JP6162574B2

JP6162574B2 - 油圧装置

Info

Publication number: JP6162574B2
Application number: JP2013225298A
Authority: JP
Inventors: 隆之徳原; 小松　正和; 正和小松; 高橋　努; 努高橋
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2013-10-30
Filing date: 2013-10-30
Publication date: 2017-07-12
Anticipated expiration: 2033-10-30
Also published as: JP2015086771A

Description

本発明は、作業車両の油圧機器に作動油を送油する油圧ポンプのロス馬力を低減する油圧装置の技術に関する。

従来、作業車両に搭載される油圧アクチュエータと、該油圧アクチュエータに圧油を送油する油圧ポンプとの間の油路長を短くしたり、油圧系を小型化したりするために、油圧ポンプを電動モータにより駆動する技術が公知となっている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２−２１０８４０号公報

前記従来の技術では、第１ポンプからの作動油は、前輪のステアリング作動を行うステアリングユニットと、油圧変速ユニットやＰＴＯクラッチに供給され、第２ポンプからの作動油は、昇降シリンダやローリングシリンダに供給され、第１ポンプ及び第２ポンプはそれぞれ電動モータからなる第１ポンプモータと第２ポンプモータとにより駆動される構成としていた。前記第１ポンプモータと第２ポンプモータは、油圧アクチュエータを作動させるときのみ駆動するように制御することにより電力の無駄な消費をなくすことを可能としている。しかし、エンジン始動前では、油圧ポンプが作動していないために、油圧クラッチや油圧モータやトランスミッションには潤滑油が十分届いていないために始動時の負荷が大きくなっていた。

本発明は、以上の如き状況に鑑みてなされたものであり、低圧の作動油で十分な油圧機器や潤滑には、電動モータにより駆動される油圧ポンプを用いて作動油を供給し、始動時の負荷を軽減し、ロス馬力を低減できる作業車両の油圧装置を提供する。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

請求項１においては、油圧シリンダや油圧クラッチ等の油圧アクチュエータに作動油を圧送する高圧型の油圧ポンプと、動力伝達系の歯合部や摺動部へ潤滑油を送油する低圧型の油圧ポンプとを備える作業車両の油圧装置であって、高圧型の油圧ポンプのポンプ軸はエンジンに接続して駆動されるとともに、低圧型の油圧ポンプのポンプ軸は電動モータに接続されて駆動され、前記低圧型の油圧ポンプは潤滑油ポンプとオイルクーラポンプからなり、前記潤滑油ポンプとオイルクーラポンプは並列に配置して、それぞれ電磁クラッチを介して電動モータと接続され、前記潤滑油ポンプの他側のポンプ軸はワンウェイクラッチを介してエンジンの出力軸と連結されるものである。

請求項２においては、前記低圧型の油圧ポンプからなる潤滑油ポンプのポンプ軸は、キースイッチをオンとすると、前記電磁クラッチを「接」として電動モータにより駆動され、前記エンジンが始動されてエンジンの回転数が電動モータの出力回転数以上になると、前記ワンウェイクラッチを介してエンジンにより駆動され、前記電磁クラッチは「断」とされるものである。

以上のような手段を用いることにより、無駄に油圧ポンプを駆動することなく、ロス馬力を低減できる。

トラクタの概略側面図。駆動系の概略を示す図。油圧回路図。低圧油圧ポンプの制御ブロック図。他の実施形態の制御ブロック図。他の実施形態の駆動系の概略を示す図。

まず、図１より電動モータにより駆動される低圧の油圧ポンプを具備した作業車両の一例としてトラクタ１の全体構成について説明する。ボンネット２内にエンジン３が内設され、該ボンネット２の後部にステアリングハンドル４が設けられ、該ステアリングハンドル４の後方に運転席５が配設されている。

前記エンジン３の後部にはクラッチハウジング１９を介してミッションケース６と連設され、該ミッションケース６の両側にリアアクスルケース８・８が連設される。該リアアクスルケース８・８には車軸を介して後輪１０・１０が支承され、前記エンジン３を支持するフロントフレームにはフロントアクスルケース７が支持され、該フロントアクスルケース７の両側に前輪９・９が支承される。

前記フロントアクスルケース７近傍にパワーステアリングシリンダ２１が配置され、前輪９・９が旋回回動される。図３に示すように、ステアリングハンドル４の旋回操作はパワーステアリング装置２０によってアシストされる。パワーステアリング装置２０は、パワーステアリングシリンダ２１、方向切換バルブ２２、メータリングポンプ２３、チェックバルブ２４等を備える。

