WO2003036100A1 - Equipement hydraulique - Google Patents

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WO2003036100A1
WO2003036100A1 PCT/JP2002/010849 JP0210849W WO03036100A1 WO 2003036100 A1 WO2003036100 A1 WO 2003036100A1 JP 0210849 W JP0210849 W JP 0210849W WO 03036100 A1 WO03036100 A1 WO 03036100A1
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hydraulic
control valve
pump
drive source
motor
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PCT/JP2002/010849
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Shigeru Suzuki
Kouichi Aoyama
Satoru Shimada
Sumiko Seki
Takahiko Itoh
Original Assignee
Tamura Electric Works, Ltd.
Yukigaya Institute Co., Ltd.
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    • F15B2211/7058—Rotary output members

Definitions

  • the present invention relates to a hydraulic device, and more particularly to a hydraulic device having a hydraulic pump driven by a drive source having a required amount of inertia or a required amount of inertia moment, and a load driven by hydraulic pressure generated by the hydraulic pump.
  • a hydraulic device having a hydraulic pump driven by a drive source having a required amount of inertia or a required amount of inertia moment, and a load driven by hydraulic pressure generated by the hydraulic pump.
  • an object of the present invention is to provide a hydraulic device capable of efficiently supplying hydraulic oil to a load within a range from a small flow rate to a large flow rate while maintaining a substantially constant discharge amount from a hydraulic pump. It is in.
  • the present invention provides a drive source having a required amount of inertia inherent or added, a hydraulic pump driven by the drive source, and a discharge pump of the hydraulic pump.
  • a first control valve connected to the outlet side, a flow path for guiding a passage side of the first control valve to a hydraulic oil tank, and a check valve having an input side directed to a discharge side of the hydraulic pump.
  • the hydraulic device which supplies the hydraulic oil whose pressure has increased due to the inertia to the load connected to the output side of the check valve is provided.
  • the first control valve is moved to the passage side. Switching, the first control valve is switched to a blocking side after the rotation speed of the drive source increases to an upper limit set value with a decrease in the load torque of the hydraulic pump. It is preferable that the switching operation is performed in response to a force performed according to a value of a detection unit that detects a state of a connected drive system or load system or an external clock timing.
  • the hydraulic device according to the present invention may further comprise a first energy storage device provided on the output side of the check valve, and a branch from the pipeline between the first energy storage device and the check valve.
  • a second control valve provided in the pipeline and a load provided downstream of the second control valve may be provided.
  • This load is a hydraulic motor equipped with a second energy storage device, and when the second control valve is in the passage side position, hydraulic oil flows from the hydraulic pump and the first energy storage device. To drive the load.
  • a hydraulic device includes a drive source having a required amount of inertia inherently or additionally, a hydraulic pump driven by the drive source, an energy storage device connected to a discharge side of the hydraulic pump, and A second control valve; and a hydraulic motor connected downstream of the second control valve.
  • a check valve having an input side directed to a hydraulic oil tank is connected between the second control valve and the hydraulic motor.
  • the hydraulic device When the hydraulic device according to the present invention is applied to a vehicle, the hydraulic device A first pump motor for driving the drive wheels of the first pump motor, a third control valve connected to guide the discharge side of the first pump motor to the hydraulic oil tank, and a discharge port of the first pump motor.
  • a check valve connected to the input side, a second control valve and a first energy storage device connected to the output side, and an input side to the hydraulic oil tank downstream of the second control valve.
  • a second pump motor connected to the output side of another check valve directed to the second pump motor, a second energy storage device driven by the second pump motor, and a second control valve and a third control valve.
  • the switching operation of the control valve between the passage side position and the blocking side position supplies hydraulic oil from the first pump motor to the second pump motor due to the kinetic energy of the vehicle, and causes the second energy storage device to operate. It is characterized by being accelerated.
  • a third control valve connected so as to guide the fuel cell, an energy storage device and a fourth control valve connected to the output side of the check valve, and operated downstream of the fourth control valve.
  • a third pump motor connected to the output side of another check valve connected to the oil tank with the input side provided, and a drive source for driving the third pump motor are provided.
  • the drive wheel is decelerated by a drive source by a switching operation of a fourth control valve between a passage side position and an outside position.
  • FIG. 1 is a hydraulic circuit diagram showing a hydraulic device of the present invention applied as a drive system of a vehicle.
  • FIG. 2 is a schematic explanatory diagram showing a control device for controlling the control valve shown in FIG. 1 and its related elements.
  • FIG. 3 is a hydraulic circuit diagram showing an extracted main circuit of FIG.
  • FIG. 4 is an electric circuit diagram showing an electric circuit substantially equivalent to the hydraulic circuit diagram of FIG.
  • FIG. 5 is a graph showing the PQ characteristics of the hydraulic circuit having the configuration shown in FIG.
  • FIG. 6 is a hydraulic circuit diagram showing a configuration extracted from FIG. 1 for applying the present invention to deceleration of a vehicle.
  • FIG. 1 is a hydraulic circuit diagram showing a hydraulic device according to the present invention applied to a drive system of a vehicle.
  • reference numeral 41 denotes a drive source.
  • a heat engine is preferred, but another type of drive source such as an electric motor may be used.
  • An inertia body specifically a flywheel 45, is attached to the shaft 201 of the drive source 41.
  • the flywheel 45 is also called a flywheel.
  • a shaft 202 is connected to the center of the flywheel 45, and a driving force from the drive source 41 is supplied to the hydraulic pump (the “third pump motor” in the claims) through the shaft 202.
  • Fig. 1 shows the entire hydraulic system, in which a number of different functions and parts in charge of operation are organically connected.
  • a hydraulic pump motor that also functions as a motor is used as the hydraulic pump 11.
  • the inflow port 11 a of the hydraulic pump 11 is connected to a hydraulic oil tank 21 through a power line 101, 102, 103, 104. Between the pipeline 101 and the pipeline 102, a filter 22 for removing foreign matter in the hydraulic oil is provided. Between lines 102 and 103, the input side is directed to hydraulic oil tank 21 and the output side is directed to hydraulic pump 11 to line 103 (ie, (To prevent flow of hydraulic oil from line 103 to line 102) Check valve 23 is interposed Have been.
  • the pipeline 105 is connected to the discharge port 11 b of the hydraulic pump 11, and the pipeline 106 branches off from the pipeline 105.
  • a pipeline 107 extending to the hydraulic oil tank 21 is connected to the pipeline 106 via a control valve (“first control valve J” 1 in the claims).
  • a pipeline 108 is connected to the pipeline 105, and the pipeline 108 is connected to the pipeline 109 via a check valve 24.
  • the check valve 24 is for preventing the flow of the hydraulic oil from the pipeline 109 to the pipeline 108.
  • An accumulator (“first energy storage device” in the claims) 31 is connected to the pipeline 109 via the pipeline 110.
  • the pipeline 111 branches from between the pipeline 109 and the pipeline 110.
  • a pressure sensor 33 is connected to the pipe 111 via a pipe 112.
  • the pressure sensor 33 can detect the pressure in the pipelines 109 and 110 or the pressure accumulated in the accumulator 31.
  • the pipes 1 1 1 and 1 1 are connected to the pipes 1 1 1 3 and 1 1 4 with a relief valve 32 interposed therebetween, and the pipes 1 1 and 4 are connected to the hydraulic oil tank 2 1 Is in communication with
  • the relief valve 32 is opened when the pressure on the output side of the check valve 24 becomes a predetermined value or more, and keeps the pressure at a predetermined value or less.
  • the pipeline 1 15 branches from between the pipeline 1 09 and the pipeline 1 10, and this pipeline 1 15 is connected to the pipeline 1 16.
  • the pipeline 1 19 is connected to the pipeline 1 16 via a control valve (a “second control valve” in the claims) 2.
  • a conduit 1 23 extends from a conduit 1 19, which is connected to an inlet port 12 a of a hydraulic motor (the “second pump motor” in the claims) 12 .
  • the hydraulic motor 12 functions as a load driven by receiving the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 11.
  • the hydraulic motor 12 is a hydraulic pump motor that also functions as a pump.
  • the rotating shaft of the hydraulic motors 1 and 2 -Nore ("the second energy storage device" in the claims) 42 is installed.
  • a pipeline 122 is connected between the pipelines 119 and 123.
  • the pipe 122 is in communication with the hydraulic oil tank 21 via the pipes 121 and 120.
  • a filter 25 is interposed between the pipes 122 and 120.
  • a check valve 26 for preventing the flow from the pipe 122 to the pipe 121 is provided between the pipes 122 and 122.
  • a pipeline 126 extending to the hydraulic oil tank 21 is connected to the pipeline 125 via a control valve 4.
  • a pipeline 127 extends from the pipeline 124, and a pipeline 128 is connected to the pipeline 127 via a check valve 27.
  • Check valve 27 blocks the flow of hydraulic oil from line 128 to line 127.
  • Line 1 2 9 extends from line 1 2 8 and line 1 2 9
  • the accumulator 34 is connected via 30.
  • the accumulator 34 functions as an energy storage device.
  • the pipeline 13 1 branches off from between the pipelines 12 9 and 13 0.
  • a pressure sensor 36 is connected to the pipe 13 1 via a pipe 13 2.
  • the pressure sensor 36 can detect the pressure in the pipelines 128, 130, 131, or the pressure accumulated in the accumulator 34.
