(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、このエンジンによって駆動される油圧ポンプと、この油圧ポンプから吐出される圧油によって駆動する油圧アクチュエータと、この油圧アクチュエータに供給される圧油の流れを制御する方向制御弁と、この方向制御弁と作動油タンクとを連絡し、前記油圧アクチュエータからの戻り油を前記作動油タンクへと導く戻り油路と、この戻り油路に設けられたオイルクーラとを有する油圧駆動装置に備えられ、前記戻り油路に設けられた前記オイルクーラをバイパスする非冷却油路と、この非冷却油路に設けられ当該非冷却油路を流れる作動油の流量を制御する流量制御弁と、この流量制御弁を制御する制御信号を出力する制御部を設けた油圧駆動装置の作動油温制御装置において、
前記制御部は、
作動油を昇温させるエネルギー要素を求める第１演算手段と、
実験的あるいは経験的に知られている前記オイルクーラの通過流量と前記オイルクーラの放熱量との第１の関係に対応させて設定され、前記第１の関係の前記オイルクーラの放熱量を、前記作動油を昇温させるエネルギー要素に置き換えた前記オイルクーラの通過流量と前記作動油を昇温させるエネルギー要素との第２の関係を設定する第１設定手段と、
前記第１演算手段で求めた作動油を昇温させるエネルギー要素と、前記第１設定手段で設定された前記第２の関係に基づいて、前記オイルクーラの通過流量を求める第２演算手段と、
前記オイルクーラの通過流量と前記流量制御弁の通過流量との第３の関係を設定する第２設定手段と、
前記第２演算手段で求めた前記オイルクーラの通過流量と、前記第２設定手段で設定された前記第３の関係に基づいて、前記流量制御弁の通過流量を求める第３演算手段と、
前記第３演算手段で求めた前記流量制御弁の通過流量に相応する制御信号を前記流量制御弁に出力する出力手段とを含むことを特徴とする油圧駆動装置の作動油温制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の油圧駆動装置の作動油温制御装置において、
前記制御部は、
前記エンジンの出力を求める第４演算手段と、
前記油圧アクチュエータの仕事を求める第５演算手段と、
前記エンジンの出力及び前記油圧アクチュエータの仕事と、前記作動油を昇温させるエネルギー要素との第４の関係を設定する第３設定手段とを含み、
前記制御部の前記第１演算手段は、前記第４演算手段で求めたエンジンの出力及び前記第５演算手段で求めた油圧アクチュエータの仕事と、前記第３設定手段で設定された第４の関係に基づいて、前記作動油を昇温させるエネルギー要素を求めることを特徴とする油圧駆動装置の作動油温制御装置。
【請求項３】
請求項１に記載の油圧駆動装置の作動油温制御装置において、
前記制御部は、
前記油圧アクチュエータの仕事を求める第５演算手段と、
前記油圧ポンプの入力を求める第６演算手段と、
前記油圧アクチュエータの仕事及び前記油圧ポンプの入力と、前記作動油を昇温させるエネルギー要素との第５の関係を設定する第４設定手段とを含み、
前記制御部の前記第１演算手段は、前記第５演算手段で求めた油圧アクチュエータの仕事及び前記第６演算手段で求めた前記油圧ポンプの入力と、前記第４設定手段で設定された第５の関係に基づいて、前記作動油を昇温させるエネルギー要素を求めることを特徴とする油圧駆動装置の作動油温制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷変動の激しい油圧ショベルなどの建設機械に備えられる油圧駆動装置の作動油温制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の油圧駆動装置の作動油温制御装置として、特許文献１に開示されたものがある。この従来技術は、エンジン、油圧ポンプ、油圧アクチュエータ、方向制御弁、作動油タンクへの戻り油路、及びこの戻り油路に設けられたオイルクーラを有する建設機械の油圧駆動装置に備えられ、戻り油路に設けられたオイルクーラをバイパスする非冷却油路と、この非冷却油路に設けられ当該非冷却油路を流れる作動油の流量を制御する流量制御弁、すなわち電磁開閉弁と、この電磁開閉弁を制御する制御信号を出力する制御部と、オイルクーラ上流の作動油温度を検出する温度センサとから構成され、温度センサで検出した油温に基づいて電磁開閉弁を制御するものである。