パワーステアリングシリンダ２１は、シリンダチューブがフロントアクスルケース７に固定され、ピストンロッド先端が図示しないナックルアームに枢結される。但し、パワーステアリングシリンダ２１は本実施形態では両ロッド型としているが片ロッド型とすることも可能である。方向切換バルブ２２とメータリングポンプ２３は一つのユニットに構成されてステアリングハンドル４のハンドル軸基部に配設され、方向切換バルブ２２の二次側にパワーステアリングシリンダ２１とメータリングポンプ２３が油圧配管を介して接続される。方向切換バルブ２２の一次側は作動油タンク３２と油圧ポンプ３０と油圧配管を介して接続されている。

方向切換バルブ２２のスプールはバネによって中立位置側に付勢されとともに、ステアリングハンドル４のハンドル軸と連動連結され、かつ、前記メータリングポンプ２３のフィードバック系となる出力軸とも連結されている。

こうして、旋回時にステアリングハンドル４を回転操作すると、方向切換バルブ２２が中立位置から旋回位置に切り換えられ、油圧ポンプ３０からの圧油が方向切換バルブ２２を介してメータリングポンプ２３を駆動してフィードバックし、更に、パワーステアリングシリンダ２１の一方の油室に圧油が送油されてピストンロッドが左右一側に移動してナックルアームを介して前輪９・９を旋回回動する。

また、トラクタ１の後部には、作業機装着装置１５が配置され、該作業機装着装置１５に作業機１１を装着して作業を可能としている。

図１、図３に示すように、前記ミッションケース６の上面には油圧ケース１２が載置固定され、油圧ケース１２内に油圧シリンダ１３を収納している。油圧ケース１２の両側から油圧シリンダ１３の伸縮により回動されるリフトアーム１４・１４が後方に突出されている。このような構成において、運転席５の側部に設けた昇降操作手段を操作することで油圧シリンダが伸縮され、リフトアーム１４・１４が昇降回動され、作業機１１を昇降することができる。

図３に示すように、前記油圧シリンダ１３の昇降動作を制御するポジションバルブ１６が分流弁３１を介して油圧ポンプ３０の吐出側に接続されている。前記油圧ポンプ３０は、作動油タンク３２に貯留した作動油をフィルタ３３を介して汲み上げ、汲み上げられた作動油は、油圧ポンプ３０から吐出されて、分流弁３１を介してポジションバルブ１６と傾斜用切換バルブ３５へと圧送されるように構成している。

ポジションバルブ１６へ圧送された作動油は、上昇用電磁バルブ２５及び下降用電磁バルブ２６の開閉操作によって制御され、これによりリフトアーム１４の昇降回動動作が行われる。即ち、リフトアーム１４を上昇回動させる場合には、上昇用電磁バルブ２５を閉じ、且つ、下降用電磁バルブ２６を閉じる。このとき、上昇用ポペット弁２７が閉じた状態、且つ、下降用ポペット弁２８が閉じた状態となって、該ポジションバルブ２０へ圧送された作動油が、油圧シリンダ１３に送油されて伸長させるとともに、リフトアーム１４を上昇回動させる。

一方、リフトアーム１４を下降回動させる場合には、上昇用電磁バルブ２５を開き、且つ、下降用電磁バルブ２６を開く。このとき、上昇用ポペット弁２７が開いた状態、且つ、下降用ポペット弁２８が開いた状態となって、油圧シリンダ１３内の作動油が、下降用ポペット弁２８を通じて作動油タンク３２内に流れ、油圧シリンダ１３は縮小し、リフトアーム１３が下降回動することとなる。

また、上昇用電磁バルブ２５及び下降用電磁バルブ２６を切り換え操作しない状態では、リフトアーム１４は昇降動作が停止される。つまり、上昇用電磁バルブ２５は開き、下降用電磁バルブ２６は閉じられているため、上昇用ポペット弁２７は開き、下降用ポペット弁２８は閉じた状態となり、油圧ポンプ３０からの作動油は上昇用ポペット弁２７から作動油タンク３２へドレンされ、油圧シリンダ１３内の作動油は下降用ポペット弁２８とチェック弁２９で止められて作動油タンク３２へドレンされず、リフトアーム１４は昇降せずに停止状態となる。

