JPS62279288A - 油圧駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ３、発明の詳細な説明 〈産業上の利用分野〉 本発明は、原動機で駆動される可変容量油圧ポンプの吐
出量を、傾転角および圧力の少なくとも一方、ならびに
原動機の回転数を検出し、これらの信号によって電磁弁
を駆動して制御する油圧駆動装置に係り、持に傾転角変
位計や圧力検出器の故障時のバックアップ機能を有する
油圧駆動装置に関する。

〈従来技術〉 第５図は、従来知られている油圧駆動装置を示す系統図
である。

この図において、１は可変容量油圧ポンプ、２は斜板、
斜軸等よりなる可変容量油圧ポンプ１のおしのけ容積可
変機構、３はサーボピストン、４はこのサーボピストン
３を収納するサーボシリンダで、これらのサーボピスト
ン３およびサーボシリンダによっておしのけ容積可変（
浅構２を駆動する油圧アクチュエータが構成されている
。４ａ、４ｂはサーボピストン３によって区分されたサ
ーボシリンダ４の左側室、右側室であって、左側室４ａ
の断面積りは右側室４ｂの断面積ｄよりも大きく形成さ
れている。

５は上記のサーボシリンダ４に圧油を供給する油圧源、
６はこの油圧回路の作動油を蓄積するオイルタンク、７
は油圧源５と上記サーボシリンダ４の左側室４ａと３連
絡する管路、８は油圧源５とサーボシリンダ４の右側室
４ｂとを連絡する管路、９は管路７．８とオイルタンク
６とを連絡する戻り管路、１０は油圧源５とサーボシリ
ンダ４の左側室４ａとを連絡する管路７に介設された電
磁弁、１１は戻り管路９に介設された電磁弁である。こ
れらの電磁弁１０．１１はノーマルクローズ（非通電時
、閉止状態に復ｄｍする機能）の電磁弁であって、後述
の吐出量制御装置からの信号によって切り換えられる。

１２はおしのけ容積可変機構２に連結された傾転角変位
計で、可変容量油圧ポンプ１のおしのけ容積可変機構２
の変位を検出し、この変位量に比例した吐出量信号Ｑｐ
を出力する。

１３は可変容量油圧ポンプ１の吐出管路、１４はこの吐
出管路１３に連結されたアクチュエータ、１５はこのア
クチュエータ１４にかかる負荷である。

１６は可変容量油圧ポンプ１の吐出管路１３に設けられ
た圧力検出器であって、可変容量油圧ポンプ１から吐出
される圧油の圧力を検出し、圧力信号Ｐを出力する。

１７は原動機２１の回転数を変更させるスロットルレバ
ーで、目標回転数信号Ｎｅｏを出力するようになってい
る。

１８はマイクロコンピュータで構成された吐出量制御装
置で、第６図に示すように、中央演算装置１８ａと、出
力用のＩ１０インクフェイス１８ｂと、電磁弁１０．１
１に接続される増幅器１８Ｃ１１８ｄと、制御手順のプ
ログラムを格納するメモリ１８ｅと、傾転角変位計１２
から出力される吐出量制御信号Ｑｐと、圧力検出器１６
から出力される圧力信号Ｐと、スロットルレバー１７か
ら出力される目標回転数信号Ｎｅｏをディジタル信号に
変換するＡ／Ｄコンバータ１８ｆと、回転検出器２０か
ら出力される回転数に相応するパルスを検出し、当該パ
ルスの間隔を計測するカウンタ１８ｊを備えている。

この吐出量制御装置１８は、傾転角変位計１２から出力
される吐出量制御信号Ｑｐと、圧力検出器１６から出力
される圧力信号Ｐと、スロットルレバー１７から出力さ
れる目標回転数信号Ｎｅ。

