジン始動時にドレン油路を開くことで、エンジン始動時のセルモータ及びバッテリの負担を低減し、バッテリの小型化を図った作業機の油圧システムを提供することを目的とする。

前記課題を達成するために、本発明に係る作業機の油圧システムは、以下の技術的手段を採用した。
第１に、エンジン２駆動式で且つポンプ吐出量Ｑを調整可能な可変容量ポンプ３の吐出回路４と、この吐出回路４に制御バルブ５を介して接続されたアクチュエータ６と、前記可変容量ポンプ３から吐き出される作動油のポンプ吐出圧Ｐを制御するコントローラ７とを備え、
このコントローラ７は、前記可変容量ポンプ３から吐き出される作動油の一部を作動油タンク８に戻すことなく該作動油を前記アクチュエータ６に送るべく、前記可変容量ポンプ３の設定吐出量ＳＱと、可変容量ポンプ３の実際のポンプ吐出量Ｑと、前記制御バルブ５の操作量ｓから算出した予定のブリードオフ面積値Ｂと、流量係数Ｋｑとから、可変容量ポンプ３の指令吐出圧ＳＰを下記計算式で求め、
ＳＰ＝｛（ＳＱ−Ｑ）／（Ｋｑ×Ｂ）｝ ²
この指令吐出圧ＳＰに基づいて算出される圧力出力信号Ｄ１によって前記ポンプ吐出圧Ｐを制御する作業機の油圧システムであって、
前記吐出回路４の作動油を作動油タンク８に排油させるドレン油路９を有し、
このドレン油路９に、前記エンジン２の始動時にドレン油路９を開く油逃がし手段１０を備えており、
この油逃がし手段１０は、制御バルブ５の中立時における前記指令吐出圧ＳＰよりも高いリリーフ圧Ｒに設定されていると共にエンジン２の始動時に可変容量ポンプ３から吐き出される作動油を作動油タンク８に逃がすべく開くリリーフ弁１１と、このリリーフ弁１１の上流側に配置されていて、エンジン２の始動時に開いており、且つ可変容量ポンプ３からアクチュエータ６への油路ＰＣ及びアクチュエータ６から作動油タンク８への油路ＣＴが開く前に閉じるように前記コントローラ７によって制御される切替弁１２とを有することを特徴とする。

第２に、前記切替弁１２は、付勢バネ１２ｂによって閉じ方向に付勢され、コントローラ７からの出力信号Ｄ２によって開くよう構成されていることを特徴とする。
第３に、前記切替弁１２は、付勢バネ１２ｂによって開き方向に付勢され、コントローラ７からの出力信号Ｄ２によって閉じるよう構成されていることを特徴とする。
第４に、エンジン２駆動式で且つポンプ吐出量Ｑを調整可能な可変容量ポンプ３の吐出回路４と、この吐出回路４に制御バルブ５を介して接続されたアクチュエータ６と、前記可変容量ポンプ３から吐き出される作動油のポンプ吐出圧Ｐを制御するコントローラ７とを備え、
このコントローラ７は、前記可変容量ポンプ３から吐き出される作動油の一部を作動油タンク８に戻すことなく該作動油を前記アクチュエータ６に送るべく、前記可変容量ポンプ３の設定吐出量ＳＱと、可変容量ポンプ３の実際のポンプ吐出量Ｑと、前記制御バルブ５の操作量ｓから算出した予定のブリードオフ面積値Ｂと、流量係数Ｋｑとから、可変容量ポンプ３の指令吐出圧ＳＰを下記計算式で求め、
ＳＰ＝｛（ＳＱ−Ｑ）／（Ｋｑ×Ｂ）｝ ²
この指令吐出圧ＳＰに基づいて算出される圧力出力信号Ｄ１によって前記ポンプ吐出圧Ｐを制御する作業機の油圧システムであって、
前記吐出回路４の作動油を作動油タンク８に排油させるドレン油路９を有し、
このドレン油路９に、前記エンジン２の始動時にドレン油路９を開く油逃がし手段１０を備えており、
前記制御バルブ５は、内部にドレン油路９が通っていて、前記可変容量ポンプ３からアクチュエータ６への油路ＰＣ及びアクチュエータ６から作動油タンク８への油路ＣＴが開く前にドレン油路９を閉じるように構成され、
前記油逃がし手段１０は、前記ドレン油路９の制御バルブ５下流に設けられていて制御バルブ５の中立時における前記指令吐出圧ＳＰよりも高いリリーフ圧Ｒに設定されていると共にエンジン２の始動時に可変容量ポンプ３から吐き出される作動油を作動油タンク８に逃がすべく開くリリーフ弁１１を有することを特徴とする。

第５に、前記油逃がし手段１０は、前記制御バルブ５の中立時で且つ作動油の温度が所定温度Ｔ以下である時にも前記制御バルブ５を通るドレン油路９を開いて制御バルブ５内で作動油を流すことを特徴とする。
第６に、前記制御バルブ５におけるスプール１５を連続して往復操作した場合にスプール１５の中立位置への戻りに対して遅れて可変容量ポンプ３のポンプ吐出量Ｑを減らす遅延応答手段１６を有していて、
前記油逃がし手段１０は、前記スプール１５の戻りに遅れてポンプ吐出量Ｑを減らすことで制御バルブ５の操作量ｓに応じたポンプ吐出量Ｑを越える超過作動油が吐き出される時にもドレン油路９を開くことを特徴とする。