また、前記分流弁３１には切換バルブ３５、チェック弁３６・３７を介して傾斜シリンダ３８と接続されている。傾斜シリンダ３８は作業機装着装置１５におけるロワアームとリフトアーム１４との間に介装され、切換バルブ３５は電磁弁で構成され、対地角度を検知して切換バルブ３５を切り換え制御することにより傾斜シリンダ３８を伸縮させて、作業機１１を水平に制御したり、所望の傾斜角度に維持したりすることを可能としている。

次に、前記ミッションケース６内に収納される変速装置について説明する。変速装置は、図２に示すように、主変速装置４１や副変速装置４２や前輪増速装置４３等からなり、エンジン３の出力軸（クランク軸）からダンパー４０を介して入力軸４４に伝達された動力を変速してリヤデフ装置４５を介して後輪１０を駆動可能とし、また、変速後の動力をフロントデフ装置４６を介して前輪９を駆動可能としている。また、入力軸４４の後端からＰＴＯクラッチ４７を介してＰＴＯ変速装置４８に動力を伝達して変速し、ミッションケース６の後面より後方に突出したＰＴＯ軸４９に動力を伝達可能としている。

前記主変速装置４１は、ＨＳＴ５１と遊星歯車機構５２と高速クラッチ５３と低速クラッチ５４と後進クラッチ５５からなる。ＨＳＴ５１は可変容量型の油圧ポンプ５６と固定容量型の油圧モータ５７からなり、入力軸４４に伝えられた動力により油圧ポンプ５６を駆動し、油圧ポンプ５６からの圧油により油圧モータ５７が作動され、油圧ポンプ５６の斜板角を変更することにより吐出量及び吐出方向を変更して、油圧モータ５７の回転数および回転方向を変更可能としている。

前記遊星歯車機構５２は、サンギヤ、インターナルギヤ、プラネタリギヤを備え、サンギヤにはエンジン３からの動力が伝達され、インターナルギヤにはＨＳＴ５１で変速した後の動力が伝達されて、合成した動力がプラネタリギヤより出力される。プラネタリギヤからは高速クラッチ５３または低速クラッチ５４または後進クラッチ５５を介して副変速装置４２に動力が伝達され、変速後にリヤデフ装置４５から後輪１０、及び、前輪増速装置４３を介してフロントデフ装置４６から前輪９に動力が伝達される。

そして、前記入力軸４４からは歯車５９を介して前記油圧ポンプ３０に動力が伝達されて駆動され、図３に示すように、油圧ポンプ３０からパワーステアリング装置２０、油圧シリンダ１３、傾斜シリンダ３８に圧油を送油して駆動可能とし、ＨＳＴ５１の閉回路にも圧油を送油してチャージ油圧を供給している。

但し、主変速装置４１の構成は前記油圧・機械式変速装置（ＨＭＴ）に限定するものではなく、図６に示すような、油圧ポンプと油圧モータを直列に配置した油圧・機械式変速装置（Ｉ−ＨＭＴ）としたり、有段変速を油圧クラッチ（パワークラッチ）で切り換える方式であってもよく限定するものではない。また、前後進切換装置を設ける構成とすることもできる。

そして、図３、図４に示すように、本実施形態では、前記高速クラッチ５３、低速クラッチ５４、後進クラッチ５５、ＰＴＯクラッチ４７、前輪増速クラッチ４３ａ・４３ｂの湿式クラッチの摺動部や、後輪を制動する湿式ブレーキ７５の摺動部や、動力伝達系の副変速装置４２や遊星歯車機構５２等の歯合部に潤滑油を送油するための潤滑油ポンプ６１がミッションケース６に取り付けられている。潤滑油ポンプ６１のポンプ軸６１ａは電動モータ６２の出力軸に連結されて駆動され、電動モータ６２は制御装置６５と接続されて制御される。また、作動油タンク３２内の作動油をオイルクーラ５８に送油するクーラポンプ６３はクーラ用電動モータ６４により駆動される。潤滑やオイルクーラ５８への送油は低圧の油圧ポンプで足りるため、電動モータで駆動する構成としている。この電動モータ６２・６４は小型で構成できるため安価に得られる。また、電動モータ６２及び潤滑油ポンプ６１はエンジン３近傍に配置する必要がないため潤滑位置に近い位置に配置することが可能であり配管を短くでき、設置位置が限定されない。クーラポンプ６３も作動油タンク３２近傍に配置することができ配管を短くでき、放熱性の高い位置に配置することができる。なお、作動油タンク３２はミッションケース６と兼用することができ、別構成とすることもできる。