と、回転検出器２０の検出器に応じてカウンタ１８ｊを
介して得られた回転数信号Ｎｅとから、メモリ１８ｅに
格納された制御手順プログラムに基づいて可変容量油圧
ポンプ１の駆動指令値を演算し、その指令信号ＱＯを電
磁弁１０．１１に出力して、傾転角変位計１２の出力で
ある吐出量信号Ｑｐが当該指令信号ＱＯに等しくなるよ
うに、サーボピストン３の位置をオンオフサーボで制御
するようになっている。なお、この制御の詳細な一例に
ついては、本願出願人によって先に出願された特願昭５
８−１３９５０２号に記載されている。

なお、第５図に示す１９は吐出量制御装置１８の′電源
である。

このような吐出量制御装置１８、電磁弁１ｏ、１１、サ
ーボピストン３、およびサーボシリンダ４を含むオンオ
フサーボは、電磁弁１ｏが励磁されて切換位置已に切り
換わると、サーボシリンダ４の左側室４ａが油圧源５と
連通し、左側室４ａと右側室４ｂの面積差によってサー
ボビスＩ・ン３が第５図上、右方に移動する。また、電
磁弁１゜および電磁弁１１が消磁されて双方とも切換位
置Ａに復帰すると、左側室４ａの油路がしゃ断され、サ
ーボピストン３はその位置にて静止状態に保持される。

また、電磁弁１１が励磁されて切換位置Ｂに切りｊｆＡ
わると、左（副室４ａとオイルタンク６とが連通して左
側室４ａの圧力が低下し、サーボピストン３は右側室４
ｂの圧力により、第５図上、左方に移動する。

〈発明が解決しようとする問題点〉 ところで、このように構成される油圧駆動装置において
、もし傾転角変位計１２や圧力検出器１６が故障すると
、電磁弁１０．１１のオン、オフ制御が不可能になり、
サーボピストン３は左側室４ａ、または右側室４ｂの端
面にあたる位置まで移動し、したがって可変容量油圧ポ
ンプ１の傾転角が最大吐出量または最低吐出量の状態と
なる制御しかできなくなる。

すなわち、上述の機器の故障によって、吐出量制御装置
１８から電磁弁１１を切り換える指令信号Ｑｏが継続的
に出力されると、サーボピストン３はサーボシリンダ４
の左側室４ａの左端面に衝合するまで移動し、可変容量
油圧ポンプ１の傾転角が最大となる。

また、吐出量制御装置１８から電磁弁１０を切り換える
指令信号Ｑｏが継続的に出力されると、サーボピストン
３はサーボシリンダ４の右側室４ｂの右端面に衝合する
まで移動し、可変容量油圧ポンプ１の傾転角が最小とな
る。

そして通常、可変容量油圧ポンプを動力源とする作業車
両においては、低圧時のアクチュエータの作動速度の向
上を図るため、搭載している原動機の出力の２倍以上の
定格（最大吐出量×最大出力）を有する可変容量油圧ポ
ンプが用いられる。

したがって、故障によって上記のように可変容量油圧ポ
ンプ１の傾転角が最大となり吐出量が最大となると、負
荷が原動機２１の出力以上となって原動機２１を稼働す
ることができず、作業車両の運転が不可能となる。

一方、高圧時、油圧回路中に設けられたリリーフ弁（図
示せず）が作動することによって生ずるエネルギ損失を
防止するため、油圧ショベルに搭載される可変客足油圧
ポンプ１の最大吐出量は、はとんど零に近い値に設定さ
れる。したがって、故障によって可変容量油圧ポンプ１
の傾転角が最小となり吐出量が最小となると、可変容量
油圧ポンプ１を駆動してら作業車両を作動するのに必要
な最低限の油圧を得ることができず、この場合にも作業
車両の運転が不可能となる。

本発明は、上記した従来技術における実情に鑑みてなさ
れたもので、その目的は、傾転角変位計および圧力検出
器のうちの少なくとも一方が故障した場合にも、可変容
量油圧ポンプのおしのけ容積可変機構を駆動する油圧ア
クチュエータの作動をおこなわせることができる油圧駆
動装置を提供する。二とにある。

