JP6198620B2

JP6198620B2 - 油圧ユニット

Info

Publication number: JP6198620B2
Application number: JP2014015109A
Authority: JP
Inventors: 冨田　庸公; 庸公冨田; 栗本　真司; 真司栗本; 晃稔浦野
Original assignee: Nippon Sharyo Ltd
Current assignee: Nippon Sharyo Ltd
Priority date: 2014-01-30
Filing date: 2014-01-30
Publication date: 2017-09-20
Anticipated expiration: 2034-01-30
Also published as: JP2015140755A

Description

本発明は、油圧ユニットに関し、詳しくは、ディーゼルエンジンで油圧ポンプを駆動してアクチュエータに作動油を供給する油圧ユニットに関する。

油圧ポンプの駆動源としてディーゼルエンジンを使用した油圧ユニットは、クレーンや杭打機、油圧ショベルなどの各種機器に搭載されているが、作業内容によっては、軽負荷（低負荷）で長時間、運転を継続する場合がある。一方、駆動源となるディーゼルエンジンは、軽負荷での運転が継続すると、排ガス温度の低下によってディーゼル微粒子捕集フィルター（ＤＰＦ）における粒子状物質（ＰＭ）の処理が行えなくなり、ＤＰＦ内にＰＭが堆積して目詰まりを生じることがある。

このため、エンジン制御器（ＥＣＵ）が必要と判断したときに、自動的にエンジンの負荷を増大させて排ガスの温度を上昇させ、ＰＭを処理してＤＰＦの目詰まりを解消する再生操作が行われている。エンジンの負荷を増大させる手段の一つとして、複数のコントロールバルブの未使用コントロールバルブ及びコントロールバルブの未使用ポジションを活用して回路圧を上昇させ、油圧負荷を増加させた状態にすることで排ガス温度を上昇させるＤＰＦ強制再生回路が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１１−１１２００４号公報

しかし、特許文献１に記載されたものでは、作業用の油圧ポンプ及び油圧回路に回路圧上昇用の回路を組み込んでいるため、作業中にＤＰＦの再生が自動的に始まると、回路圧上昇用の回路が作動して作業中の油圧ポンプに回路圧上昇用の負荷が加算されることになり、圧力の上昇によって油圧ポンプに馬力制御が掛かると流量が減少するため、作業速度が低下してしまうおそれがあった。すなわち、ＤＰＦの自動再生が作業に悪影響を及ぼすことがある。

そこで本発明は、作業中にＤＰＦの自動再生が始まった場合でも、作業に悪影響を与えることがなく、エンジンに余分な負荷が掛からないようにして燃費の向上も図ることができる油圧ユニットを提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明の油圧ユニットは、第１の構成として、エンジン制御器によって制御されるディーゼルエンジンで油圧ポンプを駆動してアクチュエータに作動油を供給する油圧ユニットにおいて、前記ディーゼルエンジンで駆動されるＤＰＦ再生用油圧ポンプを設け、該ＤＰＦ再生用油圧ポンプの吐出側を、電磁比例リリーフバルブ及びオイルクーラを介してオイルタンクに接続するとともに、前記エンジン制御器からの信号に基づいて前記電磁比例リリーフバルブの設定圧力を調節するリリーフバルブ制御手段を設けたことを特徴としてる。

さらに、第１の構成において、前記リリーフバルブ制御手段は、前記エンジン制御器からエンジンの回転数及びトルクの情報を受信するエンジン情報受信部と、受信した回転数及びトルクから現在のエンジンの出力を算出し、算出した現在のエンジンの出力と、あらかじめ設定されたＤＰＦ再生に必要なエンジンの設定出力とを比較し、該設定出力に対して現在の出力が低いときには前記電磁比例リリーフバルブの設定圧力を高くし、設定出力に対して現在の出力が高いときには前記電磁比例リリーフバルブの設定圧力を維持する又は低くするバルブ制御部とを備えていることを特徴としている。

また、本発明の油圧ユニットの第２の構成は、エンジン制御器によって制御されるディーゼルエンジンで油圧ポンプを駆動してアクチュエータに作動油を供給する油圧ユニットにおいて、前記ディーゼルエンジンで駆動されるＤＰＦ再生用可変容量型油圧ポンプを設け、該ＤＰＦ再生用可変容量型油圧ポンプの吐出側を、アンロード機能付きリリーフバルブ及びオイルクーラを介してオイルタンクに接続するとともに、前記エンジン制御器からの信号に基づいて前記ＤＰＦ再生用可変容量型油圧ポンプの容量を制御するポンプ容量制御手段と、前記アンロード機能付きリリーフバルブをアンロード状態と作動状態とに切り替えるリリーフバルブ制御手段とを設けたことを特徴としている。