前記潤滑用電動モータ６２及びクーラ用電動モータ６４は制御装置６５と接続され、該制御装置６５にはキースイッチ６６、回転センサ６７、油温センサ６８、電磁クラッチ６９と接続されている。回転センサ６７はクランク軸（入力軸４４）の回転数を検知する。油温センサ６８は作動油タンク３２内の作動油の温度を検知する。電磁クラッチ６９はエンジン３の出力軸３ａと潤滑油ポンプ６１のポンプ軸６１ａとの間に配置され、動力の断接を可能としている。

前記潤滑用電動モータ６２及びクーラ用電動モータ６４の駆動制御について説明する。制御装置６５は、キースイッチ６６がオンに操作されると、電動モータ６２が駆動されて、高速クラッチ５３、低速クラッチ５４、後進クラッチ５５、ＰＴＯクラッチ４７、前輪増速クラッチ４３ａ・４３ｂや湿式ブレーキ７５や副変速装置の歯車等の摺動部や歯合部に潤滑油が送油される。そして、キースイッチ６６が始動位置に操作されるとスタータが作動されクランク軸（出力軸３ａ）が回転される。このクランク軸の回転初期は、従来では十分潤滑されていない状態で回転されるため負荷が大きくなっていた。しかし本実施形態では、キースイッチ６６をオンすると、電動モータ６２が駆動されて潤滑が開始されるため、エンジン始動時の負荷を軽減することができる。

そして、制御装置６５は、エンジン３が始動され、回転センサ６７で検知した値が設定回転数以上となると、電磁クラッチ６９を「接」として、潤滑油ポンプ６１をエンジン３により駆動すると同時に、電動モータ６２の作動を停止する。なお、前記設定回転はエンジン３の回転が安定するアイドリング回転数以上とする。

こうして、設定回転数以上になると、潤滑油ポンプ６１はエンジン３により駆動され、電動モータ６２は停止されるため、始動後は無駄に電力を消費することなく、回転数に応じた潤滑油量を供給することが可能となる。なお、エンジン３が低回転の場合において、潤滑油が不足していると考えられる場合には、手動で潤滑するように構成することもできる。つまり、スイッチを制御装置６５と接続して、手動操作すると潤滑用電動モータ６２を駆動させ、電磁クラッチ６９を「断」とし、潤滑油を確保するのである。また、不足と感じる場合には、潤滑用電動モータ６２の回転数を任意に変更する構成とすることもできる。つまり、ボリューム等を制御装置６５と接続して調節可能に構成し、潤滑用電動モータ６２の回転数を増加させて潤滑油量を更に増加させるようする。

また、制御装置６５は、作動油の油温を油温センサ６８により検知して、設定温度未満（低温）であると前記電動モータ６４を作動させず、設定温度以上となると電動モータ６４を作動する。電動モータ６４の駆動により作動油がオイルクーラ５８に送油されて冷却され、設定温度未満になると電動モータ６４は停止される。こうして、クーラポンプ６３は低温時に駆動されないため、作動油が冷えすぎることを防止している。

また、電動モータ６２のみにより、潤滑とオイルの冷却をすることができる。図５に示すように、電動モータ６２の出力軸７１には電磁クラッチ７３を介して、潤滑油ポンプ６１のポンプ軸６１ａが連結されて駆動可能とされる。ポンプ軸６１ａの他端にはワンウェイクラッチ７７を介してエンジン３の出力軸３ａと連結される。前記出力軸７１と平行に第二駆動軸７２が設けられ、該第二駆動軸７２は歯車よりなる伝動機構７４を介して駆動される。第二駆動軸７２には電磁クラッチ７６を介してクーラポンプ６３のポンプ軸６３ａと接続されて駆動可能とされ、潤滑油ポンプ６１とクーラポンプ６３はそれぞれ電動モータ６２により駆動可能としている。電動モータ６２、回転センサ６７、油温センサ６８、電磁クラッチ７３・７６は制御装置６５と接続されている。

このような構成において、キースイッチ６６をオフとした状態では、電動モータ６２は停止され電磁クラッチ７３・７６は「断」とされている。キースイッチ６６をオンとすると、制御装置６５は電磁クラッチ７３を「接」とし、潤滑油ポンプ６１を駆動する。このとき、エンジン３は停止しているため、ワンウェイクラッチ７７は空回りしている。エンジン３が始動されエンジン３の回転数が、電動モータ６２の出力回転数以上となると、ワンウェイクラッチ７７を介して潤滑油ポンプ６１はエンジン３により駆動され、制御装置６５は、電磁クラッチ７３を「断」とする。