  • pipelines 13 3 and 13 4 with a relief valve 35 interposed between them are connected to pipeline 13 1, and pipeline 1 34 communicates with hydraulic oil tank 21 ing.
  • the relief valve 35 is opened when the pressure on the output side of the check valve 27 exceeds a predetermined value, and keeps the pressure below the predetermined value.
  • a pipeline 13 5 branches from the pipeline 12 9, and a pipeline 13 6 is connected to the pipeline 13 via a control valve 5. From line 136, line 138 and line 142 extend to control valve.
  • the control valve 7 is also called a direction switching valve, and in the illustrated embodiment,
  • a 4-port 3-position spool type is used.
  • the line 14 2 is connected to the P port of the control valve 7, and the T port communicates with the hydraulic oil tank 21 via lines 15 5, 15 6, and 15 7.
  • a control valve (the “third control valve” in the claims) 8 is interposed between the pipeline 156 and the pipeline 157.
  • the P port and the T port communicate with each other, and the A port and the B port are closed.
  • the control valve 7 is at the position 7a, the P port communicates with the A port and the T port communicates with the B port. Further, when the control valve 7 is at the position 7c, the P port communicates with the B port, and the T port communicates with the A port.
  • One port of the two-way pump motor (“the first pump motor” in the claims) 13 is connected to the A port of the control valve 7 via the pipes 144 and 144. 13a is connected, and the other port 13b of the pump motor 13 is connected to the B port of the control valve 7 via a pipe 148 and a pipe 147.
  • the pipeline 144 is connected to the pipeline 144, and this pipeline 144 is connected to another two-way pump motor.
  • One port 14a of 14 is connected.
  • the pipeline 146 is also connected to the pipeline 146, and the pipeline 146 is connected to the other port 14b of the pump motor 14.
  • the driving wheels 43, 44 of the vehicle are connected to the rotating shafts of the pump motors 13, 14 respectively.
  • Hydraulic oil can be supplied via pipes 1 17, pipes 1 18, control valves 3 and pipes 13 7 which branch off from 1 15 and pipes 1 16. I'm sorry.
  • the pipeline 115 is connected to the pipeline 115, and the pipeline 159 is connected to the pipeline 156 via the check valve 30 and the pipeline 158. I have.
  • the check valve 30 is for preventing the flow of hydraulic oil from the pipe 159 to the pipe 158.
  • Lines 1 4 1 are connected between the pipes 13 8 and 14 2 between the control valve 5 and the control valve ⁇ .
  • the pipe 14 1 communicates with the hydraulic oil tank 21 via pipes 140 and 139. Filter between line 140 and line 1 39
  • a check valve 29 for preventing the flow from the pipe 141 to the pipe 140 is interposed between the pipes 140 and 141.
  • a line 160 extends from a line between the line 128 and the line 129 between the hydraulic motor 12 and the control valve 5.
  • the pipeline 160 is connected via a control valve 6 to a pipeline 161 communicating with the pipelines 103, 104 on the inlet side of the hydraulic pump 12.
  • the pipes 16 1 and 15 9 are connected to each other by pipes 16 1 and 16 2 with a control valve (“fourth control valve” in the claims) 9 interposed therebetween. ing.
  • the control valves 1 to 6 and the control valves 8 and 9 are so-called solenoid on-off valves, and together with the control valve 7, as shown in FIG. Controlled.
  • the control device 300 includes a pressure sensor 33,
  • the signal from 6 is input.
  • the control device 300 includes a signal from a tachometer 46 for detecting the number of revolutions of the flywheel 42 and a tachometer 47, 4 for detecting the number of revolutions of the drive wheels 43, 44, respectively. 8 and a signal from a tachometer 49 for detecting the rotation speed of the flywheel 45.
  • the control device 300 is configured to control the opening and closing of the control valves 1 to 9 based on these signals.
  • FIG. 3 in which a part of the configuration in FIG. 1 is extracted is also referred to.
  • the hydraulic oil is supplied from the hydraulic oil tank 21 to the pipeline 10 1. Then, the fluid is sucked into the hydraulic pump 11 through the finoletor 22, the pipe 102, the check valve 23, and the pipe 104.
  • Hydraulic oil sucked into the hydraulic pump 11 is discharged from the hydraulic pump 11, and the control valve is connected to the discharge side pipeline 105, pipeline 106, and passage side 1a. 1. Flow through line 107 to hydraulic oil tank 21. When the position of the control valve 1 is on the passage side 1a, the pipeline 106, the control valve 1 and the pipeline 107 form an unload flow channel.
  • the drive source 41 when the position of the control valve 1 is in the state of the passage side 1a, the drive source 41 is controlled so as to maintain the set rotation speed.
  • the hydraulic pump 11 receives a load and the drive source 41 decelerates.
  • the inertia torque Inertia torque of flywheel 45
  • I ⁇ d ⁇ / dt the inertia torque of flywheel 45
  • Q p Q m—I ⁇ d ⁇ / dt holds. Therefore, by adding the inertia torque due to the deceleration of the drive source 41, a torque larger than the input torque Qm of the hydraulic pump 11 during normal operation is input to the hydraulic pump 11.
  • the discharge pressure of the hydraulic pump 11 increases according to the load pressure. As a result, the hydraulic oil with the increased pressure is supplied to the downstream load.
  • a high hydraulic pressure can be supplied by a smaller drive source, so that the drive can be performed without providing a drive source having an output torque corresponding to the maximum load torque required by the load.
  • the maximum pressure that can be generated can be set according to the magnitude of the moment of inertia I of the drive source 41 and the angular acceleration dcoZdt.
  • the switching operation of the control valve 1 is performed as follows.
  • a flywheel 45 is provided with a tachometer 49, and the rotation speed of the drive source 41 is detected by the tachometer 49. Therefore, if the load torque of the hydraulic pump 11 exceeds the output torque of the drive source 41, and as a result, the rotational speed of the drive source 41 decreases to the lower limit set value, It can be recognized by the detection signal from 49. Since the control device 300 receives a signal from the tachometer 49, the control device 300 issues a control signal to the control valve 1 when the rotation speed of the drive source 41 falls below the lower limit setting from the signal, and the position of the control signal is received.
  • the control device 300 switches the position of the control valve 1 to the blocking side 1 b again. I will do it.
  • the timing for performing this switching operation is not limited to the moment when the upper limit set value is reached, and may be immediately thereafter or immediately before reaching the upper limit set value in anticipation of reaching the upper limit set value. In this manner, the control valve 1 repeatedly performs the switching operation to maintain the self-excited operation.
  • the speed of change of the rotation speed of the hydraulic pump 11, that is, the speed of change of the hydraulic oil discharge amount depends on the II-poor moment around the axis of the hydraulic pump 11.
  • the pressure sensor 33 measures the pressure state on the output side of the check valve 24. Therefore, when control device 300 recognizes from the signal from pressure sensor 33 that the measured value has reached the predetermined set value, control device 300 passes the position of control valve 1 from blocking side 1b. Switch to the side 1a and return the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 11 to the hydraulic oil tank 21. With this operation, the load acting on the drive source 41 becomes an unloaded state, and the rotation speed of the drive source 41 increases.
  • the detection means used to determine the switching timing as described above includes a pressure sensor 33 and a tachometer 49, a sensor for monitoring the state of the load, and a state when the switching timing is known in advance. It is also possible to perform this in response to an external clock timing without monitoring the clock.
  • a pipe 1 2 0, 1 2 1, 1 2 2 is provided between the control valve 2 and the hydraulic motor 12 with a check valve 26 connected to the hydraulic oil tank 21 with its input side facing. Is provided. The reason will be described with reference to FIG.
  • the hydraulic motor 12 increases and the required oil amount of the hydraulic motor 12 becomes larger than the discharge oil amount of the hydraulic pump 11, the hydraulic motor 12 cannot be accelerated.
  • the position of the control valve 2 is switched from the passing side 2a to the blocking side 2b.
  • the hydraulic oil is accumulated in the accumulator 31 and the hydraulic motor 12 is in a free-wheeling state because the supply of the hydraulic oil is not hindered by the check valve 26.
  • FIG. 4 shows the hydraulic circuit of FIG. 3 as a substantially equivalent electric circuit.
  • E is a power supply
  • RL is a load
  • C1 and C2 are capacitors
  • Q1 and Q2 are switching elements such as transistors
  • D1 and D2 are rectifiers
  • L1 is an inductor.
  • the power source E corresponds to the hydraulic pump 11
  • the load RL corresponds to the hydraulic motor 12.
  • the capacitor C 1 has the inertia (flywheel 45) of the hydraulic pump 11
  • the capacitor C 2 has the poorness (flywheel 42) of the hydraulic motor 12.
  • Switching elements Q 1 and Q 2 correspond to control valves 2 and 1, respectively
  • rectifiers D 1 and D 2 correspond to check valves 26 and 24, respectively.
  • the inductor L 1 corresponds to the accumulator 31.
  • the electric circuit shown in FIG. 4 is known as a switching power control circuit or a power regulator circuit. By adjusting the switching frequency of the switching elements Q 1 and Q 2, the voltage of the load RL is adjusted. It is possible to adjust.
  • FIG. 3 which is almost equivalent to the electric circuit in FIG. 4 also exhibits the same operation.