さらに、第２の構成において、前記ポンプ容量制御手段は、前記エンジン制御器からエンジンの回転数及びトルクの情報を受信するエンジン情報受信部と、受信した回転数及びトルクから現在のエンジンの出力を算出し、算出した現在のエンジンの出力と、あらかじめ設定されたＤＰＦ再生に必要なエンジンの設定出力とを比較し、該設定出力に対して現在の出力が低いときには前記ＤＰＦ再生用可変容量型油圧ポンプの容量を増加させ、設定出力に対して現在の出力が高いときには前記ＤＰＦ再生用可変容量型油圧ポンプの容量を維持する又は減少させるポンプ容量制御部とを備え、前記リリーフバルブ制御手段は、前記設定出力に対して現在の出力が高いときには前記アンロード機能付きリリーフバルブをアンロード状態とし、設定出力に対して現在の出力が低いときにはアンロード機能付きリリーフバルブを作動状態とすることを特徴としている。

本発明の油圧ユニットによれば、作業用の油圧ポンプとは別にＤＰＦ再生時に作動させるＤＰＦ再生専用の油圧ポンプを設け、ＤＰＦの再生を行う際に、電磁比例リリーフバルブの設定圧力を制御したり、可変容量型油圧ポンプの容量を制御したりしてエンジンに負荷を与えるようにしているので、作業中にＤＰＦの自動再生が始まっても、作業用の油圧ポンプに悪影響を与えることはなく、通常通りの作業を継続することができる。

本発明の油圧ユニットの第１形態例を示す要部の油圧回路図である。同じくリリーフバルブ制御手段のブロック図である。本発明の油圧ユニットの第２形態例を示す要部の油圧回路図である。同じくポンプ容量制御手段のブロック図である。

図１及び図２は、本発明の油圧ユニットの第１形態例を示すもので、図１は要部の油圧回路図、図２はリリーフバルブ制御手段のブロック図である。

本形態例に示す油圧ユニットは、ディーゼルエンジン（以下、エンジンという）１１によって駆動される複数の油圧ポンプを備えている。複数の油圧ポンプは、例えば、クローラクレーンに搭載された油圧ユニットの場合、通常の作業用に設置された５台の油圧ポンプ、すなわち、ウインチ用、走行用（左右）などに用いられるメインポンプ（ＰＶ１，ＰＶ２）１２，１３と、旋回用、シリンダ用、パイロット用などに用いられるサブポンプ（ＰＦ４，ＰＦ５，ＰＦ６）１４，１５，１６とに加えて、ＤＰＦの再生用として追加されたＤＰＦ再生用油圧ポンプ（Ｐ３）１７を備えている。各メインポンプ１２，１３は、馬力制御が可能な可変容量型がそれぞれ用いられ、各サブポンプ１４，１５，１６は、固定容量型がそれぞれ用いられている。ＤＰＦ再生用油圧ポンプ１７は、メインポンプ１２，１３と共に、エンジン１１の駆動軸に直結された状態で設けられている。

また、各メインポンプ１２，１３及び各サブポンプ１４，１５，１６は、図示しないコントロールバルブなどの所定の制御回路を介して所定のアクチュエータなどに作動油を供給する周知の作業用の油圧回路に組み込まれている。さらに、本形態例におけるサブポンプ１４の吐出側には、コントロールバルブ１８からオイルクーラ１９を介してオイルタンク２０に接続したオイル冷却回路２１が設けられている。

前記ＤＰＦ再生用油圧ポンプ１７の吐出側は、電磁比例リリーフバルブ２２及び前記オイルクーラ１９を介してオイルタンク２０に接続したＤＰＦ再生用回路２３が設けられている。電磁比例リリーフバルブ２２は、図２に示すリリーフバルブ制御手段であるコントローラ２４により設定圧力が制御されている。コントローラ２４は、エンジン１１を制御するエンジン制御器（ＥＣＵ）２５からエンジン１１の回転数情報２５ａ及びトルク情報２５ｂを受信するエンジン情報受信部と、受信した回転数情報及びトルク情報から現在のエンジン１１の出力を算出し、算出した現在のエンジン１１の出力と、あらかじめ設定されたＤＰＦ再生に必要なエンジン１１の設定出力とを比較し、該設定出力に対して現在の出力が低いときには前記電磁比例リリーフバルブ２２の設定圧力を高くし、設定出力に対して現在の出力が高いときには前記電磁比例リリーフバルブ２２の設定圧力を維持するか、又は、低くする信号を電磁比例リリーフバルブ２２のソレノイド（ＳＯＬ−１）２２ａに送信するバルブ制御部とを備えている。