電磁開閉弁の開閉によって冷却油路と非冷却油路の分流を変化させることで、オイルクーラの放熱量が制御される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３５１６９８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述した従来技術は、作動油を昇温させるエネルギー要素と油温の変化とでタイムラグが生じるため、油圧ポンプの駆動等が変化した際に、作動油を昇温させるエネルギー要素と油温検出に基づいて制御されているオイルクーラの放熱量との間に差が生じ、冷却に過不足が生じてしまう。したがって油温を一定に保つことが難しい。このため、従来技術にあっては、油温の変化による作動油粘度の変化によって、油圧ポンプや油圧アクチュエータ等の作動が安定しなくなる懸念がある。【０００５】
本発明は、このような従来技術における実状からなされたもので、その目的は、作動油温の変動を小さく抑えることができる油圧駆動装置の作動油温制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的を達成するために、本発明に係る油圧駆動装置の作動油温制御装置は、エンジンと、このエンジンによって駆動される油圧ポンプと、この油圧ポンプから吐出される圧油によって駆動する油圧アクチュエータと、この油圧アクチュエータに供給される圧油の流れを制御する方向制御弁と、この方向制御弁と作動油タンクとを連絡し、前記油圧アクチュエータからの戻り油を前記作動油タンクへと導く戻り油路と、この戻り油路に設けられたオイルクーラとを有する油圧駆動装置に備えられ、前記戻り油路に設けられた前記オイルクーラをバイパスする非冷却油路と、この非冷却油路に設けられ当該非冷却油路を流れる作動油の流量を制御する流量制御弁と、この流量制御弁を制御する制御信号を出力する制御部を設けた油圧駆動装置の作動油温制御装置において、前記制御部は、作動油を昇温させるエネルギー要素を求める第１演算手段と、実験的あるいは経験的に知られている前記オイルクーラの通過流量と前記オイルクーラの放熱量との第１の関係に対応させて設定され、前記第１の関係の前記オイルクーラの放熱量を、前記作動油を昇温させるエネルギー要素に置き換えた前記オイルクーラの通過流量と前記作動油を昇温させるエネルギー要素との第２の関係を設定する第１設定手段と、前記第１演算手段で求めた作動油を昇温させるエネルギー要素と、前記第１設定手段で設定された前記第２の関係に基づいて、前記オイルクーラの通過流量を求める第２演算手段と、前記オイルクーラの通過流量と前記流量制御弁の通過流量との第３の関係を設定する第２設定手段と、前記第２演算手段で求めた前記オイルクーラの通過流量と、前記第２設定手段で設定された前記第３の関係に基づいて、前記流量制御弁の通過流量を求める第３演算手段と、前記第３演算手段で求めた前記流量制御弁の通過流量に相応する制御信号を前記流量制御弁に出力する出力手段とを含むことを特徴としている。【０００７】
このように構成した本発明は、オイルクーラをバイパスする非冷却油路に設けられた流量制御弁を制御する制御部における演算に用いられるエネルギー要素と、実験的あるいは経験的に知られているオイルクーラ放熱量とが同等であり、したがって、流量制御弁を制御する制御信号の値はタイムラグを生じさせない値であり、これにより、作動油温の変動を小さく抑えることができる。【０００８】
また、本発明に係る油圧駆動装置の作動油温制御装置は、前記発明において、前記制御部は、前記エンジンの出力を求める第４演算手段と、前記油圧アクチュエータの仕事を求める第５演算手段と、前記エンジンの出力及び前記油圧アクチュエータの仕事と、前記作動油を昇温させるエネルギー要素との第４の関係を設定する第３設定手段とを含み、前記制御部の前記第１演算手段は、前記第４演算手段で求めたエンジンの出力及び前記第５演算手段で求めた油圧アクチュエータの仕事と、前記第３設定手段で設定された第４の関係に基づいて、前記作動油を昇温させるエネルギー要素を求めることを特徴としている。このように構成した本発明は、第４演算手段によってエンジン出力を、第５演算手段によって油圧アクチュエータの仕事を、それぞれ求めることによって、第３設定手段で設定された第４の関係から、オイルクーラの放熱量に対応する作動油を昇温させるエネルギー要素を求めることができる。【０００９】