請求項１に係る発明によると、コントローラで制御バルブの操作量から算出した予定のブリードオフ面積値に応じた指令吐出圧とすべく吐出回路を制御する作業機の油圧システムが、吐出回路の作動油を作動油タンクに排油させるドレン油路を有し、エンジン始動時にドレン油路を開く油逃がし手段を備えることで、エンジン始動時に作動油をタンクへ逃がせるため、エンジン始動用のセルモータへ流す電流を抑えてバッテリにかかる負担が減り、バッテリを小型化できるとともに、機体中の空間効率が上がる。

また、リリーフ弁及び切替弁を後付けして、制御バルブ中立時の指令吐出圧と切替弁とをコントロールするだけでよいため、組付け容易化、制御システムの簡略化を図りながら、エンジン始動時のバッテリ負荷の低減及びバッテリの小型化が可能となる。
請求項２に係る発明によると、エンジン始動用のセルモータへ流す電流を抑えてバッテリにかかる負担が減り、バッテリを小型化できるとともに、機体中の空間効率が上がる。

請求項３に係る発明によると、切替弁を閉じる制御だけをすればよく、制御系の簡素化が図れる。
請求項４に係る発明によると、エンジン始動時のバッテリ負荷の低減と同時に、追加する部品点数を可及的に少なくしてシステムを小型化できる。
請求項５に係る発明によると、制御バルブの中立時で且つ作動油の温度が所定温度以下である時に制御バルブを通るドレン油路を開いて制御バルブ内で作動油を流すことで、制御バルブを操作する前に内部に作業油を流してヒートアップすることが可能となり、寒冷地等で制御バルブが低温であってもスプール動作への影響を低減できる。

請求項６に係る発明によると、従来の油圧システムの問題として、連続くい打ち等をして制御バルブのスプールが連続往復操作される際には、スプールが中立位置まで戻るたびにポンプ吐出量を０とするように制御すると、かえって連続くい打ち等の往復動作が遅くなっていたが、連続往復操作時にスプールの戻りに対して遅れてポンプ吐出量を減らす遅延応答手段を有すると共に、制御バルブの操作量に応じたポンプ吐出量を越える作動油（超過作動油）が吐き出される時にドレン油路を開くことで、スプールが中立位置まで戻るたびにポンプ吐出量を０としなくともよいため、連続くい打ち等の往復動作の応答性が上がると同時に、超過した作動油の吐出しによる油圧システム内の圧力上昇が抑えられる。

本発明の第１実施形態に係る作業機の油圧システムの油圧回路図である。 本発明の第２実施形態に係る作業機の油圧システムの油圧回路図である。 油圧システムのブロック図である。 油圧システムの制御バルブにおけるスプールストロークと各油路の開口面積を表すグラフである。

以下に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る油圧システム１を示しており、図１における２１は、油圧システム１を備えたバックホーやトラクタ等の作業機２１であって、作業機２１は、機体中にエンジン２、作動油タンク８、バッテリ２２等の補器を有している。
図１中の６はアクチュエータ（油圧アクチュエータ）であって、油圧アクチュエータ６は、作業機（バックホー）２１の掘削作業装置におけるブーム、アーム及びバケット等を揺動駆動している。

図１、３を参照して、作業機２１に装備されたいくつかの油圧アクチュエータ６を作動させるための油圧システム１について説明する。
図１に示すように、油圧システム１は、前記エンジン２によって駆動され且つポンプ吐出量Ｑを調整可能な可変容量ポンプ３と、この可変容量ポンプ３の吐出回路４と、この吐出回路４に制御バルブ５を介して接続された油圧アクチュエータ６と、可変容量ポンプ３から吐き出される作動油のポンプ吐出圧Ｐを制御するコントローラ７とを有する。

さらに油圧システム１は、吐出回路４の作動油を作動油タンク８に排油させるドレン油路９と、エンジン２の始動時にドレン油路９を開く油逃がし手段１０（１０Ａ１、１０Ａ２、１０Ｂ、１０Ｃ）とを備えている。
なお、油逃がし手段１０は、エンジン２の始動時にドレン油路９を開くのであれば、１０Ａ１（図１中のＡ−１）、１０Ａ２（同Ａ−２）、１０Ｂ（同Ｂ）、１０Ｃ（同Ｃ）で示された例のいずれでもよく、まずは、油逃がし手段１０が、ドレン油路９の最下流に設けられたリリーフ弁１１と、このリリーフ弁１１の直前に設けられた切替弁１２とを備えている１０Ａ１（Ａ−１）の場合を、以下に述べる。

前記可変容量ポンプ３は、エンジン２を駆動源とし且つ傾斜板１７等のポンプ容量制御機構を備えたアキシャルピストンポンプなどの公知のもので、エンジン２停止時などには、傾斜板１７の一端に連結されたポンプバネ２３の付勢によって傾斜板１７が、所定角（例えば、最大角）となるように構成されている。
なおこれは、急遽バッテリ２２からの電流が途絶えた等の非常時でも、可変容量ポンプ３が所定のポンプ吐出量Ｑを確保して油圧アクチュエータ６に必要な作動油を供給し、油圧システム１をダウンさせないためである。