  • the hydraulic motor 1 2 By performing the position switching control of the control valves 1 and 2, the hydraulic motor 1 2 corresponding to the load RL 1 2 It can be understood that the rotation speed of the rotating shaft of the motor can be adjusted to be maintained within a certain range.
  • FIG. 5 shows an example of an experimental result using an experimental device configured according to the hydraulic circuit of FIG. In FIG. 5, the solid curve passing through the point P indicates the same input as when the discharge amount to the hydraulic pump 11 was 21.75 liters Z and the discharge pressure was 4.5 MPa.
  • control valves 2, 5, 6, 9 are set to the closed or blocked sides 2b, 5b, 6b, 9b, and the control valve 8 is set to the open position or Passage side 8a. Further, the position of the control valve 7 is switched from the center position 7b to the position 7a.
  • the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 11 driven by the drive source 41 is supplied to the pump motors 13 and 14, and the rotating shafts of the pump motors 13 and 14 and, consequently, the drive wheels 4 Accelerate the rotation of 3 and 4 4.
  • the position of the control valve 3 is fixed to the passing side 3a, and the position of the control valve 1 is repeatedly switched between the passing side 1a and the blocking side 1b according to the situation.
  • the position of the control valve 1 is fixed to the blocking side 1b, and the position of the control valve 3 is repeatedly switched between the passing side 3a and the blocking side 3b depending on the situation.
  • the control valve 1 or 3 switches the gray position of the control valves 1 and 3 as necessary.
  • the position of the control valve 5 may be switched according to the situation. Also in the figure Even if a control valve (not shown) is arranged in the pipeline 1338 and the same operation as described above is performed, the acceleration operation can be performed.
  • control valve 3 corresponds to control valve 2
  • check valve 29 corresponds to check valve 26
  • control valve 8 corresponds to control valve 4
  • pump motors 13, 14 correspond to hydraulic pressure Note that it corresponds to motor 12.
  • the drive wheels 43, 44 also function as inertial bodies that can be driven by the inertia of the vehicle. Therefore, the switching operation of control valves 1, 3, and 8 is the same as the switching operation of control valves 1, 2, and 4 described above, and a duplicate description will be omitted.
  • the flywheel 42 When accelerating with only the flywheel 42, the flywheel 42 must operate at a rotational speed within a preset range.
  • the flywheel 42 operating within a preset range becomes the driving side, and the control operation for accelerating the driving wheels 43, 44 of the vehicle on the driven side by this means at least the control operation.
  • the positions of the control valves 4, 5, and 8 Operate with the positions of valves 3, 6, and 9 set to blocking sides 3b, 6b, and 9b.
  • the positions of the control valves 4, 5, and 8 are switched to supply hydraulic oil to the pump motors 13, 14.
  • there are three methods the first of which is to fix the control valve 5 at the position of the passing side 5a while keeping the position of the control valve 8 at the passing side 8a, and to position the control valve 4 at the position of the passing side 5a.
  • the switching operation is repeatedly performed between the passing side 4a and the blocking side 4b depending on the situation.
  • the second is a case in which the control valve 4 is fixed at the position on the P-side 4b and the position of the control valve 5 is repeatedly switched. Thirdly, the position of both control valves 4 and 5 is repeatedly switched.
  • the hydraulic motor 12, the control valve 4, the check valve 27, the accumulator 34, the control valve 5, the check valve 29, the pump motors 13, 14 and the control valve 8 are respectively hydraulic motors. It should be noted that they correspond to the motor 11, control valve 1, check valve 24, accumulator 31, control valve 2, check valve 26, hydraulic motor 12 and control valve 4.
  • the control valve can be repeatedly switched according to the situation as described above.
  • the switching operation according to the state of the control valve will be described.
  • the amount of hydraulic oil changes according to the speed of the vehicle, the amount can be determined by detecting the conditions such as the number of revolutions of the pump motors 13 and 14 on the driven side. This can be determined by detecting the number of revolutions of the drive-side pump motor 13 or 14 and the like.
  • the means for detecting the rotation state includes a tachometer 46 provided on the flywheel 42, a tachometer 47, 48 provided on the pump motors 13, 14 and a tachometer provided on the flywheel 45. 4 9
  • the means for detecting the state of the hydraulic oil is the pressure sensors 33, 36.
  • the control device 300 causes the control valve to perform a switching operation in accordance with signals from these sensors.
  • the flow rate can be measured with a flow rate sensor or the like.
  • the control device 300 when the control device 300 recognizes that the sensor 36 has reached a preset upper limit pressure, the control device 300 switches the position of the control valve 4 to the passage side 4a and sets the preset value. When the lower pressure reaches the set lower limit pressure, the position of the control valve 4 is switched to the inhibition side 4b again, and acceleration is performed by repeating this switching operation. As described above, the acceleration can be controlled by changing the set values of the upper and lower pressure limits. When the states of the driving side and the driven side can be grasped in advance, it is also possible to switch the control valve by a control signal output from the control device 300 or a valve.
  • hydraulic oil for accelerating the vehicle that is, the hydraulic oil that has passed through the control valve 3 from the hydraulic pump 11 and the hydraulic oil that is from the hydraulic motor 12, but the hydraulic oil stored in the accumulator 34 is used. You can also. That is, when the flywheel 42 attached to the hydraulic motor 12 is rotating, the hydraulic motor 12 is operated as a hydraulic pump to accumulate the hydraulic oil from the hydraulic oil tank 21 into the accumulator 34. The rotation of the rotating shafts of the pump motors 13 and 14 can be accelerated using the hydraulic oil. The hydraulic oil that has passed through the pump motors 13 and 14 is returned to the hydraulic oil tank 21 through the control valve 8.
  • deceleration operation with regeneration There are two types of deceleration operation: deceleration operation with regeneration and deceleration operation without regeneration.
  • deceleration operation with regeneration There are two types of deceleration operation: deceleration operation with regeneration and deceleration operation without regeneration.
  • deceleration operation accompanying regeneration will be described.
  • ports 13b and 14b of pump motors 13 and 14 are on the discharge side.
  • a pipeline 155 connected to the ports 13b and 14 via the control valve 7 of the position 7a is connected to a pipeline 158 on the input side of the check valve 30.
  • the output side of the check valve 30 is connected to the input side of the control valve 2.
  • FIG. 6 shows the circuit configuration required to decelerate the vehicle without regenerating the kinetic energy of the vehicle from Fig. 1.
  • the operation of this configuration will be described.
  • the hydraulic oil discharged from the pump motors 13 and 14 flows into the hydraulic pump 11 that operates as a motor. Since the hydraulic pump 11 is connected to the drive source 41, it operates as a so-called engine brake to decelerate the vehicle.
  • the control operation is the same as in the case of accelerating the vehicle from the flywheel 42 described above, and the control valve 5 and the control valve 4 for switching the position become the control valve 9 and the control valve 8, respectively, and perform the same operation. This can be explained.
  • the regenerative operation at the time of deceleration of the vehicle can be performed by the above-described energy storage device such as an accumulator and a flywheel. Even when regenerative operation is not required, the hydraulic oil discharged from the pump motors 13 and 14 flows into the hydraulic pump 11 so that the drive source 41 to which the hydraulic pump 11 is connected becomes a load. Since energy is consumed, deceleration can be performed without being consumed as heat energy by a relief valve or the like, so that the temperature rise and deterioration of the hydraulic oil can be prevented. When the vehicle is to be moved backward, the position of the control valve 7 may be switched to the position 7b.
  • control valve 6 opens and closes to supply hydraulic oil to the hydraulic pump 11 by the hydraulic motor 12, and the drive source 4 An operation such as activating 1 can be performed.
  • the pump motors 11 to 14 can be constant discharge pumps. In this case, a reversible operation that cannot be realized by the variable discharge pump can be performed, so that the engine braking function of the driving motor or the like can be used.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and may be any element that satisfies the functions required by the present invention.
  • the system to which the hydraulic device according to the present invention is applied is not limited to a vehicle.
  • the hydraulic oil discharged from the constant-pressure hydraulic source can be efficiently supplied to the load from a high-pressure small flow rate to a low-pressure large flow rate by switching the control valve according to a required load.
  • a heat engine or electric motor can be used near the most efficient rotational speed.
  • the driven hydraulic pump also has a constant discharge rate and variable discharge. Regardless of the type of pump, the pump can always be operated at a high-efficiency rotational speed, so that conventional elements can be operated efficiently and the efficiency of the entire system can be further increased.
  • this operation eliminates the loss of energy that was previously discarded as surplus in the conventional constant discharge pump, thereby preventing temperature rise and deterioration of hydraulic oil, and operating as a variable discharge pump. Can be realized without changing the capacity of the pump, so that the same function as the variable discharge pump can be realized with the constant discharge pump without using an expensive variable discharge pump.
  • the hydraulic device of the present invention when used as a drive device for a vehicle or the like, regenerative braking is realized by collecting kinetic energy of a running vehicle or the like, and a prime mover serving as a drive source functions as an engine brake. By doing so, reversible operation of the pump motor becomes free, and highly efficient lotus rotation is possible. In addition, when regeneration is not performed, it is possible to prevent the temperature of the hydraulic oil from rising.