く問題点を解決するための手段〉 この目的を達成するために本発明は、原動機とこの原動
機で駆動される可変容量油圧ポンプと、この可変容量油
圧ポンプの傾転角を検出する傾転角変位計、および可変
容量油圧ポンプから吐出される圧油の圧力を検出する圧
力検出器の少なくとも一方から出力される信号と、原動
機の回転数を検出する回転検出器の信号とに応じて電磁
弁を駆動する吐出量制御装置を備え、電磁弁を介して原
動機で駆動される可変容量油圧ポンプの吐出量を制御す
るものにおいて、傾転角変位計および圧力検出器の少な
くとら一方の故障を判定する故障判定手段と、この故障
判定手段で故障と判定されたときに回転検出器の信号と
スロットルレバーから出力される目（票回転数信号との
旧差である回転数偏差を求める偏差演算手段と、この偏
差演算手段から出力される（扁差信号に相応するパルス
・幅の信号を発生させ、電磁弁を駆動させる信号発生手
段とを備えた構成にしである。

く作用〉 本発明は、上記のように故障判定手段で傾転角変位計お
よび圧力検出器の少なくとも一方の故障を検知し、故障
を検知した際、偏差演算手段で得られた回転検出器の信
号とスロツＩ・ルレバーから出力される目櫟回転数信号
との偏差、すなわら回転数偏差に応じて信号発生手段で
電磁弁を駆動させるパルス信号を出力するようにしてあ
Ｃ）、このような故障時には原動機を駆動さぜるスロッ
トルレバーの操作のみによって電磁弁を作動させ、可変
容量油圧ポンプのおしのけ容積可変機構を駆動する油圧
アクチュエータを作動させて、当該可変容量油圧ポンプ
の吐出量を制御することができる。

〈実施例〉 以下、本発明の油圧駆動装置の一実施例を前ｊホした第
５図、６図に併せて第１図〜第４図に基づいて説明する
。

この実施例の基本構成は第５図に示すものと同等である
が、この実施例にあっては、吐出量制御装置１８が、傾
転角変位計１２および圧力検出器１６の少なくとも一方
の故障を判定する故障判定手段と、この故障判定手段で
故障と判定されたときに回転検出器２０の信号すなわち
カウンタ１８ｊを介して得られた回転数信号Ｎｅとスロ
ットルレバー１７から出力される目標回転数信号Ｎｅ。

との偏差である回転数偏差ΔＮを求める偏差演算手段と
、この偏差演算手段から出力されるΔＮ信号に相応する
パルス幅の信号を発生させ、電磁弁１０．１１を駆動さ
せる信号発生手段を備えている。そして、第１図はこの
実施例の内容を例示するフローチャートである。このフ
ローチャー１・に沿ってこの実施例を説明すると、まず
手順１１１では、吐出量制御装置１８の中央演算装置１
８ａに圧力検出器１６から圧力信号Ｐが、傾転角変位計
１２から吐出量制御信号Ｑｐが回転検出器２０によって
検出される回転数に応じてカウンタ１８ｊから回転数信
号Ｎｅが、スロットルレバー１７から目標回転数信号Ｎ
ｅｏがそれぞれ読み込まれる。次いで手順１１２に移り
、上述の故障判定手段によって、圧力信号Ｐあるいは吐
出量制御信号Ｑｐが正常値かどうかの判定がおこなわれ
る。この際例えば圧力検出器１６の圧力信号Ｐは通常１
■〜４Ｖの間で作動するようにしておき、Ｐ＜１（Ｖ）
　、４＜Ｐ　（Ｖ）の範囲は異常と判定する。

また、吐出量制御信号Ｑｐの値については、例えば前述
の特願昭５８−１３９５０２号で開示されているような
方法、すなわち可変容量油圧ポンプ１のおしのけ容積可
変機１２を所要量変位させる指令値と、この指令値によ
って変位したおしのけ容積可変機構２の吐出量制御信号
Ｑｐとの差の絶対１直と、あらかじめ設定された許容値
とを比較し、その絶対値が許容値を越えたときに信号を
出力し、この信号が所定時間以上継続して出力されたと
きに故障と判定する方法によって異常を判定する。