可変容量ポンプ３の傾斜板１７他端には、ポンプアクチュエータ１８のロッド１８ａが連結されており、ポンプアクチュエータ１８のロッド１８ａを出退させることで、可変容量ポンプ３のポンプ吐出量Ｑを調節できる。
前記吐出回路４は、可変容量ポンプ３のポンプ吐出圧Ｐを制御するポンプ圧力制御部２４を備えている。

このポンプ圧力制御部２４は、ポンプ吐出圧Ｐが指令吐出圧ＳＰとなるように、可変容量ポンプ３のポンプ吐出量をポンプアクチュエータ１８を介してコントロールするものである。ポンプ圧力制御部２４の入力は、可変容量ポンプ３の吐出口３ａからの作動油、及び上述したコントローラ７からの指令吐出圧ＳＰであり、出力として、ポンプアクチュエータ１８へ作動油を供給する。

ポンプ圧力制御部２４は、ポンプアクチュエータ１８への作動油の流れを制御するポンプ制御弁２５と、このポンプ制御弁２５のスプール２５ａ一端に所定の圧を立てる電磁リリーフ弁２６とを備えている。
この電磁リリーフ弁２６は、入力電流が上がるとポンプリリーフ圧Ｐｒが下がるネガティブ型であって、弁体を油路閉じ方向に付勢する調節バネ２６ａと、この調節バネ２６ａ
の付勢方向と拮抗するように配備された比例ソレノイド２６ｂとを有している。

上述のポンプ制御弁２５のスプール２５ａの一端には、可変容量ポンプ３の吐出口３ａから直接届く作動油によってポンプ吐出圧Ｐ（自己圧）がかかり、スプール２５ａの他端には、ポンプ制御弁２５に備え付けられたバネ２５ｂによる付勢力、及び電磁リリーフ弁２６により制御されるポンプリリーフ圧Ｐｒがかかっている。
このポンプリリーフ圧Ｐｒを電気的に（後述の圧力出力信号Ｄ１で）調節することによって、コントローラ７は、ポンプアクチュエータ１８への作動油の流入・流出でポンプアクチュエータ１８のロッド１８ａを出退させて傾斜板１７を操作でき、可変容量ポンプ３をポンプ吐出圧Ｐが指令吐出圧ＳＰとなるように制御できると共に、ポンプ吐出量Ｑの制御も可能となる。

なお、ポンプ圧力制御部２４は、可変容量ポンプ３の傾斜板１７の傾斜角（後述の傾斜入力信号Ｈ１）を電気的に検出する傾斜センサ２７を有しており、コントローラ７で、可変容量ポンプ３のポンプ吐出量Ｑが換算される。
前記制御バルブ５は、油圧アクチュエータ６の出退方向を切り換えるセンターオープン型（６ポート）の方向制御弁であって、各方向制御弁は、吐出回路４から供給される作動油の油路がそれぞれのＰポートへ分岐しているパラレル型である（図１参照）。

制御バルブ５は、スプール１５を一端側から付勢する付勢バネ５ａと、この付勢バネ５ａの付勢方向と拮抗するように配備された比例ソレノイド５ｂとを有している。
図１に示したように、比例ソレノイド５ｂは、操作レバー等の操作手段２８の操作量ｓ（傾角）に比例して電流が流れることで制御バルブ５内部のスプール１５を動かす。スプール１５の動かされた量（ストローク）に応じた面積だけ、可変容量ポンプ３から油圧アクチュエータ６の各油室への油路ＰＣが開口し、この開口面積に応じて油圧アクチュエータ６の作動速度が制御される。

なお、油圧アクチュエータ６への油路ＰＣは、ドレン油路９が閉じる前に開くように制御バルブ５が構成されている。
また、操作手段２８は、操作レバーの傾角などの指令量又は制御バルブ５のスプール１５の移動量である制御バルブ５の操作量ｓ（後述の操作入力信号Ｈ２）を電気的に検出する操作センサ２９を有している。

上述したドレン油路９は、可変容量ポンプ３の吐出口３ａと作動油タンク８とを連通して、可変容量ポンプ３からの作動油を作動油タンク８に直接排油（ドレン）させる油路であって、各制御バルブ５の中央のポート（センターポート）を貫通するように設けられている。
なお、ドレン油路９は、センターポートに設けられていなくとも、センターポート脇のポートなど、制御バルブ５内部のいずれかを通過していればよい。

ドレン油路９の最下流（最下流側の制御バルブ５と作動油タンク８との間）には、吐出回路４からの作動油が所定のリリーフ圧Ｒを越えた時にドレン油路９を開くリリーフ弁１１が設けられ、このリリーフ弁１１の直前（リリーフ弁１１と最下流側の制御バルブ５との間）には、ドレン油路９を開閉する切替弁１２が設けられている。
なお、リリーフ弁１１の所定のリリーフ圧Ｒは、後述の中立指令吐出圧ＳＰ’（＝（ＳＱ／Ｋｑ×Ｂ）²）よりも高く設定されており、本実施形態においては、４０（Ｋｇｆ／ｃｍ²）である。