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Description

明糸田: 技術分野
本発明は、 油圧装置に関し、 特に、 所要量の慣性ないしは所要量の慣性モーメ ントを持つ駆動源により駆動される油圧ポンプと、 油圧ポンプで発生された油圧 により駆動される負荷とを有する油圧装置に関する。
背景技術
例えば定吐出量型の油圧ポンプにより発生された油圧によって油圧モータ等の 負荷が駆動される油圧装置においては、 負荷が必要とする作動油量が変化する場 合には、 油圧ポンプから吐出される作動油が一定のため、 余剰作動油が発生して しまう。 したがって、 負荷が必要とする量の作動油を供給するために、 油圧ボン プの回転数を変える手段や、 絞り弁や減圧弁等の流量調整手段により流量を調整 する手段が、 一般に採られている。
しかしながら、 油圧ポンプ、 及び、 油圧ポンプを駆動するための熱機関や電動 機等の駆動源は、 それぞれ、 全ての回転領域で高効率を維持することは困難であ るので、 油圧ポンプの回転数を変えることは油圧装置の効率を悪化させる要因と なる。 また、 流量調整することは、 油圧エネルギを熱エネルギとして消費し、 こ れも油圧装置の効率を低下させる要因となっている。
また、 必要量の作動油を負荷に供給するために可変吐出量型ポンプを用いた油 圧装置も知られている。 し力 し、 このポンプは構造が複雑で高価である。
そこで、 本発明の目的は、 油圧ポンプからの吐出量をほぼ一定に保った状態で、 小流量から大流量までの範囲内で作動油を効率よく負荷に供給することのできる 油圧装置を提供することにある。
発明の開示
上記目的を達成するために、 本発明は、 所要量の慣性を内在又は付加により具 備した駆動源、と、 この駆動源によって駆動される油圧ポンプと、 油圧ポンプの吐 出側に接続された第 1の制御弁と、 この第 1の制御弁の通過側を作動油タンクへ 導く流路と、 前記油圧ポンプの吐出側に入力側を向けた逆止弁とを備え、 前記第
1の制御弁を通過側から阻止側に切り換えたとき、 前記慣性によつて圧力上昇し た作動油を逆止弁の出力側に接続された負荷に供給するようになっている油圧装 置を特徴としている。 この切り換える動作は反復して行うことが有効である。 また、 本発明による油圧装置は、 油圧ポンプの負荷トルクが、 駆動源の出力ト ルクを越える値に達し、 その回転数が下限設定値にまで減少したとき前記第 1の 制御弁を通過側に切り換え、 前記油圧ポンプの負荷トルクの減少に伴い駆動源の 回転数が上限設定値にまで増加した後に、 前記第 1の制御弁を阻止側に切り換え る動作を行うことを特徴としている。 切換動作は、 接続される駆動系や負荷系の 状態を検知する検知手段の値に応じて行う力 \ 又は外部からのクロックタイミン グに応じて行うようにすることが好ましい。
更に、 本発明による油圧装置は、 前記逆止弁の出力側に設けられた第 1のエネ ルギ蓄積装置と、 この第 1のエネルギ蓄積装置と逆止弁との間の管路から分岐し た管路に設けられた第 2の制御弁と、 その下流側に設けられた負荷とを備えるこ ととしてもよい。 この負荷は、 第 2のエネルギ蓄積装置を設けた油圧モータであ り、 第 2の制御弁が通過側のポジションとなっている時、 油圧ポンプと第 1のェ ネルギ蓄積装置から作動油が流入され、 負荷を駆動するようになっている。
本発明の他の観点による油圧装置は、 所要量の慣性を内在又は付加により具備 した駆動源と、 この駆動源によって駆動される油圧ポンプと、 この油圧ポンプの 吐出側に接続したエネルギ蓄積装置及び第 2の制御弁と、 この下流側に接続され た油圧モータとを備え、 前記第 2の制御弁と前記油圧モータの間に、 作動油タン クへ入力側を向けた逆止弁を接続し、 前記油圧モータの必要油量が前記油圧ボン プの吐出油量より大きいときに第 2の制御弁を開閉して制御するようになってい ることを特徴としている。
また、 本発明による油圧装置が車両に適用された場合、 当該油圧装置は、 車両 の駆動輪を駆動する第 1のポンプモータと、 この第 1のポンプモータの吐出側を 作動油タンクへ導くように接続された第 3の制御弁と、 第 1のポンプモータの吐 出側に入力側を向けて接続した逆止弁と、 その出力側に接続された第 2の制御弁 及び第 1のエネルギ蓄積装置と、 前記第 2の制御弁の下流側で且つ作動油タンク へ入力側を向けた別の逆止弁の出力側に接続された第 2のポンプモータと、 第 2 のポンプモータにより駆動される第 2のエネルギ蓄積装置とを備え、 第 2の制御 弁及び第 3の制御弁の通過側ポジション又は阻止側ポジションの切換動作.によ り、 車両の運動エネルギによる第 1のポンプモータからの作動油を第 2のポンプ モータへ供給して、 第 2のエネルギ蓄積装置を加速するようになっていることを 特徴とする。
更に、 車両に適用された本発明の別の簡単による油圧装置は、 車両の駆動輪を 駆動する第 1のポンプモータの吐出側に、 入力側を向けて接続した逆止弁及び作 動油タンクへ導くように接続された第 3の制御弁と、 前記逆止弁の出力側に接続 された、 エネルギ蓄積装置及び第 4の制御弁と、 この第 4の制御弁の下流側で且 つ作動油タンクに入力側を向けて接続した別の逆止弁の出力側に接続された第 3 のポンプモータと、 この第 3のポンプモータを駆動する駆動源とを設け、 第 3の 制御弁及び第 4の制御弁の通過側ポジション又は外側ポジションの切換動作によ り、 前記駆動輪を駆動源によつて減速させるようになつていることを特徴とする。 本発明の上記目的及ぴその他の特徴や利点は、 添付図面を参照して以下の詳細 な説明を読むことで、 当業者にとり明らかとなろう。
図面の簡単な説明
図 1は、 車両の駆動系として適用された本発明の油圧装置を示す油圧回路図で ある。
図 2は、 図 1に示されている制御弁を制御するための制御装置と、 その関連要 素とを示す概略説明図である。
図 3は、 図 1の主要回路を抜き出して示す油圧回路図である。 図 4は、 図 3の油圧回路図とほぼ等価な電気回路を示す電気回路図である。 図 5は、 図 3に示す構成の油圧回路での P— Q特性を示すグラフである。
図 6は、 本発明を車両の減速に適用するための構成を図 1から抜き出して示す 油圧回路図である。
発明を実施するための最良の形態
以下、 図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
図 1は、 車両の駆動系に適用された本発明による油圧装置を示す油圧回路図で ある。 図 1において、 符号 4 1は駆動源であり、 車両においては熱機関が好まし いが、 電動機等の他の形式の駆動源を用いてもよい。 駆動源 4 1の軸 2 0 1には 慣性体、 具体的にはフライホイール 4 5が取り付けられている。 フライホイール 4 5は、 はずみ車とも称されるものであり、 駆動源 4 1により回転駆動された場 合、 慣性により回転エネルギが蓄積されていく。 このフライホイール 4 5の中心 には軸 2 0 2が接続されており、 この軸 2 0 2を通して駆動源 4 1からの駆動力 が油圧ポンプ （請求の範囲における 「第 3のポンプモータ」） 1 1に伝えられ、 油圧ポンプ 1 1が駆動される。 駆動源 4 1が大きな慣性モーメントを有する場合、 すなわち駆動源 4 1に慣性が内在されている場合には、 フライホイール 4 5は省 略することができる。 図 1は、 油圧装置のシステム全体を示しており、 複数の異 なる機能、 動作を担当する部分が有機的に結合されている。 なお、 本実施形態に おいて、 油圧ポンプ 1 1は、 モータの機能も兼ねる油圧ポンプモータが使用され ている。
油圧ポンプ 1 1の流入ポート 1 1 aには、 作動油タンク 2 1力 管路 1 0 1 , 1 0 2， 1 0 3 , 1 0 4を介して接続されている。 管路 1 0 1と管路 1 0 2との 間には、 作動油中の異物を除去するためのフィルタ 2 2が介設されている。 管路 1 0 2と管路 1 0 3との間には、 入力側が作動油タンク 2 1に向けられ且つ出力 側が油圧ポンプ 1 1に管路 1 0 3に向けられた状態で （すなわち、 管路 1 0 3か ら管路 1 0 2への作動油の流れを阻止することができるよう） 逆止弁 2 3が介設 されている。
油圧ポンプ 1 1の吐出ポート 1 1 bには管路 1 0 5が接続されており、 管路 1 0 5からは管路 1 0 6が分岐している。 この管路 1 0 6には、 制御弁 （請求の範 囲における 「第 1の制御弁 J ) 1を介して、 作動油タンク 2 1へ延びる管路 1 0 7が接続されている。
また、 管路 1 0 5には管路 1 0 8が接続され、 管路 1 0 8は逆止弁 2 4を介し て管路 1 0 9に接続されている。 逆止弁 2 4は、 管路 1 0 9から管路 1 0 8への 作動油の流れを阻止するためのものである。 管路 1 0 9には、 管路 1 1 0を介し て、 アキュムレータ （請求の範囲における 「第 1のエネルギ蓄積装置」） 3 1が 接続されている。