コントローラ２４は、ＤＰＦの再生が必要ないときには、エンジン１１の運転状態に関係なく、電磁比例リリーフバルブ２２の設定圧力を最低圧力に設定する。したがって、オイルタンク２０から吸い込まれてＤＰＦ再生用油圧ポンプ１７から吐出された作動油は、全開状態の電磁比例リリーフバルブ２２をほとんど抵抗なく通過し、オイルクーラ１９を通過する際に冷却されてオイルタンク２０に戻される。すなわち、ＤＰＦ再生用油圧ポンプ１７の回路は、ＤＰＦの再生が不要な通常時は、作動油を冷却するためのオイル冷却回路として機能することになる。

一方、ＤＰＦ上流側排ガス系の圧力上昇を検出したり、軽負荷運転があらかじめ設定された時間を超えて継続したりすると、ＤＰＦの自動再生が始まる。ＤＰＦの再生を行う際には、コントローラ２４が、エンジン１１の運転状態に応じて電磁比例リリーフバルブ２２の設定圧力を調節する。例えば、エンジン情報受信部が受信したエンジン１１のトルクをＴ［ｋＮ−ｍ］、エンジン１１の回転数をＮ［ｒｐｍ］とし、エンジン１１の排気温度をＤＰＦの再生に必要な温度に上げるために必要なエンジン１１の出力（設定出力）をＬ０［ｋｗ］とした場合、バルブ制御部では、まず、受信した情報から現在のエンジン１１の出力Ｌ［ｋＷ］を、Ｌ＝２π／６０×Ｔ×Ｎによって算出する。

そして、現在のエンジン１１の出力Ｌと設定出力Ｌ０とを比較し、Ｌ＞Ｌ０の場合、すなわち、現在のエンジン１１の出力Ｌが設定出力Ｌ０を上回っている場合は、現在のエンジン１１の運転状態でＤＰＦの再生を十分に行えることから、バルブ制御部は、電磁比例リリーフバルブ２２の設定圧力Ｐ［ＭＰａ］を現在の設定圧力に維持するか、あるいは、設定圧力を低くする制御を行う。

一方、Ｌ＜Ｌ０の場合は、不足する出力Ｌ１［ｋｗ］を、Ｌ１＝Ｌ０−Ｌにより算出し、Ｌ１分の出力が発生するように電磁比例リリーフバルブ２２の設定圧力Ｐを高くする制御を行う。ここで、ＤＰＦ再生用油圧ポンプ１７の容量が、ｑ［ｃｃ／ｒｅｖ］の場合、ＤＰＦ再生用油圧ポンプ１７の流量Ｑ［Ｌ／ｍｉｎ］は、Ｑ＝ｑ×Ｎであるから、エンジンにＬ１分の出力を発生させるためには、Ｌ１＝Ｐ×Ｑ／６０から、Ｐ＝６０×Ｌ１／Ｑで求められるＰの値になるように電磁比例リリーフバルブ２２の設定圧力を調節する。これにより、エンジン１１の出力を、ＤＰＦの再生を行うための設定出力Ｌ０にすることができ、ＤＰＦの自動再生を行うことができる。

このように、ＤＰＦの自動再生を行う際に、現在のエンジン１１の出力と設定出力とを比較し、メインポンプ１２，１３などの作業用回路が何らかの作業中で、現在のエンジン１１の出力が設定出力より高くなっている場合には、現在のエンジン１１の出力でＤＰＦの再生を十分に行える状態であるから、電磁比例リリーフバルブ２２の設定圧力を維持するか、又は、低くすることにより、ＤＰＦの自動再生が始まってもエンジンに新たな負荷が加わることがないので、作業中にＤＰＦの自動再生が始まった場合でも、作業に悪影響を与えたり、エンジン１１に余分な負荷が掛かって燃料消費量が増加したりすることがない。

現在のエンジン１１の出力が設定出力より低い場合は、現在のエンジン１１の出力を設定出力に高めるため、現在のエンジン１１の出力と設定出力とに基づいて電磁比例リリーフバルブ２２の設定圧力を算出し、算出した設定圧力になるように電磁比例リリーフバルブ２２を制御することにより、必要以上にエンジン１１の出力を高くすることなくＤＰＦの自動再生を行うことができるとともに、燃料消費量の増加を抑えることができる。