上記した手順１１２で正常と判定されれば手順１１３に
移り、正常時のプログラムルーチン、例えば前述の特願
昭５８−１３９５０２号に記載の処理がおこなわれる。

また、手順１１２で異常と判定されたときは、手順１１
４に移り、回転検出器２０によって検出される回転数に
応してカウンタ１８ｊから出力される回転数信号Ｎｅと
、スロットルレバー１７から出力される目に回転数信号
Ｎｅｏとから、前述した偏差演算手段で回転数偏差ΔＮ
を求める演算、ΔＮ＝Ｎｅ−Ｎｅ。

かおこなわれ、手順１１５を経て手順１１６の処理がお
こなわれる。

手順１１５は手順１１４で演算された回転数列差ΔＮに
応じて電磁弁１０．１１の駆動パルスの幅、すなわちパ
ルス幅（Ｐ　Ｗ　Ｍ　）制（卸のデユーティ（デユーテ
ィ＝電磁弁をオンにする時間／基本周期時間）を決定す
る手順で、手順１１６とともに例えばソフトウェアで構
成される信号発生手段において実施される。

ここで、信号発生手段でおこなわれるパルス幅制御に関
連する技術事項について、まず第２．３図を用いて説明
し、次いで手順１１５で実施される処理の内容について
第４図を用いて説明する。

第２図は建設機械などの生業機械におけるディーゼルエ
ンジン等の一般的な原動機回転数Ｎと原動機出力トルク
Ｔとの関係を示す特性図で、スロットルレバー１７で与
えられる目標回転数Ｎｅ。

のとき、原動機出力トルクＴが最大（０点で示す）とな
り、それ以上の回転になるとガバナで燃料噴射量を制御
して出力トルクを減少させるようになっている。

また、第３図は前述した手順１１４で求めらｈる原動機
回転数Ｎと回転数偏差ΔＮとの関係を示す説明図である
（なお、スロットルレバー１７は一定に保持されている
）。

仮に、圧力検出器１６または傾転角変位計１２が異常で
ある時でも、可変容量油圧ポンプ１の入力１−ルクが第
２図の０点になるようにすれば、正常時とほとんど変わ
ることなく運転が可能である。

しかしながら、０点よりわずかでも可変容量油圧ポンプ
１の入力トルクか大きくなると、原動１浅２１の出力ト
ルクは増加しないため、当該原動機２１の回転数が急激
に低下して制御の安定性が悪くなるので、０点よりわず
かに回転数の増加するＡ点で可変容量油圧ポンプ１の入
力トルクと原動機２１の出力トルクが合致するようにす
る。

その処理は、基本的にはΔＮがΔＮＡより大きくなった
時、すなわち可変容量油圧ポンプ１の入力トルクに対し
て原動機２１の出力１〜ルクに余裕があるときは、可変
容量油圧ポンプ１の吐出量が増加するように制御し、逆
にΔＮがΔＮＡより小さくなった時、吐出量を減少する
ように制御する。

このとき、ΔＮの大きさに応じて吐出量の増減速度すな
わちサーボピストン３の速度をΔＮＡに近づくにしたが
って遅くし、ΔＮＡより大きく離れた場合には速く動か
すようにパルス幅制御をおこなう。

第４図は、手順１１５で実施される手順の内容を示す説
明図である。

電磁弁１０にはΔＮがΔＮＡよりわずかに小さい値ΔＮ
、になるまでは完全にＯＦＦ　（デユーティＯ％）にし
ておき、ΔＮＡよりわずかに小さいΔＮ１になると、パ
ルス幅（ＰＷＭ）制用のデユーティをΔＮに比例して増
加させる。そして、ΔＮがΔＮ３より小さくなると、電
磁弁１０が常にＯＮＮ懲悪デユーティ１００％）になる
ようにする。また、電磁弁１１にはΔＮがΔＮ２　　（
ΔＮ２はΔＮＡよりわずかに大きな値）より小さい時は
常に０ＦＦ（デユーティ０％）にしておき、ΔＮがΔＮ
２より大きくなるにしたがいΔＮに比例してデユーティ
を増加させ、ΔＮがΔＮＡより大きくなると常にＯＮ状
態くデユーティ１００％）になるようにする。