前記切替弁１２は、内部のスプール１２ａをドレン油路９が閉じる側へ付勢する付勢バネ１２ｂと、この付勢バネ１２ｂの付勢方向と拮抗するように配備されたＯＮ／ＯＦＦソレノイド１２ｃとを有している。このソレノイド１２ｃにコントローラ７によって電流が流された（後述の開き出力信号Ｄ２）時だけ、切替弁１２はドレン油路９を開く。
なお、油圧システム１は、可変容量ポンプ３の吐出口３ａのポンプ吐出圧Ｐ（後述の圧力入力信号Ｈ３）を電気的に検出する圧力センサ３０を有している。

また、作業機２１は、エンジン２の始動時に運転者が使用するエンジンキー等のエンジン始動手段３１を有している。
前記コントローラ７は、Ａ／Ｄ変換器、演算器、Ｄ／Ａ変換器等で構成され、可変容量
ポンプ３の傾斜板１７の傾斜角をポテンショメータ、ロータリエンコーダ等から傾斜入力信号Ｈ１として入力し、制御バルブ５の操作量ｓを操作センサ２９から操作入力信号Ｈ２として入力し、可変容量ポンプ３のポンプ吐出圧Ｐを圧力センサ３０から圧力入力信号Ｈ３として入力する。

本発明に係るコントローラ７は、上記に加えて、エンジン２の始動タイミングをエンジン始動手段３１から始動入力信号Ｈ４として入力する。
また、コントローラ７の出力は、ポンプ圧力制御部２４のポンプ制御弁２５のポンプリリーフ圧Ｐｒを圧力出力信号Ｄ１とすると共に、切替弁１２のスプール１２ａを開き位置とする開き出力信号Ｄ２（又は閉じ位置とする閉じ出力信号Ｄ３）も出力する。

なお、コントローラ７は、圧力出力信号Ｄ１の代わりに、可変容量ポンプ３に対してポンプ吐出量Ｑを指令する容量出力信号Ｄ１’を出力することとしてもよい。
コントローラ７は、以下の２つの制御Ｃ１、Ｃ２を行う。
１つは、ドレン油路９閉鎖時において、制御バルブ５の操作量ｓ（スプール１５のストローク）に応じて指令吐出圧ＳＰを算出し、必要なポンプ吐出圧Ｐとなるように可変容量ポンプ３を制御（吐出圧制御Ｃ１）することである。

もう１つは、ドレン油路９を開く制御（開閉制御Ｃ２）であるが、まずは指令吐出圧ＳＰの算出方法を以下に述べる。
指令吐出圧ＳＰは、以下の式１〜４に基づいて決定される。

式１では、まず設定吐出量ＳＱを求めているが、この設定吐出量ＳＱとは、最大ポンプ吐出量Ｑｍａｘを上限とする設定値であって、作業機２１の走行、ブーム揺動などの使用状態に応じて必要となるアクチュエータ流量Ｑａ及びブリードオフ流量Ｑｂと、生じうる差流量ΔＱとの和として計算される。
式１におけるブリードオフ流量Ｑｂは、流量係数Ｋｑと、使用状態に応じて予定されるブリードオフ面積値Ｂと、その使用状態に応じた指令吐出圧ＳＰとを用いて、式２の関係式で表せる。

ここで、式２中のブリードオフ面積値Ｂとは、コントローラ７内に予め用意され且つ制御バルブ５の操作量ｓを入力とする関数によって算出される値であって、この関数の出力値である作動油タンク８に連通する通路（ブリードオフ通路）の開口面積値をいう。
式１における差流量ΔＱはほとんど０に近いので無視すると、指令吐出圧ＳＰは、以下の式３によって静的に求めることができる。

式３において、ドレン油路９を閉じている際には作動油がタンク８に排油されないのであるから、回路上のわずかな漏れを無視すれば、可変容量ポンプ３のポンプ吐出量Ｑ（つまり、傾斜板１７の傾斜入力信号Ｈ１）を、式１、３中のアクチュエータ流量Ｑａを表す信号として代替できる。

以下で吐出圧制御Ｃ１を説明する。なお、式４における右辺中の分子を流量値Ｘａ（＝ＳＱ−Ｑ）と、分母をブリードオフ特性値Ｘｂ（＝Ｋｑ×Ｂ）とする。
図３のブロック図に示すように、コントローラ７は、流量値Ｘａを、設定吐出量算出部７ａで使用状態に応じて設定した設定吐出量ＳＱから、可変容量ポンプ３からの傾斜入力信号Ｈ１をポンプ吐出量換算部７ｂによって換算したポンプ吐出量Ｑを算出する。

次にコントローラ７は、制御バルブ５の操作量ｓ（操作入力信号Ｈ２）に応じた予定のブリードオフ面積値Ｂに対して、流量係数Ｋｑを乗じてブリードオフ特性値Ｘｂを算出する。
上述した流量値Ｘａを、ブリードオフ特性値Ｘｂで除し、その値を２乗する演算を行い、指令吐出圧ＳＰを求める（式４参照）。