管路 1 0 9と管路 1 1 0との間からは管路 1 1 1が分岐している。 この管路 1 1 1には、 管路 1 1 2を介して圧力センサ 3 3が接続されている。 この圧力セン サ 3 3は、 管路 1 0 9， 1 1 0内における圧力、 或いはまた、 アキュムレータ 3 1に蓄積された圧力を検出することができる。 また、 管路 1 1 1には、 間にリリ ーフ弁 3 2が介設された管路 1 1 3 , 1 1 4が接続されており、 管路 1 1 4は作 動油タンク 2 1に連通している。 リリーフ弁 3 2は、 逆止弁 2 4の出力側の圧力 が所定値以上となつた場合に開放し、 当該圧力を所定値以下に保っためのもので ある。
管路 1 0 9と管路 1 1 0との間からは管路 1 1 5が分岐し、 この管路 1 1 5は 管路 1 1 6に接続されている。 管路 1 1 6には、 制御弁 （請求の範囲における 「第 2の制御弁」） 2を介して、 管路 1 1 9が接続されている。 管路 1 1 9から は管路 1 2 3が延び、 この管路 1 2 3は油圧モータ （請求の範囲における 「第 2 のポンプモータ」） 1 2の流入ポート 1 2 aに接続されている。 油圧モータ 1 2 は、 油圧ポンプ 1 1から吐出された作動油を受けて駆動される負荷として機能す るものである。 なお、 本実施形態において、 油圧モータ 1 2は、 ポンプの機能も 兼ねる油圧ポンプモータが使用されている。 また、 油圧モータ 1 2の回転軸には -ノレ （請求の範囲における 「第 2のエネルギ蓄積装置」） 4 2が取り 付けられている。
管路 1 1 9と管路 1 2 3との間には、 管路 1 2 2が接続されている。 この管路 1 2 2は、 管路 1 2 1， 1 2 0を介して、 作動油タンク 2 1と連通している。 管 路 1 2 1と管路 1 2 0との間にはフィルタ 2 5が介設されている。 また、 管路 1 2 1と管路 1 2 2との間には、 管路 1 2 2から管路 1 2 1への流れを阻止する逆 止弁 2 6が介設されている。
油圧モータ 1 2の流出ポート 1 2 bには管路 1 2 4が接続されている。 管路 1
2 4からは管路 1 2 5が分岐している。 この管路 1 2 5には、 制御弁 4を介して、 作動油タンク 2 1へ延びる管路 1 2 6が接続されている。
管路 1 2 4からは管路 1 2 7が延ぴ、 管路 1 2 7には逆止弁 2 7を介して管路 1 2 8が接続されている。 逆止弁 2 7は、 管路 1 2 8から管路 1 2 7への作動油 の流れを阻止する。 管路 1 2 8からは管路 1 2 9が延び、 管路 1 2 9には管路 1
3 0を介してアキュムレータ 3 4が接続されている。 アキュムレータ 3 4はエネ ルギ蓄積装置として機能する。
管路 1 2 9と管路 1 3 0との間からは管路 1 3 1が分岐している。 この管路 1 3 1には、 管路 1 3 2を介して圧力センサ 3 6が接続されている。 この圧力セン サ 3 6は、 管路 1 2 8， 1 3 0， 1 3 1内における圧力、 或いはまた、 アキュム レータ 3 4に蓄積された圧力を検出することができる。 また、 管路 1 3 1には、 間にリリーフ弁 3 5が介設された管路 1 3 3， 1 3 4が接続されており、 管路 1 3 4は作動油タンク 2 1に連通している。 リリーフ弁 3 5は、 逆止弁 2 7の出力 側の圧力が所定値以上となった場合に開放し、 当該圧力を所定値以下に保っため のものである。
管路 1 2 9からは管路 1 3 5が分岐し、 この管路 1 3 5には、 制御弁 5を介し て管路 1 3 6が接続されている。 管路 1 3 6からは管路 1 3 8、 そして管路 1 4 2が制御弁 7まで延びている。 制御弁 7は、 方向切換弁とも称されものであり、 図示実施形態では、
ド式の 4ポート 3ポジションのスプール型が用いられている。 管路 1 4 2はこの 制御弁 7の Pポートに接続され、 Tポートは管路 1 5 5， 1 5 6 , 1 5 7を介し て作動油タンク 2 1に連通している。 なお、 管路 1 5 6と管路 1 5 7との間には、 制御弁 （請求の範囲における 「第 3の制御弁」） 8が介設されている。
制御弁 7がセンタポジション 7 bにあるとき、 Pポートと Tポートとは互いに 連通され、 Aポート及び Bポートは閉じられる。 また、 制御弁 7がポジション 7 aにあるとき、 Pポートは Aポートと連通し、 Tポートは Bポートと連通する。 更に、 制御弁 7がポジション 7 cにあるとき、 Pポートは Bポートと連通し、 T ポートは Aポートと連通する。
制御弁 7の Aポートには、 管路 1 4 3及ぴ管路 1 4 4を介して、 2方向型のポ ンプモータ （請求の範囲における 「第 1のポンプモータ」） 1 3の一方のポート 1 3 aが接続され、 制御弁 7の Bポートには、 管路 1 4 8及び管路 1 4 7を介し て、 ポンプモータ 1 3の他方のポート 1 3 bが接続されている。 また、 管路 1 4 3には管路 1 4 5が接続され、 この管路 1 4 5は別の 2方向型のポンプモータ
(請求の範囲における 「第 1のポンプモータ」） 1 4の一方のポート 1 4 aが接 続されている。 管路 1 4 8にも管路 1 4 6が接続され、 この管路 1 4 6はポンプ モータ 1 4の他方のポート 1 4 bが接続されている。 ポンプモータ 1 3 , 1 4の 回転軸には、 それぞれ、 車両の駆動輪 4 3， 4 4が接続されている。
制御弁 5と制御弁 7との間における管路 1 3 6と管路 1 3 8との間には、 管路
1 1 5と管路 1 1 6との間から分岐して延びる管路 1 1 7、 管路 1 1 8、 制御弁 3及び管路 1 3 7を介して、 作動油が供給され得るようになつている。 管路 1 1 7には管路 1 5 9が接続され、 この管路 1 5 9は、 逆止弁 3 0及び管路 1 5 8を 介して、 前述の管路 1 5 6に接続されている。 なお、 逆止弁 3 0は、 管路 1 5 9 から管路 1 5 8への作動油の流れを阻止するためのものである。
また、 制御弁 5と制御弁 Ίとの間における管路 1 3 8と管路 1 4 2との間には、 管路 1 4 1が接続されている。 この管路 1 4 1は、 管路 1 4 0， 1 3 9を介して、 作動油タンク 2 1と連通している。 管路 1 4 0と管路 1 3 9との間にはフィルタ
2 8が介設されている。 管路 1 4 0と管路 1 4 1との間には、 管路 1 4 1から管 路 1 4 0への流れを阻止する逆止弁 2 9が介設されている。
更に、 油圧モータ 1 2と制御弁 5との間における管路 1 2 8と管路 1 2 9との 間からは管路 1 6 0が分岐して延びている。 管路 1 6 0は、 油圧ポンプ 1 2の流 入側の管路 1 0 3， 1 0 4に連通する管路 1 6 1に、 制御弁 6を介して接続され ている。 管路 1 6 1と管路 1 5 9とは、 制御弁 （請求の範囲における 「第 4の制 御弁」） 9が間に設けられた管路 1 6 1， 1 6 2により互いに連通されている。 なお、 制御弁 1〜 6及び制御弁 8 , 9はいわゆるソレノィド式の開閉弁であり、 制御弁 7と共に、 図 2に示すように、 マイクロコンピュータ等から構成される制 御装置 3 0 0によって開閉制御される。 制御装置 3 0 0には、 圧力センサ 3 3 ,
3 6からの信号が入力される。 また、 制御装置 3 0 0には、 フライホイール 4 2 の回転数を検出する回転計 4 6からの信号、 駆動輪 4 3 , 4 4の回転数をそれぞ れ検出する回転計 4 7， 4 8からの信号、 及び、 フライホイール 4 5の回転数を 検出する回転計 4 9からの信号が入力される。 制御装置 3 0 0は、 これらの信号 に基づいて、 制御弁 1〜 9の開閉制御を行うよう構成されている。
次に、 以上のような構成の油圧装置において、 油圧ポンプ 1 1を駆動して、 そ れにより発生されるエネルギを、 第 1のエネルギ蓄積装置としてのアキュムレー タ 3 1、 及ぴ、 第 2のエネルギ蓄積装置としてのフライホイール 4 2に蓄積する 場合について説明する。 なお、 図 1の構成の一部を抽出した図 3も参照する。 図 1及び図 3に示される状態において、 駆動源 4 1を始動し、 油圧ポンプ 1 1 を設定回転数で運転している場合には、 作動油は作動油タンク 2 1から管路 1 0 1、 フイノレタ 2 2、 管路 1 0 2、 逆止弁 2 3、 管路 1 0 4を経て、 油圧ポンプ 1 1に吸入される。 油圧ポンプ 1 1に吸入された作動油は、 油圧ポンプ 1 1から吐 出され、 吐出側の管路 1 0 5力ゝら、 管路 1 0 6、 通過側 1 aとなっている制御弁 1、 管路 1 0 7を通って、 作動油タンク 2 1に流れる。 制御弁 1のポジションが 通過側 1 aにある場合には、 管路 1 06、 制御弁 1及ぴ管路 1 07はアンロード 流路を形成する。