そして、このような手順１１５におけるΔＮ−パルス幅
変換ルーチンを実施した後は、手順１１６に移り、当該
パルス幅の信号を電磁弁１０．１１に与え、これにより
電磁弁１０．１１を駆動する。

このように構成した実施例にあっては、仮に傾転角変位
計１２あるいは圧力検出器１６が故障した場合でも、回
転数偏差ΔＮ、すなわち回転検出器２０に係る回転数信
号Ｎｅと、スロットルレバー１７に（系る目標回転数信
号Ｎｅｏとによって、すなわちスロットルレバー１７の
操作のみによってサーボビスＩ・ン３を作動させ、おし
のけ容積可変機構２を駆動し、可変容量油圧ポンプ１の
吐出量を制御し、原動機２１の最大出力トルク近く（第
２図のＡ点）で稼働させることができる。

なお、上記実施例では、信号発生手段をラフ１〜ウエア
で構成したが、本発明はこれに限らず、例えばカウンタ
回路などディジタル素子で構成したつ、コンパレータと
三角波発生器を用いたアナログ素子で構成してもよい。

〈発明の効果〉 本発明の油圧駆動装置は、以上のように構成しであるこ
とから、傾転角変位計および圧力検出器のうちの少なく
とも一方が故障した場合にも、原動機を駆動するスコツ
１−ルレバーの操作によって可変容量油圧ポンプのおし
のけ容積可変機構を駆動する油圧アクチュエータの作動
をおこなわせることができ、それ故、この油圧駆動装置
が備えろれる作業車両の運転をおこなうことができる効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の油圧駆動装置の一実施例の内容を例示
するフローチャート、第２図は建設機械などの作業機械
におけるディーゼルエンジン等の一般的な原動機回転数
Ｎと原動機出力ｌ・ルクＴとの関係を示す特性図、第３
図は本発明の一実施例において求められる原動機回転数
Ｎと回転数偏差ΔＮとの関係を示す説明図、第４図は本
発明の一実施例に備えられる信号発生手段で処理される
内容を示す説明図、第５図は従来の油圧駆動装置を示す
系統図、第６図は第５図に示す油圧駆動装置に備えられ
る吐出量制御装置を示すブロック図である。 １・・・・・可変容量油圧ポンプ、２・・・・・・おし
のけ容積可変（虚構、３・・・・・・サーボピストン、
４・・・サーボシリンダ、１０．１１・・・・・電磁弁
、１２・・・・・・卸転角変位計、１６・・・・・・圧
力検出器、１７・・・・・スロットルレバー、１８・・
・・吐出量制御装置、２０・・・・・回転検出器、２１
・・・・・・原動機。 第１図 第２図 肩（重力ｎｏ転嘗えＮ　− 第３図 第４図 第５図 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　原動機と、この原動機で駆動される可変容量油圧ポン
   プと、この可変容量油圧ポンプの傾転角を検出する傾転
   角変位計、および可変容量油圧ポンプから吐出される圧
   油の圧力を検出する圧力検出器の少なくとも一方から出
   力される信号と、上記原動機の回転数を検出する回転検
   出器の信号とに応じて電磁弁を駆動する吐出量制御装置
   を備え、当該電磁弁を介して上記原動機で駆動される可
   変容量油圧ポンプの吐出量を制御する油圧駆動装置にお
   いて、上記傾転角変位計および圧力検出器の少なくとも
   一方の故障を判定する故障判定手段と、この故障判定手
   段で故障と判定されたときに上記回転検出器の信号とス
   ロツトルレバーから出力される目標回転数信号との偏差
   である回転数偏差を求める偏差演算手段と、この偏差演
   算手段から出力される偏差信号に相応するパルス幅の信
   号を発生させ、上記電磁弁を駆動させる信号発生手段を
   備えたことを特徴とする油圧駆動装置。