そして、この指令吐出圧ＳＰに基づき、ポンプ吐出圧Ｐのクローズドループ制御を行う。つまり、指令吐出圧ＳＰとポンプ吐出圧Ｐ（圧力入力信号Ｈ３）を減算し、指令吐出圧ＳＰとポンプ吐出圧Ｐとの差に対して位相補償機能を持ったゲイン（Ｇ_c）を掛けた圧力出力信号Ｄ１を、ポンプ圧力制御部２４へ出力する。
ポンプ圧力制御部２４は、圧力出力信号Ｄ１に従って電磁リリーフ弁２６のポンプリリーフ圧Ｐｒを調節して、ポンプアクチュエータ１８を介して傾斜板１７を操作することによって、可変容量ポンプ３のポンプ吐出圧Ｐが指令吐出圧ＳＰに収束するように制御する。

なお、前記クローズドループ制御を行うことで、式１における差流量ΔＱに影響するポンプ配管ボリューム及び漏れ分を補償し、打ち消すことができる。
制御バルブ５の中立時には、コントローラ７へ操作入力信号Ｈ２として０が入力される。この場合、コントローラ７で計算されるブリードオフ面積値Ｂは最大、つまり式４における右辺中の分母であるブリードオフ特性値Ｘｂが、分子である流量値Ｘａに比べて相対的に大きくなって、指令吐出圧ＳＰの値は小さくなる。

実際には、ポンプ吐出量Ｑは回路のわずかな漏れ分しか必要とせず、アクチュエータ速度（つまり、アクチュエータ流量Ｑａ）もほとんど０と入力されるため、可変容量ポンプ
３は、最低限必要な中立指令吐出圧ＳＰ’（＝（ＳＱ／Ｋｑ×Ｂ）²）分だけの圧を保てばよく、エネルギーの浪費が低減される。
なお、本実施形態において中立指令吐出圧ＳＰ’の値は、ポンプ制御弁２５のバネ２５ｂや、電磁リリーフ弁２６による圧損分や漏れ分を考慮して、３５（Ｋｇｆ／ｃｍ²）となり、この値となるように設定吐出量ＳＱを設定すればよい。また、可変容量ポンプ３に中立指令吐出圧ＳＰ’を指令する際、電磁リリーフ弁２６がネガティブ型であるため、コントローラ７からの圧力出力信号Ｄ１として電流値０の信号を送ればよい。

制御バルブ５を操作位置に移動すると、コントローラ７上のブリードオフ面積値Ｂが小さくなって、指令吐出圧ＳＰの値はいったん大きくなる。
しかし、指令吐出圧ＳＰが油圧アクチュエータ６にかかる負荷圧よりも高くなり、油圧アクチュエータ６のピストンを押して油室へ作動油が流入し始めると、指令吐出圧ＳＰの値を保持すべくポンプ吐出量Ｑ（アクチュエータ流量Ｑａ）が増大して、油圧アクチュエータ６の作動速度が上がる。

ポンプ吐出量Ｑが増大するということは、式４における右辺中の分子である流量値Ｘａ（＝ＳＱ−Ｑ）が、分母であるブリードオフ特性値Ｘｂに比べて相対的に小さくなるから、指令吐出圧ＳＰの値は逆に小さくなる。
このように、指令吐出圧ＳＰが上下して徐々に操作量ｓに見合ったアクチュエータ速度を維持するポンプ吐出圧Ｐ、ポンプ吐出量Ｑに収束して、制御バルブ５の操作量ｓから算出した予定のブリードオフ面積値Ｂに応じて必要なだけの指令吐出圧ＳＰとすべく吐出回路４を制御できる。

よって、実際のポンプ吐出量Ｑは、回路上の漏れを無視すれば、油圧アクチュエータ６に供給された分に限られ、エネルギーの無駄が減る。
この吐出圧制御Ｃ１と共に、本発明の油圧システム１は、ドレン油路９の開閉制御Ｃ２を行っている。
図３のブロック図で示す如く、運転者が、エンジン２を始動させるため、エンジンキー（エンジン始動手段）３１を回すと、バッテリ２２が立ち上がりコントローラ７を起動させるなどしてエンジン始動手段３１から始動入力信号Ｈ４がコントローラ７の開閉指令部７ｃに入力される。

この開閉指令部７ｃは、油逃がし手段１０Ａ１における切替弁１２に、開き出力信号Ｄ２（ＯＮ／ＯＦＦソレノイド１２ｃを励起させる電流）を送って、切替弁１２のスプール１２ａを開き位置にしてドレン油路９を開く。
このとき、エンジン２を始動させれば、例え、可変容量ポンプ３のポンプ吐出量Ｑが最大で且つポンプ圧力制御部２４におけるネガティブ型電磁リリーフ弁２６の最大リリーフ圧（例えば２５０（Ｋｇｆ／ｃｍ²））が高くても、油逃がし手段１０Ａ１におけるリリ
ーフ弁１１のリリーフ圧Ｒが４０（Ｋｇｆ／ｃｍ²）であるため、ドレン油路９から先に
作動油が逃げて、小さい力でエンジン２を始動できる。