この状態で、 制御弁 1のポジションを通過側 1 aから阻止側 1 bに切り換える と、 駆動源 4 1により駆動される油圧ポンプ 1 1によって、 作動油が、 管路 1 0 5, 1 0 8を通り、 更に逆止弁 24を通過し、 負荷 lj (すなわちアキュムレータ 3 1及び油圧モータ 1 2の側） へと供給される。 また、 制御弁 1のポジションを 通過側 1 aカゝら阻止側 1 bに切り換えた時には、 駆動源 4 1により設定回転数で 運転される油圧ポンプ 1 1が連続的に発生できる吐出圧力、 すなわち油圧ポンプ 1 1の通常運転時に吐出する圧よりも高い圧力が発生する。 この高圧の作動油は、 制御弁 2, 3， 9のポジションが阻止側 2 b, 3 b, 9 bにある時、 アキュムレ ータ 3 1に供給され、 エネルギが蓄積される。
この高圧が発生する理由について更に詳細に説明する。 熱機関又は電動機等か らなる駆動源 4 1は、 発生可能なトルクが Qmであるとき、 駆動源 4 1により駆 動される油圧ポンプ 1 1のトルクを Qpとすると、 損失を無視した場合には、 Q m=Qpの関係が成立することは明らかである。 ここで、 駆動源 41の持つ慣性 モーメント （図示実施形態では、 駆動源 4 1自身が持つ慣性モーメントは小さい ものとしているので、 フライホイール 4 5が持つ慣性モーメントに実質的に相 当） を I、 角速度を ωとすると、 駆動源 4 1が加速又は減速する際に要する慣性 トルクは I ■ d co d tで表せる。 なお、 I · d c /d tは加速時には +、 減速 時には一の値を持つことになる。
本実施形態では、 制御弁 1のポジションが通過側 1 aの状態にある場合には、 駆動源 4 1は設定回転数を維持するように制御される。 制御弁 1のポジションが 阻止側 1 bに切り換えられた時、 油圧ポンプ 1 1は負荷を受けて、 駆動源 4 1が 減速するこことなるが、 前述したように駆動源 4 1の慣性トルク （フライホイ一 ル 45の慣性トルク） I · d ω/d tが Qmに加算されることとなり、 Q p =Q m— I · d ω / d tの関係が成立する。 よって、 駆動源 4 1の減速による慣性の トルクが付加されることにより、 通常運転時の油圧ポンプ 1 1の入力トルク Qm よりも大きいトルクが油圧ポンプ 1 1に入力される。 その一方で、 油圧ポンプ 1 1の吐出圧は、 負荷圧力に応じて上昇する。 その結果、 圧力上昇した作動油が下 流側の負荷に供給されるのである。
これまでの説明は、 制御弁 1のポジションを通過側 1 aから阻止側 1 bに切り 換える動作を 1回だけ行った場合についてのみであつたが、 阻止側 1 bから通過 側 l aに切り換え、 再ぴ阻止側 1 bに切り換える動作 （切換動作） を反復するこ とにより、 上記のように高い圧力の作動油を負荷に連続的に供給することができ る。
このように、 本実施形態では、 より小さい駆動源で高い油圧を供給できるので、 負荷が必要とする最大負荷トルクに合わせた出力トルクを持つ駆動源を設けるこ となく、 駆動させることが可能であり、 経済的にも大きなメリットがある。 発生 できる最大圧力は、 駆動源 4 1の慣性モーメント Iと角加速度 d co Z d tの大き さによって設定することができる。
制御弁 1の切換動作は、 次のように行われる。 図 1において、 フライホイール 4 5には回転計 4 9が設けられ、 駆動源 4 1の回転数は、 この回転計 4 9によつ て検出される。 したがって、 仮に油圧ポンプ 1 1の負荷トルクが駆動源 4 1の出 力トルクを越え、 その結果、 駆動源 4 1の回転数が低下して下限設定値にまで減 少した場合には、 回転計 4 9からの検出信号によって認識することができる。 制 御装置 3 0 0は、 回転計 4 9からの信号を受けるので、 その信号から駆動源 4 1 の回転数が下限設定 以下になったら、 制御弁 1に制御信号を発して、 そのポジ シヨンを阻止側 1 bから通過側 1 aに切り換えて、 アンロード状態、 すなわち油 圧ポンプ 1 1の負荷を除去した状態とする。 その結果、 駆動源 4 1にかかる負荷 トルクが減少して、 その回転数が次第に増加し、 上限設定値以上になる。 このと き再び、 制御装置 3 0 0は、 制御弁 1のポジションを阻止側 1 bに切り換える制 御を行う。 この切換動作を行う時期は、 上限設定値に達した瞬間に限られず、 そ の直後でも、 或いは、 上限設定 に達することを予測して達する直前でもよい。 このようにして、 制御弁 1は切換動作を繰り返し実行して自励動作を持続させる。 油圧ポンプ 1 1の回転数変化、 すなわち作動油吐出量の変化の速さは油圧ポンプ 1 1の軸の周りの' I貧性モーメントに依存する。
また、 圧力センサ 3 3は、 逆止弁 2 4の出力側の圧力状態を測定する。 したが つて、 制御装置 3 0 0は、 圧力センサ 3 3からの信号により、 その測定値が所定 の設定値に到達したことを認識した場合、 制御弁 1のポジションを阻止側 1 bか ら通過側 1 aに切り換えて、 油圧ポンプ 1 1から吐出された作動油を作動油タン ク 2 1へ戻す。 この動作により駆動源 4 1に作用する負荷がアンロード状態とな り、 駆動源 4 1の回転数が増加する。 このように切換えのタイミングを決定する ために使用する検知手段としては、 圧力センサ 3 3や回転計 4 9の他、 負荷の状 態を監視するセンサ、 予め切り換えるタイミングが分かっている場合等は状態を 監視することなく外部からのクロックタイミングに応じて行うことも可能である。 制御弁 2のポジションが通過側 2 aに切り換えられた際、 駆動源 4 1によって 駆動される油圧ポンプ 1 1か吐出される作動油と、 エネルギ蓄積装置としてのァ キュムレータ 3 1からの作動油が、 負荷としての油圧モータ 1 2に流入し、 吐出 側の管路 1 2 4から、 管路 1 2 5、 ポジションが通過側 4 aとなっている制御弁 4、 及び管路 1 2 6を経て、 作動油タンク 2 1に戻される。 この動作により油圧 モータ 1 2は駆動され、 フライホイール 4 2は回転を開始し、 加速される。 これ により、 フライホイール 4 2にエネルギが蓄積されていく。
制御弁 2と油圧モータ 1 2との間には、 作動油タンク 2 1へ入力側を向けて接 続した逆止弁 2 6が設けられた管路 1 2 0， 1 2 1， 1 2 2が設けられている。 その理由について図 3を参照して説明する。 油圧モータ 1 2の回転数が増加し、 油圧モータ 1 2の必要油量が油圧ポンプ 1 1の吐出油量より多くなつた場合には、 油圧モータ 1 2を加速することができなくなる。 このとき、 制御弁 2のポジションを通過側 2 aカゝら阻止側 2 bに切り換える。 この動作により、 アキュムレータ 3 1には作動油が蓄積されると共に、 油圧モー タ 1 2は、 逆止弁 2 6により作動油の供給が妨げられないので、 フリ一ホイリン グ状態となる。 アキュムレータ 3 1に所定量の作動油が蓄積されたら、 制御弁 2 のポジションを再び通過側 2 aに切り換えると、 アキュムレータ 3 1に蓄積され た作動油が油圧モータ 1 2に流入し、 油圧モータ 1 2は加速されることになる。 このように、 制御弁 2の切換動作を反復することで油圧モータ 1 2の必要油量が 油圧ポンプ 1 1の吐出油量より多いときでも間欠的に加速をすることができる。 よって、 加速のための平均圧力は低いが、 大流量を負荷としての油圧モータ 1 2 に供給することが可能になる。
なお、 図 4は、 図 3の油圧回路をほぼ等価な電気回路で示したものである。 図 4中、 Eは電源、 R Lは負荷、 C l， C 2はコンデンサ、 Q l， Q 2はトランジ スタ等のスィッチング素子、 D 1 , D 2は整流器、 L 1はインダクタである。 電 源 Eは油圧ポンプ 1 1に相当し、 負荷 R Lは油圧モータ 1 2に相当する。 コンデ ンサ C 1は油圧ポンプ 1 1の持つ慣性 （フライホイール 4 5 )、 コンデンサ C 2 は油圧モータ 1 2の持つ 1貧性 （フライホイール 4 2 ) である。 スイッチング素子 Q 1 , Q 2はそれぞれ制御弁 2， 1、 整流器 D 1 , D 2はそれぞれ逆止弁 2 6， 2 4に相当する。 更に、 インダクタ L 1はアキュムレータ 3 1に相当する。 図 4 に示す電気回路は、 スィツチングパワーコントロール回路或いはパワーレギュレ ータ回路として知られているものであり、 スイッチング素子 Q 1， Q 2のスイツ チング周波数を調整することで、 負荷 R Lの電圧を調整することが可能となって いる。