また、ＤＰＦの自動再生中にメインポンプ１２，１３などの作業用回路を使用した作業が始まったときには、エンジン１１の出力が高くなり、現在のエンジン１１の出力が設定出力を上回る状態になるので、前述のように、バルブ制御部が電磁比例リリーフバルブ２２の設定圧力を低くする制御を行うことにより、エンジン１１の出力を各種アクチュエータの作業用に効率よく使用できるとともに、前記同様に、燃料消費量の増加を抑えることができる。

さらに、ＤＰＦ再生用油圧ポンプ１７を作業用の各ポンプとは別に設け、油圧回路も独立させた状態にしているので、ＤＰＦ再生用油圧ポンプ１７に負荷をかけても作業用の油圧回路の圧力が上昇することはない。したがって、ＤＰＦの自動再生を行っても、メインポンプ１２，１３に馬力制御が作用することはなく、作業用のポンプの流量が少なくなって作業速度が低下することもない。

また、ＤＰＦ再生用油圧ポンプ１７から吐出された作動油を、オイルクーラ１９を通してタンク２０に戻すことにより、ＤＰＦの再生を行っていないときのＤＰＦ再生用油圧ポンプ１７を有効に活用することができる。

図３及び図４は、本発明の油圧ユニットの第２形態例を示すもので、図３は要部の油圧回路図、図４はポンプ容量制御手段のブロック図である。なお、以下の説明において、前記第１形態例に示した油圧ユニットの構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

本形態例では、作業用に用いられる各ポンプ１２，１３，１４，１５，１６に加えて、ＤＰＦの再生用としてＤＰＦ再生用可変容量型油圧ポンプ３１を設けるとともに、該ＤＰＦ再生用可変容量型油圧ポンプ３１の吐出側に、アンロード機能付きリリーフバルブ３２及びオイルクーラ１９を介してオイルタンク２０に接続するＤＰＦ再生用回路３３を設けている。

また、制御手段として、エンジン制御器（ＥＣＵ）２５からエンジン１１の回転数情報２５ａ及びトルク情報２５ｂの情報を受信してＤＰＦ再生用可変容量型油圧ポンプ３１の容量を制御するポンプ容量制御手段と、前記アンロード機能付きリリーフバルブ３２をアンロード状態と作動状態とに切り替えるリリーフバルブ制御手段とを備えたコントローラ３４が設けられている。

ＤＰＦの再生を行っていない通常の作業中は、アンロード機能付きリリーフバルブ３２がアンロード状態に切り替えられている。したがって、ＤＰＦ再生用可変容量型油圧ポンプ３１の容量の大小やエンジン１１の運転状態に関係なく、ＤＰＦ再生用可変容量型油圧ポンプ３１から吐出された作動油は、ほとんど抵抗なくアンロード機能付きリリーフバルブ３２を通過し、オイルクーラ１９を通過してオイルタンク２０に戻される。すなわち、本形態例においても、ＤＰＦ再生用可変容量型油圧ポンプ３１からのＤＰＦ再生用回路３３は、作動油を冷却するためのオイル冷却回路として機能している。

そして、ＤＰＦ上流側排ガス系の圧力上昇や軽負荷運転の継続によってＤＰＦの自動再生が始まると、前記同様に、コントローラ３４は、エンジン制御器２５からエンジン１１の回転数情報２５ａ及びトルク情報２５ｂを受信して演算処理を行う。そして、現在のエンジン１１の出力が設定出力を上回っている場合は、アンロード機能付きリリーフバルブ３２がアンロード状態を保持するように制御される。このとき、ＤＰＦ再生用可変容量型油圧ポンプ３１の容量は任意であり、例えば、作動油の温度やオイルクーラ１９の状態に応じた流量が得られる適宜な容量に設定することができる。

また、現在のエンジン１１の出力が設定出力を下回っている場合、コントローラ３４のリリーフバルブ制御手段がアンロード機能付きリリーフバルブ３２のソレノイド（ＳＯＬ−１）３２ａに作動信号を出力してアンロード機能付きリリーフバルブ３２を作動状態とし、作動油の流れに一定の抵抗を与えるとともに、コントローラ３４のポンプ容量制御手段は、前述のようにしてエンジンにＬ１分の出力が発生するようにＤＰＦ再生用可変容量型油圧ポンプ３１の容量を調節する信号を、ソレノイド（ＳＯＬ−１）３１ａに出力する。エンジンへの負荷増加分Ｌ１は、前述の式、Ｌ１＝Ｐ×Ｑ／６０＝Ｐ×ｑ×Ｎ／６０から、必要な容量ｑは、ｑ＝６０×Ｌ１／（Ｐ×Ｎ）として求めることができる。