したがって、バッテリ２２の電圧容量を増やしたり、エンジン始動用に別バッテリを設ける必要がなくなり、バッテリ２２を小型化できる。
また、従来であれば、エンジン始動時にセルモータに大電流を流す分だけバッテリ電圧が下がり、結果的にコントローラ７であるＥＣＵ（Electric Computer Unit）への供給電圧が減るため、ＥＣＵにリセットがかかって油圧システム１全体がダウンしていたが、エンジン始動時にドレン油路９を開くことで、バッテリ２２への負担が減るため、システムのダウンなく、スムースなエンジン始動が可能となる。

エンジン始動後、制御バルブ５の中立時には、中立指令吐出圧ＳＰ’は、３５（Ｋｇｆ／ｃｍ²）であって、リリーフ弁１１のリリーフ圧Ｒ４０（Ｋｇｆ／ｃｍ²）より低いため、作動油が無駄にタンク８に排油されることはない。
制御バルブ５の操作時においては、可変容量ポンプ３からアクチュエータ６への油路ＰＣ及びアクチュエータ６から作動油タンク８への油路ＣＴが開く前に、切替弁１２によってドレン油路９を閉じれば、上述した吐出圧制御Ｃ１と同様に指令吐出圧ＳＰをコントロールできる。

なお、ドレン油路９を閉じる際には、開閉指令部７ｃから切替弁１２のソレノイド１２ｃへ送っていた開き出力信号Ｄ２の出力を中断するだけでよく、中断後は、付勢バネ１２ｂの付勢によって切替弁１２のスプール１２ａが閉じ位置に移動し、ドレン油路９は閉じる。
また、図１中の（Ａ−２）で示す油逃がし手段１０Ａ２は、１０Ａ１の変形例であって、ドレン油路９の最下流に設けられたリリーフ弁１１と、このリリーフ弁１１の直前に設けられた切替弁１２とを備えている。

油逃がし手段の変形例１０Ａ２は、エンジン２の始動時からすでに切替弁１２のスプール１２ａが開き位置にあり、コントローラ７からの出力がなくとも、ドレン油路９から作動油が逃げて、小さい力でエンジン２を始動できる。
ただし、制御バルブ５の操作時には、可変容量ポンプ３からアクチュエータ６への油路ＰＣ及びアクチュエータ６から作動油タンク８への油路ＣＴが開く前に、開閉指令部７ｃから切替弁１２のソレノイド１２ｃへ閉じ出力信号Ｄ３を出力し、ドレン油路９を閉じることとなる。

図１中の（Ｂ）で示す油逃がし手段の変形例１０Ｂは、他の例１０Ａ１、１０Ａ２と同様に、ドレン油路９の最下流に設けられたリリーフ弁１１を備えると共に、制御バルブ５が、可変容量ポンプ３からアクチュエータ６への油路ＰＣ及びアクチュエータ６から作動油タンク８への油路ＣＴが開く前にドレン油路９を閉じるように構成されていることが大きな特徴である（図４参照）。

したがって、コントローラ７は、可変容量ポンプ３からアクチュエータ６への油路ＰＣ及びアクチュエータ６から作動油タンク８への油路ＣＴが開く前にドレン油路９を閉じる制御をしなくとも、上述した吐出圧制御Ｃ１だけをすればよく、制御系の簡素化が図れる。
そして、図１中の（Ｃ）で示す油逃がし手段の変形例１０Ｃは、ドレン油路９の最下流に、コントローラ７でドレン油路９の開度を調節可能な電磁比例弁１３を備えている。

この電磁比例弁１３は、エンジン２の始動時には開閉指令部７ｃからの開き出力信号Ｄ２によってドレン油路９を開く。
また、上述の変形例１０Ａ１、１０Ａ２、１０Ｂの場合と同様に、可変容量ポンプ３からアクチュエータ６への油路ＰＣ及びアクチュエータ６から作動油タンク８への油路ＣＴが開く前（操作入力信号Ｈ２）、又はエンジン２の始動後（始動後入力信号Ｈ５）には、開閉指令部７ｃからの閉じ出力信号Ｄ３によってドレン油路９を閉じる。

なお、ドレン油路９を閉じる際に、電磁比例弁１３を徐々に閉じることによって、油圧システム１内にサージ圧が立つことを防止できる。
また、電磁比例弁１３の代わりに、パイロット圧による比例弁や、上述した切替弁１２であってもよい。切替弁１２の場合、開き出力信号Ｄ２及び閉じ出力信号Ｄ３を受けるタイミングは、上述した電磁比例弁１３と同様である。

これまで述べた油逃がし手段１０は、エンジン始動時だけでなく、制御バルブ５の中立時で且つ作動油の温度が所定温度Ｔ（例えば０℃から２０℃）以下である時に、ドレン油路９を開くこととしてもよい。
これは、寒冷地等で作業機２１を使用する場合など、制御バルブ５が低温であっても、第１実施形態においては、ドレン油路９が制御バルブ５内部を通るように配備されており、油圧システム１に作動油の温度を（温度入力信号Ｈ６で）電気的に検出する温度センサ１４を設ければ、スプール１５を操作する前に内部に作動油を流して制御バルブ５をヒートアップさせることが可能となり、制御バルブ５のスプール動作への影響を低減できる。