また、制御装置６５は、作動油の温度が設定温度以上となると、電磁クラッチ７６が「接」とされ、電動モータ６２が作動され、クーラポンプ６３が駆動される。こうして、必要に応じて電動モータ６２が駆動され、電磁クラッチ７３・７６が断接される。

以上のように、油圧シリンダ１３・３８や油圧クラッチ４７・５３・５４・５５等の油圧アクチュエータに作動油を圧送する高圧型の油圧ポンプ３０と、動力伝達系の歯合部や摺動部へ潤滑油を送油する低圧型の油圧ポンプとを備える作業車両であって、高圧型の油圧ポンプ３０のポンプ軸３０ａはエンジン３に接続して駆動されるとともに、低圧型の油圧ポンプのポンプ軸は電動モータ６２に接続されて駆動されるので、低圧型の油圧ポンプはエンジン３からの駆動系に縛られることなく、潤滑部分に近い場所に配置することが可能となり、配管距離を短くすることができて、安価な配管構成とすることができ、油路抵抗も低減でき、小さなモータで駆動することができ、ロス馬力を低減できる。また、電動モータで油圧ポンプを駆動するため、簡単に駆動制御ができ、必要に応じて作動させることができ、無駄な電力消費を抑えることができる。また、高圧型の油圧ポンプ３０から分流させる必要がないため、分流弁や絞り弁等をなくすことができる。

また、前記低圧型の油圧ポンプは潤滑油ポンプ６１からなり、潤滑油ポンプ６１のポンプ軸６１ａはクラッチ６９を介してエンジン３と接続され、前記電動モータ６２はエンジン３が設定回転未満で作動され、エンジン３が設定回転以上になると、クラッチ６９を「接」としてエンジンにより駆動し、電動モータ６２をオフとするので、エンジン始動前に潤滑部に潤滑でき、エンジン始動時の負荷を低減でき、エンジン始動性を向上できる。また、エンジン始動後は電動モータ６２を停止するで、無駄に電力を消費することがない。

また、前記低圧型の油圧ポンプは潤滑油ポンプ６１とオイルクーラポンプ６３からなり、該潤滑油ポンプ６１とオイルクーラポンプ６３は並列に配置して、それぞれ電磁クラッチ７３・７６を介して電動モータ６２と接続され、潤滑油ポンプ６１の他側のポンプ軸６１ａはワンウェイクラッチ７７を介してエンジン３の出力軸３ａと連結されるので、一つの電動モータ６２により潤滑油ポンプ６１とオイルクーラポンプ６３を駆動することが可能となり、安価に低圧ポンプを駆動することができる。

３エンジン
３ａ出力軸
１３・３８油圧シリンダ
３０油圧ポンプ
３０ａポンプ軸
４７・５３・５４・５５油圧クラッチ
６１潤滑油ポンプ
６１ａポンプ軸
６２電動モータ
６３オイルクーラポンプ
６９クラッチ
７３・７６電磁クラッチ
７７ワンウェイクラッチ

Claims

油圧シリンダや油圧クラッチ等の油圧アクチュエータに作動油を圧送する高圧型の油圧ポンプと、動力伝達系の歯合部や摺動部へ潤滑油を送油する低圧型の油圧ポンプとを備える作業車両の油圧装置であって、
高圧型の油圧ポンプのポンプ軸はエンジンに接続して駆動されるとともに、
低圧型の油圧ポンプのポンプ軸は電動モータに接続されて駆動され、
前記低圧型の油圧ポンプは潤滑油ポンプとオイルクーラポンプからなり、
前記潤滑油ポンプとオイルクーラポンプは並列に配置して、それぞれ電磁クラッチを介して電動モータと接続され、
前記潤滑油ポンプの他側のポンプ軸はワンウェイクラッチを介してエンジンの出力軸と連結される
ことを特徴とする油圧装置。
前記低圧型の油圧ポンプからなる潤滑油ポンプのポンプ軸は、キースイッチをオンとすると、前記電磁クラッチを「接」として電動モータにより駆動され、
前記エンジンが始動されてエンジンの回転数が電動モータの出力回転数以上になると、前記ワンウェイクラッチを介してエンジンにより駆動され、前記電磁クラッチは「断」とされる
ことを特徴とする請求項１に記載の油圧装置。