したがって、本形態例においても、ＤＰＦの自動再生を行う際に、アンロード機能付きリリーフバルブ３２とＤＰＦ再生用可変容量型油圧ポンプ３１とを制御することにより、作業中の油圧回路に悪影響を与えることなく、エンジンを設定出力で運転することができるとともに、燃料消費量の増加を最小限に抑えることができる。

なお、本発明の油圧ユニットの用途は任意であり、油圧ポンプの台数も任意である。また、オイル冷却回路のコントロールバルブは、作動油の温度が上昇したときに開弁するように設定すればよい。さらに、コントローラは、Ｌ＝Ｌ０になるまで電磁比例リリーフバルブの設定圧力を調節したり、ＤＰＦ再生用可変容量型油圧ポンプの容量を増減させたりするような制御を行うものでもよい。

１１…ディーゼルエンジン、１２，１３…メインポンプ、１４，１５，１６…サブポンプ、１７…ＤＰＦ再生用油圧ポンプ、１８…コントロールバルブ、１９…オイルクーラ、２０…オイルタンク、２１…オイル冷却回路、２２…電磁比例リリーフバルブ、２２ａ…ソレノイド、２３…ＤＰＦ再生用回路、２４…コントローラ、２５…エンジン制御器（ＥＣＵ）、２５ａ…回転数情報、２５ｂ…トルク情報、３１…ＤＰＦ再生用可変容量型油圧ポンプ、３１ａ…ソレノイド、３２…アンロード機能付きリリーフバルブ、３２ａ…ソレノイド、３３…ＤＰＦ再生用回路、３４…コントローラ

Claims

エンジン制御器によって制御されるディーゼルエンジンで油圧ポンプを駆動してアクチュエータに作動油を供給する油圧ユニットにおいて、前記ディーゼルエンジンで駆動されるＤＰＦ再生用油圧ポンプを設け、該ＤＰＦ再生用油圧ポンプの吐出側を、電磁比例リリーフバルブ及びオイルクーラを介してオイルタンクに接続するとともに、前記エンジン制御器からの信号に基づいて前記電磁比例リリーフバルブの設定圧力を調節するリリーフバルブ制御手段を設けたことを特徴とする油圧ユニット。
前記リリーフバルブ制御手段は、前記エンジン制御器からエンジンの回転数及びトルクの情報を受信するエンジン情報受信部と、受信した回転数及びトルクから現在のエンジンの出力を算出し、算出した現在のエンジンの出力と、あらかじめ設定されたＤＰＦ再生に必要なエンジンの設定出力とを比較し、該設定出力に対して現在の出力が低いときには前記電磁比例リリーフバルブの設定圧力を高くし、設定出力に対して現在の出力が高いときには前記電磁比例リリーフバルブの設定圧力を維持する又は低くするバルブ制御部とを備えていることを特徴とする請求項１記載の油圧ユニット。
エンジン制御器によって制御されるディーゼルエンジンで油圧ポンプを駆動してアクチュエータに作動油を供給する油圧ユニットにおいて、前記ディーゼルエンジンで駆動されるＤＰＦ再生用可変容量型油圧ポンプを設け、該ＤＰＦ再生用可変容量型油圧ポンプの吐出側を、アンロード機能付きリリーフバルブ及びオイルクーラを介してオイルタンクに接続するとともに、前記エンジン制御器からの信号に基づいて前記ＤＰＦ再生用可変容量型油圧ポンプの容量を制御するポンプ容量制御手段と、前記アンロード機能付きリリーフバルブをアンロード状態と作動状態とに切り替えるリリーフバルブ制御手段とを設けたことを特徴とする油圧ユニット。
前記ポンプ容量制御手段は、前記エンジン制御器からエンジンの回転数及びトルクの情報を受信するエンジン情報受信部と、受信した回転数及びトルクから現在のエンジンの出力を算出し、算出した現在のエンジンの出力と、あらかじめ設定されたＤＰＦ再生に必要なエンジンの設定出力とを比較し、該設定出力に対して現在の出力が低いときには前記ＤＰＦ再生用可変容量型油圧ポンプの容量を増加させ、設定出力に対して現在の出力が高いときには前記ＤＰＦ再生用可変容量型油圧ポンプの容量を維持する又は減少させるポンプ容量制御部とを備え、前記リリーフバルブ制御手段は、前記設定出力に対して現在の出力が高いときには前記アンロード機能付きリリーフバルブをアンロード状態とし、設定出力に対して現在の出力が低いときにはアンロード機能付きリリーフバルブを作動状態とすることを特徴とする請求項３記載の油圧ユニット。