さらに、油圧システム１は、作業機（バックホー）２１で連続くい打ちや連続バケット土落し等をして制御バルブ５のスプール１５が連続して往復操作された場合に、スプール１５の中立位置への戻りに対して遅れて可変容量ポンプ３のポンプ吐出量Ｑを減らす遅延応答手段１６を有していてもよい。
この遅延応答手段１６によれば、例えば、操作レバー２８を上げ１００％→中立位置０％→下げ１００％とした際に、コントローラ７（遅延出力信号Ｄ４）でスプール１５の中
立位置への戻りに対して遅れて可変容量ポンプ３のポンプ吐出量Ｑを減らすこととなり、可変容量ポンプ３のポンプ吐出量Ｑが１００％→５０％→１００％となる。

つまり、制御バルブ５の操作量ｓが中立位置０％であれば、これに応じたポンプ吐出量Ｑは本来０となるが、遅延応答手段１６によってポンプ吐出量Ｑが０まで下がりきらずに、制御バルブ５の中立時であっても最大ポンプ吐出量Ｑｍａｘの５０％の作動油が吐き出されることを意味する。
このように制御バルブ５の操作量ｓに応じたポンプ吐出量Ｑを越える作動油（超過作動油）が可変容量ポンプ３から吐き出される時にも、油逃がし手段１０でドレン油路９を開くこととしてもよい。

これによって、連続くい打ち動作等で制御バルブ５のスプール１５が連続往復動作される場合に、スプール１５が中立位置に戻ってもポンプ吐出量Ｑが０とはならないために、往復動作の応答性が向上すると共に、制御バルブ５の操作量ｓに応じたポンプ吐出量Ｑを越える超過作動油が吐き出されても、作動油をタンク８に逃がして、油圧システム１内の昇圧を抑えることが可能となる。

図２は、本発明の第２実施形態に係る油圧システム１を示している。
第２実施形態は、第１実施形態と異なり、ドレン油路９は、制御バルブ５を通らずに、可変容量ポンプ３の吐出口３ａから油逃がし手段１０を介して直接タンク８に連通している点が特徴である。
これによって、制御バルブ５がセンタークローズド型であっても、油逃がし手段１０を設けることが可能となり、エンジン始動時の負荷低減や、制御バルブ５のヒートアップ、連続くい打ち等の応答性向上が実現する。

その他の油圧システム１の構成、作用効果及び使用態様は、第１実施形態と同様である。
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。作業機の油圧システム１等の各構成又は全体の構造、形状、寸法などは、本発明の趣旨に沿って適宜変更することができる。

可変容量ポンプ３は、油圧によって出退するポンプアクチュエータ１８で傾斜板１８を調整して容量を変化させる油圧式であるが、エンジン２等からギアなどの機械的な伝達機構で駆動力を伝えて傾斜板１８を調整する機械式や、リニア駆動アクチュエータ等の電気的な機構で容量を変化させる電気式などであってもよい。
制御バルブ５は、パラレル型であったが、上流側の制御バルブ５のセンターポート出力から、下流側の制御バルブ５のＰポートが順次分岐しているタンデム型であってもよい。

このとき、上述した切替弁１２は、ドレン油路９における各制御バルブ５間でなければ、吐出回路４の吐出口４ａの直後や、リリーフ弁１１直後のドレン油路９の最下流に設けてもよい。
中立指令吐出圧ＳＰ’は３５（Ｋｇｆ／ｃｍ²）とし、リリーフ弁１１の所定のリリー
フ圧Ｒは４０（Ｋｇｆ／ｃｍ²）としていたが、中立指令吐出圧ＳＰ’３０（Ｋｇｆ／ｃ
ｍ²）に対してリリーフ圧Ｒを３５（Ｋｇｆ／ｃｍ²）とするなど、リリーフ圧Ｒが中立指令吐出圧ＳＰ’よりも高く設定されていればよい。

１ 作業機の油圧システム
２ エンジン
３ 可変容量ポンプ
４ 吐出回路
５ 制御バルブ
６ アクチュエータ
７ コントローラ
８ 作業油タンク
９ ドレン油路
１０ 油逃がし手段
１１ リリーフ弁
１２ 切替弁
１５ 制御バルブのスプール
１６ 遅延応答手段
Ｑ 可変容量ポンプのポンプ吐出量
Ｐ 可変容量ポンプのポンプ吐出圧
ｓ 制御バルブの操作量
Ｂ 予定のブリードオフ面積値
ＳＰ 指令吐出圧
ＰＣ 可変容量ポンプからアクチュエータへの油路
ＣＴ アクチュエータから作動油タンクへの油路
Ｒ 所定のリリーフ圧
Ｔ 所定温度

Claims (6)