この図 4の電気回路にほぼ等価である図 3の油圧回路も同等の作用を呈するも のであり、 制御弁 1， 2のポジション切換制御を行うことで、 負荷 R Lに相当す る油圧モータ 1 2の回転軸の回転数が一定範囲内に維持されるよう調整できるこ とは、 理解されよう。 図 5は、 図 3の油圧回路に従って構成した実験装置を用いての実験結果の一例 を示すものである。 図 5において、 点 Pを通る実線の曲線は、 油圧ポンプ 1 1に の吐出量 2 1 . 7 5リツトル Z分、 吐出圧力 4 . 5 M P aとした場合と同じ入力 一定として吐出量を変化させた場合の実験結果を示しており、 理論値を示す二点 鎖線の曲線と比較して理想点な可変吐出量ポンプの特性を示すことが分かる。 す なわち、 この図から、 高圧小流量から低圧大流量の作動油を負荷に効率的に供給 できることが分かる。
次に、 上記構成の油圧装置を用いて車両を発進させ加速させる場合について説 明する。 なお、 発進は加速する初速度が零の場合に過ぎず、 以下では発進につい ても単に加速として説明する。 車両を加速する場合には、 駆動源 4 1のみを利用 する場合、 予め設定された回転数で動作しているフライホイール 4 2のみを利用 する場合、 及び、 駆動源 4 1とフライホイール 4 2との両方を利用する場合の 3 つの方法がある。
駆動源 4 1のみで車両の加速を行う場合、 制御弁 2 , 5 , 6 , 9を閉ポジショ ンないしは阻止側 2 b , 5 b , 6 b , 9 bにし、 制御弁 8を開ポジションないし は通過側 8 aとした状態とする。 また、 制御弁 7のポジションをセンタポジショ ン 7 bからポジション 7 aに切り換える。
この後、 駆動源 4 1により駆動された油圧ポンプ 1 1から吐出された作動油を ポンプモータ 1 3， 1 4に供給して、 ポンプモータ 1 3 , 1 4の回転軸、 ひいて は駆動輪 4 3， 4 4の回転を加速する。 この際も 3つの方法がある。 第 1は、 制 御弁 3のポジションを通過側 3 aに固定し、 制御弁 1のポジションを通過側 1 a と阻止側 1 bとの間で状況に応じて繰り返し切換動作を行うものである。 第 2は、 制御弁 1のポジションを阻止側 1 bに固定し、 制御弁 3のポジションを通過側 3 aと阻止側 3 bとの間で状況に応じて繰り返し切換動作を行うものである。 第 3 は、 制御弁 1 , 3の '灰方のポジションを必要に応じて切換動作するものである。 ただし、 制御弁 5は状況に応じてポジションの切換を行ってもよい。 また、 図に は示していない制御弁を管路 1 3 8中に配置し、 上記内容と同様な操作を行って も加速動作は可能である。
ここで、 制御弁 3が制御弁 2に対応し、 逆止弁 2 9が逆止弁 2 6に対応し、 制 御弁 8が制御弁 4に対応し、 ポンプモータ 1 3， 1 4が油圧モータ 1 2に対応し ていることに留意されたい。 そして、 駆動輪 4 3， 4 4が車両の慣性により駆動 され得る慣性体としても機能している。 したがって、 制御弁 1， 3 , 8の切換動 作については、 前述した制御弁 1 , 2， 4の切換動作と同等であるので、 重複し た説明は省略する。
フライホイール 4 2のみで加速する場合は、 フライホイール 4 2が予め設定さ れた範囲内の回転数で動作している必要がある。 予め設定された範囲内で動作し ているフライホイール 4 2が駆動側となり、 これによつて被駆動側である車両の 駆動輪 4 3， 4 4の加速を行う場合の制御動作は、 少なくとも制御弁 3， 6， 9 のポジションを阻止側 3 b , 6 b， 9 bにした状態で行う。 そして、 制御弁 4， 5 , 8のポジションを切り換えてポンプモータ 1 3， 1 4に作動油を供給する。 この場合も 3つの方法があり、 その第 1は、 制御弁 8のポジションを通過側 8 a とした状態で、 制御弁 5を通過側 5 aのポジションに固定し、 制御弁 4のポジシ ョンを通過側 4 aと阻止側 4 bとの間で状況に応じて繰り返し切換動作を行うも のである。 第 2は、 制御弁 4を P且止側 4 bのポジションに固定し、 制御弁 5のポ ジシヨンを繰り返し切換動作を行う場合である。 第 3は、 制御弁 4 , 5の双方の ポジションを繰り返し切換動作を行うものである。
ここで、 油圧モータ 1 2、 制御弁 4、 逆止弁 2 7、 アキュムレータ 3 4、 制御 弁 5、 逆止弁 2 9、 ポンプモータ 1 3， 1 4及ぴ制御弁 8が、 それぞれ、 油圧モ —タ 1 1、 制御弁 1、 逆止弁 2 4、 アキュムレータ 3 1、 制御弁 2、 逆止弁 2 6、 油圧モータ 1 2及び制御弁 4に対応していることに留意されたい。
また、 駆動源 4 1、 フライホイール 4 2の双方で車両を加速する場合でも、 上 記のように制御弁を状況に応じて繰り返し切換動作を行うことで可能となる。 ここで、 制御弁の状況に応じた切換動作について説明する。 車両の速度に応じ て作動油の量は変化するが、 その量は被駆動側のポンプモータ 1 3， 1 4の回転 数等の状態を検知することにより判断でき、 供給できる油量も同様に駆動側ボン プモータ 1 3又は 1 4の回転数等を検知することで判断できる。 回転状態を検知 する手段は、 フライホイール 4 2に設けられた回転計 4 6、 ポンプモータ 1 3， 1 4に設けられた回転計 4 7 , 4 8、 フライホイール 4 5に設けられた回転計 4 9である。 また、 作動油の状態を検知する手段は、 圧力センサ 3 3， 3 6である。 制御装置 3 0 0は、 これらのセンサからの信号に応じて、 制御弁の切換動作を行 わせる。 なお、 流量の測定は流量センサ等でも可能である。
例えば、 センサ 3 6が予め設定された上限圧力に達したことを制御装置 3 0 0 が認識したら、 制御装置 3 0 0は、 制御弁 4のポジションを通過側 4 aに切り換 え、 予め設定された下限圧力に達した場合には、 再度制御弁 4のポジションを阻 止側 4 bに切り換え、 この切換動作の反復により加速を行う。 このように、 上限、 下限圧力設定値を変えることで、 加速度を制御できる。 なお、 予め駆動側、 被駆 動側の状態が把握できている場合は、 制御装置 3 0 0から出力される制御信号や ク口ックにより制御弁を切り換えることも可能である。
車両を加速させる作動油は、 上述したように、 油圧ポンプ 1 1から制御弁 3を 通過したものと、 油圧モータ 1 2からのものがあるが、 アキュムレータ 3 4に蓄 積された作動油を用いることもできる。 すなわち、 油圧モータ 1 2に取り付けら れたフライホイール 4 2が回転している状態では、 油圧モータ 1 2を油圧ポンプ として動作させて、 作動油タンク 2 1から作動油をァュムレータ 3 4に蓄積し、 その作動油を用いてポンプモータ 1 3 , 1 4の回転軸の回転を加速することもで きる。 なお、 ポンプモータ 1 3 , 1 4を通過した作動油は、 制御弁 8を通って作 動油タンク 2 1に戻される。
次に、 車両が前進している状態で減速する場合を説明する。 減速動作には、 回 生を伴う減速動作と、 回生が伴わない減速動作の 2 つのパターンがある。 まず 回生の伴う減速動作について説明する。 車両の前進時、 ポンプモータ 1 3， 1 4 のポート 1 3 b , 1 4 bが吐出側となる。 これらのポート 1 3 b， 1 4 に、 ポ ジシヨン 7 aの制御弁 7を介して接続されている管路 1 5 5には、 逆止弁 3 0の 入力側の管路 1 5 8が接続され、 逆止弁 3 0の出力側は制御弁 2の入力側に接続 されている。 この構成では、 車両の慣性でポンプモータ 1 3 , 1 4の回転が続け られている状態では、 ポンプモータ 1 3， 1 4が駆動側となり、 被駆動側は、 フ ライホイール 4 2が接続された油圧モータ 1 2となる。 そして、 フライホイール 4 2が加速されれば、 フライホイール 4 2が負荷となり車両の減速が行われる。 なお、 制御動作については、 フライホイール 4 2から車両を加速する場合と同様 で、 ポジシヨンを切り換える制御弁 5と制御弁 4はそれぞれ制御弁 （第 2の制御 弁） 2と制御弁 （第 3の制御弁） 8になって同様の動作を行うことで説明できる。 次に回生を伴わない減速動作について説明する。 図 6は車両の持つ運動エネル ギの回生を伴わないで減速させるために必要な回路構成を図 1から抜き出したも のである。 この構成において動作を説明すると、 車両が減速する場合、 ポンプモ ータ 1 3 , 1 4から吐出した作動油は、 モータとして動作する油圧ポンプ 1 1に 流入する。 油圧ポンプ 1 1は駆動源 4 1に連結されているから、 いわゆるェンジ ンブレーキとして動作し、 車両を減速させる。 なお、 制御動作は、 前述したフラ ィホイール 4 2から車両を加速する場合と同様で、 ポジションを切り換える制御 弁 5と制御弁 4はそれぞれ制御弁 9と制御弁 8になって、 同様の動作を行うこと で説明できる。