また、本発明に係る油圧駆動装置の作動油温制御装置は、前記発明において、前記制御部は、前記油圧アクチュエータの仕事を求める第５演算手段と、前記油圧ポンプの入力を求める第６演算手段と、前記油圧アクチュエータの仕事及び前記油圧ポンプの入力と、前記作動油を昇温させるエネルギー要素との第５の関係を設定する第４設定手段を含み、前記制御部の前記第１演算手段は、前記第５演算手段で求めた油圧アクチュエータの仕事及び前記第６演算手段で求めた前記油圧ポンプの入力と、前記第４設定手段で設定された第５の関係に基づいて、前記作動油を昇温させるエネルギー要素を求めることを特徴としている。このように構成した本発明は、第５演算手段によって油圧アクチュエータの仕事を、第６演算手段によって油圧ポンプの入力を、それぞれ演算することによって、第４設定手段で設定された第５の関係から、オイルクーラの放熱量に対応する作動油を昇温させるエネルギー要素を求めることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、オイルクーラをバイパスする非冷却油路に設けられた流量制御弁を制御する制御部が、作動油を昇温させるエネルギー要素を求める第１演算手段と、実験的あるいは経験的に知られている前記オイルクーラの通過流量と前記オイルクーラの放熱量との第１の関係に対応させて設定され、前記第１の関係の前記オイルクーラの放熱量を、前記作動油を昇温させるエネルギー要素に置き換えた前記オイルクーラの通過流量と前記作動油を昇温させるエネルギー要素との第２の関係を設定する第１設定手段と、前記第１演算手段で求めた作動油を昇温させるエネルギー要素と、前記第１設定手段で設定された前記第２の関係に基づいて、前記オイルクーラの通過流量を求める第２演算手段と、前記オイルクーラの通過流量と前記流量制御弁の通過流量との第３の関係を設定する第２設定手段と、前記第２演算手段で求めた前記オイルクーラの通過流量と、前記第２設定手段で設定された前記第３の関係に基づいて、前記流量制御弁の通過流量を求める第３演算手段と、前記第３演算手段で求めた前記流量制御弁の通過流量に相応する制御信号を前記流量制御弁に出力する出力手段とを含むことから、この制御部の演算に用いられるエネルギー要素は、実験的あるいは経験的に知られているオイルクーラの放熱量と同等であり、したがって、流量制御弁を制御する制御信号の値はタイムラグを生じさせない値であり、これにより、作動油温の変動を小さく抑えることができる。したがって従来に比べて作動油の粘度の変動を小さくすることができ、油圧ポンプや油圧アクチュエータの作動の安定化を実現させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る油圧駆動装置の作動油温制御装置の第１実施形態を示す油圧回路図である。
【図２】実験的あるいは経験的に知られているオイルクーラの通過流量とオイルクーラの放熱量の関係を示す図である。
【図３】第１実施形態に備えられる制御部に含まれる第１設定手段で設定されるオイルクーラの通過流量と作動油を昇温させるエネルギー要素の関係を示す図である。
【図４】第１実施形態に備えられる制御部に含まれる第２設定手段で設定されるオイルクーラの通過流量と流量制御弁の通過流量の関係を示す図である。
【図５】第１実施形態に備えられる制御部に含まれる第３設定手段で設定されるエンジンの出力及び油圧アクチュエータの仕事と、作動油を昇温させるエネルギー要素の関係を示す図である。
【図６】第１実施形態に備えられる制御部における処理手順を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第２実施形態を示す油圧回路図である。
【図８】第２実施形態に備えられる制御部に含まれる第４設定手段で設定される油圧ポンプの入力及び油圧アクチュエータの仕事と、作動油を昇温させるエネルギー要素の関係を示す図である。