1. エンジン（２）駆動式で且つポンプ吐出量（Ｑ）を調整可能な可変容量ポンプ（３）の吐出回路（４）と、この吐出回路（４）に制御バルブ（５）を介して接続されたアクチュエータ（６）と、前記可変容量ポンプ（３）から吐き出される作動油のポンプ吐出圧（Ｐ）を制御するコントローラ（７）とを備え、
   このコントローラ（７）は、前記可変容量ポンプ（３）から吐き出される作動油の一部を作動油タンク（８）に戻すことなく該作動油を前記アクチュエータ（６）に送るべく、前記可変容量ポンプ（３）の設定吐出量ＳＱと、可変容量ポンプ（３）の実際のポンプ吐出量Ｑと、前記制御バルブ（５）の操作量（ｓ）から算出した予定のブリードオフ面積値Ｂと、流量係数Ｋｑとから、可変容量ポンプ（３）の指令吐出圧ＳＰを下記計算式で求め、
   ＳＰ＝｛（ＳＱ−Ｑ）／（Ｋｑ×Ｂ）｝ ²
   この指令吐出圧ＳＰに基づいて算出される圧力出力信号（Ｄ１）によって前記ポンプ吐出圧（Ｐ）を制御する作業機の油圧システムであって、
   前記吐出回路（４）の作動油を作動油タンク（８）に排油させるドレン油路（９）を有し、
   このドレン油路（９）に、前記エンジン（２）の始動時にドレン油路（９）を開く油逃がし手段（１０）を備えており、
   この油逃がし手段（１０）は、制御バルブ（５）の中立時における前記指令吐出圧ＳＰよりも高いリリーフ圧（Ｒ）に設定されていると共にエンジン（２）の始動時に可変容量ポンプ（３）から吐き出される作動油を作動油タンク（８）に逃がすべく開くリリーフ弁（１１）と、このリリーフ弁（１１）の上流側に配置されていて、エンジン（２）の始動時に開いており、且つ可変容量ポンプ（３）からアクチュエータ（６）への油路（ＰＣ）及びアクチュエータ（６）から作動油タンク（８）への油路（ＣＴ）が開く前に閉じるように前記コントローラ（７）によって制御される切替弁（１２）とを有することを特徴とする作業機の油圧システム。
2. 前記切替弁（１２）は、付勢バネ（１２ｂ）によって閉じ方向に付勢され、コントローラ７からの出力信号（Ｄ２）によって開くよう構成されていることを特徴とする請求項１に記載の作業機の油圧システム。
3. 前記切替弁（１２）は、付勢バネ（１２ｂ）によって開き方向に付勢され、コントローラ７からの出力信号（Ｄ２）によって閉じるよう構成されていることを特徴とする請求項１に記載の作業機の油圧システム。
4. エンジン（２）駆動式で且つポンプ吐出量（Ｑ）を調整可能な可変容量ポンプ（３）の吐出回路（４）と、この吐出回路（４）に制御バルブ（５）を介して接続されたアクチュエータ（６）と、前記可変容量ポンプ（３）から吐き出される作動油のポンプ吐出圧（Ｐ）を制御するコントローラ（７）とを備え、
   このコントローラ（７）は、前記可変容量ポンプ（３）から吐き出される作動油の一部を作動油タンク（８）に戻すことなく該作動油を前記アクチュエータ（６）に送るべく、前記可変容量ポンプ（３）の設定吐出量ＳＱと、可変容量ポンプ（３）の実際のポンプ吐出量Ｑと、前記制御バルブ（５）の操作量（ｓ）から算出した予定のブリードオフ面積値Ｂと、流量係数Ｋｑとから、可変容量ポンプ（３）の指令吐出圧ＳＰを下記計算式で求め、
   ＳＰ＝｛（ＳＱ−Ｑ）／（Ｋｑ×Ｂ）｝ ²
   この指令吐出圧ＳＰに基づいて算出される圧力出力信号（Ｄ１）によって前記ポンプ吐出圧（Ｐ）を制御する作業機の油圧システムであって、
   前記吐出回路（４）の作動油を作動油タンク（８）に排油させるドレン油路（９）を有し、
   このドレン油路（９）に、前記エンジン（２）の始動時にドレン油路（９）を開く油逃がし手段（１０）を備えており、
   前記制御バルブ（５）は、内部にドレン油路（９）が通っていて、前記可変容量ポンプ（３）からアクチュエータ（６）への油路（ＰＣ）及びアクチュエータ（６）から作動油タンク（８）への油路（ＣＴ）が開く前にドレン油路（９）を閉じるように構成され、
   前記油逃がし手段（１０）は、前記ドレン油路（９）の制御バルブ（５）下流に設けられていて制御バルブ（５）の中立時における前記指令吐出圧ＳＰよりも高いリリーフ圧（Ｒ）に設定されていると共にエンジン（２）の始動時に可変容量ポンプ（３）から吐き出される作動油を作動油タンク（８）に逃がすべく開くリリーフ弁（１１）を有することを特徴とする作業機の油圧システム。
5. 前記油逃がし手段（１０）は、前記制御バルブ（５）の中立時で且つ作動油の温度が所定温度（Ｔ）以下である時にも前記制御バルブ（５）を通るドレン油路（９）を開いて制御バルブ（５）内で作動油を流すことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の作業機の油圧システム。
6. 前記制御バルブ（５）におけるスプール（１５）を連続して往復操作した場合にスプール（１５）の中立位置への戻りに対して遅れて可変容量ポンプ（３）のポンプ吐出量（Ｑ）を減らす遅延応答手段（１６）を有していて、
   前記油逃がし手段（１０）は、前記スプール（１５）の戻りに遅れてポンプ吐出量（Ｑ）を減らすことで制御バルブ（５）の操作量（ｓ）に応じたポンプ吐出量（Ｑ）を越える超過作動油が吐き出される時にもドレン油路（９）を開くことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の作業機の油圧システム。

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