車両の減速時における回生動作については、 前述したアキュムレータやフライ ホイール等のエネルギ蓄積装置で行うことが可能である。 特に回生を必要としな い場合でも、 ポンプモータ 1 3 , 1 4から吐出される作動油は、 油圧ポンプ 1 1 に流入されることで、 油圧ポンプ 1 1が連結した駆動源 4 1が負荷となりェネル ギが消費されるため、 リリーフ弁等で熱エネルギとして消費させることなく減速 できるから、 作動油の温度上昇や劣化を防止することができる。 なお、 車両を後退させたい場合には、 制御弁 7のポジションをポジション 7 b に切り換えればよい。
また、 車両を惰行状態とする場合、 少なくとも制御弁 3， 5 , 6のポジション は阻止側 3 b , 5 b , 6 bで、 制御弁 8のポジションを通過側 8 aに切り換えた 状態であれば、 管路 1 3 8， 1 4 2間に連通した管路 1 3 9， 1 4 0 , 1 4 1が ポンプモータ 1 3， 1 4のフリーホイリング回路となり、 作動油は制御弁 7， 8 を経由して、 作動油タンク 2 1へ戻される。 この状態で車両は惰行状態となる。 なお、 制御弁 7を図 1 に記載されたタイプ以外のものを使用し、 ポンプモータ 1 3， 1 4に対する管路部を閉回路として構成することで、 惰行させることも可 能である。
更に、 制御弁 6は、 フライホイール 4 2が予め設定された回転数で動作してい る場合、 開閉動作を行うことで油圧モータ 1 2により油圧ポンプ 1 1に作動油を 供給し、 駆動源 4 1を起動させる等の動作を行わせることができる。
本発明によれば、 ポンプモータ 1 1〜1 4は、 定吐出量ポンプとすることも可 能である。 この場合、 可変吐出量ポンプでは実現できない可逆動作も可能となる ことで、 駆動側の原動機等のエンジンブレーキ作用を利用することができるよう になる。
以上、 本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、 本発明は上記実施 形態に限定されるものでなく、 本発明で要求される機能を満足する素子であれば. 置き換えが可能である。 また、 本発明による油圧装置が適用されるシステムは、 車両に限られない。
産業上の利用可能性
本発明では、 定圧油圧源から吐出される作動油を、 制御弁を要求される負荷に 応じて切り換えることによって、 高圧小流量から低圧大流量まで、 効率良く負荷 へ供給できるので、 駆動源である熱機関又は電動機等を最も効率の良い回転数付 近で使用することができ、 また、 駆動される油圧ポンプも、 定吐出量、 可変吐出 量ポンプのような形式を問わず、 常に効率の高い回転数で動作させることができ るので、 従来の素子を能率良く動作させることができ、 システム全体の効率をよ り高くすることができる。
また、 この動作によれば、 従来の定吐出量ポンプで余剰として捨てていたエネ ルギの損失もなくなるため、 作動油の温度上昇や劣化を防止することができ、 可 変吐出量ポンプとしての動作も、 ポンプで容量を変えることなく実現できるので、 高価な可変吐出量ポンプを使用せずに定吐出量ポンプで可変吐出量ポンプと同じ 機能を実現できる。
また、 本発明の油圧装置を車両等の駆動装置として使用した場合は、 走行する 車両等が持つ運動エネルギを回収することで回生制動を実現したり、 駆動源であ る原動機をエンジンブレーキとして機能させたりと、 ポンプモータの可逆的動作 が自在となり、 効率が高い蓮転が可能である。 また、 回生しない場合には作動油 の温度上昇を防ぐことができる。

Claims

請求の範囲
1 . 所要量の慣性を内在又は付加により具備した駆動源と、 この駆動源によって 駆動される油圧ポンプと、 前記油圧ポンプの吐出側に接続された第 1の制御弁と、 この第 1の制御弁の通過側を作動油タンクへ導く流路と、 前記油圧ポンプの吐出 側に入力側を向けた逆止弁とを備え、 前記第 1の制御弁のポジションを通過側か ら阻止側に切り換えたとき、 前記慣性によつて圧力上昇じた作動油を前記逆止弁 の出力側に接続された負荷に供給するようになっていることを特徴とする油圧装
2 . 前記駆動源が発生するトルクを Q n！、 前記第 1の制御弁のポジションが阻止 側に切り換えられた状態にある場合の油圧ポンプのトルクを Q p、 前記駆動源の 持つ慣性モーメントを I、 角速度を ω及び前記駆動源が有する慣性トルクを I ■ d co / d t、 としたときに、 Q p = Q m _ I · d ω / d tの関係が成立する ようになつていることを特徴とする請求項 1記載の油圧装置。
3 . 前記第 1の制御弁のポジションを阻止側に切り換える動作を反復するように なっていることを特徴とする請求項 1に記載の油圧装置。
4 . 前記第 1の制御弁のポジションを阻止側と通過側との間で切り換える動作を、 接続される駆動系や負荷系の状態を検知する検知手段の値に応じて行うようにな つていることを特徴とする請求項 3に記載の油圧装置。
5 . 前記第 1の制御弁のポジションを阻止側と通過側との間で切り換える動作を、 外部からのク口ックタイミングに応じて行うようになっていることを特徴とする 請求項 3に記載の油圧装置。
6 . 前記油圧ポンプの負荷トルクが、 前記駆動源の出力トルクを越える値に達し、 その回転数が下限設定値にまで減少したとき前記第 1の制御弁のポジションを通 過側に切り換え、 前記油圧ポンプの負荷トルクの減少に伴い前記駆動源の回転数 が上限設定値に増加した後に、 前記第 1の制御弁のポジションを阻止側に切り換 える動作を行うようになっていることを特徴とする請求項 3 に記載の油圧装置。
7 . 前記第 1の制御弁のポジションを阻止側と通過側との間で切り換える動作を、 接続される駆動系や負荷系の状態を検知する検知手段の値に応じて行うようにな つていることを特徴とする請求項 6に記載の油圧装置。
8 . 前記第 1の制御弁のポジションを阻止側と通過側との間で切り換える動作を、 外部からのクロックタイミングに応じて行うようになっていることを特徴とする 請求項 6に記載の油圧装置。
9 . 前記油圧ポンプは定吐出量ポンプであることを特徴とする請求項 1〜8のい ずれか 1項に記載の油圧装置。
1 0 . 前記逆止弁の出力側に設けられた第 1のエネルギ蓄積装置と、 この第 1の エネルギ蓄積装置と前記逆止弁との間の管路から分岐された管路に設けられた第 2の制御弁と、 この第 2の制御弁の下流側に設けられた負荷とを備え、 この負荷 は前記第 2の制御弁のポジションが通過側にある時、 前記油圧ポンプと前記第 1 のエネルギ蓄積装置から作動油が流入され、 前記負荷を駆動するようになってい ることを特徴とする請求項 1〜8のいずれか 1項に記載の油圧装置。
1 1 . 前記負荷は、 第 2のエネルギ蓄積装置を設けた油圧モータであることを特 徴とする請求項 1 0に記載の油圧装置。
1 2 . 前記第 2のエネルギ蓄積装置は、 前記油圧モータに取り付けられたフライ ホィールであることを特徴とする請求項 1 1に記載の油圧装置。
1 3 . 所要量の 1貫性を内在又は付加により具備した駆動源と、 この駆動源によつ て駆動される油圧ポンプと、 この油圧ポンプの吐出側に接続したエネルギ蓄積装 置及び第 2の制御弁と、 この第 2の制御弁の下流側に接続された油圧モータとを 備え、 前記第 2の制御弁と前記油圧モータとの間に、 作動油タンクへ入力側を向 けた逆止弁を接続し、 前記油圧モータの必要油量が前記油圧ポンプの吐出油量よ り大きいときに前記第 2の制御弁を開閉することを特徴とする油圧装置。
1 4 . 車両の駆動輪を駆動する第 1のポンプモータと、 この第 1のポンプモータ の吐出側を作動油タンクへ導くように接続された第 3の制御弁と、 前記第 1のポ ンプモータの吐出側に入力側を向けて接続した逆止弁と、 この逆止弁の出力側に 接続された第 2の制御弁及ぴ第 1のエネルギ蓄積装置と、 前記第 2の制御弁の下 流側で且つ前記作動油タンクへ入力側を向けた逆止弁の出力側に接続された第 2 のポンプモータと、 第 2のポンプモータにより駆動される第 2のエネルギ蓄積装 置とを備え、 前記第 2の制御弁及び前記第 3の制御弁のポジションの通過側と阻 止側との間の切換動作により、 前記駆動輪の運動エネルギによる前記第 1のボン プモータからの作動油を前記第 2のポンプモータへ供給し、 前記第 2のエネルギ 蓄積装置を加速することを特徴とする油圧装置。
1 5 . 車両の駆動輪を駆動する第 1のポンプモータと、 この第 1のポンプモータ の吐出側に入力側を向けて接続した逆止弁及び作動油タンクへ導くように接続さ れた第 3の制御弁と、 前記逆止弁の出力側に接続された、 エネルギ蓄積装置及び 第 4の制御弁と、 この第 4の制御弁の下流側で且つ前記作動油タンクに入力側を 向けて接続した逆止弁の出力側に接続された第 3のポンプモータと、 この第 3の ポンプモータを駆動する駆動源とを設け、 前記第 3の制御弁及び前記第 4の制御 弁のポジションの通過側と阻止側との間の切換動作により、 前記駆動輪を前記駆 動源によって減速させることを特徴とする油圧装置。
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