【図９】第２実施形態に備えられる制御部における処理手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係る油圧駆動装置の作動油温制御装置の実施の形態を図に基づいて説明する。
【００１３】
図１は本発明に係る油圧駆動装置の作動油温制御装置の第１実施形態を示す油圧回路図、図２は実験的あるいは経験的に知られているオイルクーラの通過流量とオイルクーラの放熱量の関係を示す図、図３は第１実施形態に備えられる制御部に含まれる第１設定手段で設定されるオイルクーラの通過流量と作動油を昇温させるエネルギー要素の関係を示す図、図４は第１実施形態に備えられる制御部に含まれる第２設定手段で設定されるオイルクーラの通過流量と流量制御弁の通過流量の関係を示す図、図５は第１実施形態に備えられる制御部に含まれる第３設定手段で設定されるエンジンの出力及び油圧アクチュエータの仕事と、作動油を昇温させるエネルギー要素の関係を示す図、図６は第１実施形態に備えられる制御部における処理手順を示すフローチャートである。
【００１４】
第１実施形態に係る作動油温制御装置が備えられる建設機械の油圧駆動装置、例えば油圧ショベルの油圧駆動装置は、図１に示すように、エンジン１と、このエンジン１によって駆動される油圧ポンプ２と、この油圧ポンプ２から吐出される圧油によって駆動する油圧アクチュエータ３と、この油圧アクチュエータ３に供給される圧油の流れを制御する方向制御弁４と、この方向制御弁４と作動油タンク５とを連絡し、油圧アクチュエータ３からの戻り油を作動油タンク５へと導く油路６、戻り油路７、冷却油路８と、この冷却油路８に設けられたオイルクーラ９とを有している。このような油圧ショベルの油圧駆動装置に備えられる第１実施形態に係る作動油温制御装置は、オイルクーラ９をバイパスする非冷却油路１０と、この非冷却油路１０に設けられた作動油の流量を制御する流量制御弁１１と、この流量制御弁１１を制御する制御信号を出力する制御部１２と、エンジン１のトルクと回転数を検出する検出装置１３と、油圧アクチュエータ３の圧力を検出する圧力検出装置１４と、油圧アクチュエータ３の変位を検出する変位検出装置１５を設けている。これら検出装置１３，１４，１５は制御部１２へと検出値を送っている。
【００１５】
また、制御部１２は、作動油を昇温させるエネルギー要素を求める第１演算手段と、実験的あるいは経験的に知られているオイルクーラ９の通過流量とオイルクーラ９の放熱量との図２に示す第１の関係に対応させて設定され、第１の関係のオイルクーラ９の放熱量を、作動油を昇温させるエネルギー要素に置き換えたオイルクーラ９の通過流量と作動油を昇温させるエネルギー要素との図３に示す第２の関係を設定する第１設定手段と、第１演算手段で求めた作動油を昇温させるエネルギー要素と、第１設定手段で設定された第２の関係に基づいて、オイルクーラ９の通過流量を求める第２演算手段と、オイルクーラ９の通過流量と流量制御弁１１の流量との図４に示す第３の関係を設定する第２設定手段と、第２演算手段で求めたオイルクーラ９の通過流量と、第２設定手段で設定された第３の関係に基づいて、流量制御弁１１の通過流量を求める第３演算手段と、この第３演算手段で求めた流量制御弁１１の流量に相応する制御信号を流量制御弁１１に出力する出力手段とを含んでいる。また、検出装置１３から出力される検出値に基づいてエンジン１の出力を求める第４演算手段と、検出装置１４，１５から出力される検出値に基づいて油圧アクチュエータ３の仕事を求める第５演算手段と、エンジン１の出力及び油圧アクチュエータ３の仕事と、作動油を昇温させるエネルギー要素との図５に示す第４の関係を設定する第３設定手段とを含んでいる。
【００１６】
この第１実施形態では、第１演算手段が、例えば第４演算手段で求めたエンジン１の出力及び第５演算手段で求めた油圧アクチュエータの仕事と、第３設定手段で設定された第４の関係に基づいて、作動油を昇温させるエネルギー要素を求める構成にしてある。
【００１７】
このように構成した第１実施形態に備えられる制御部１２にあっては、図６に示すように、はじめに、検出装置１３の検出値であるエンジントルクとエンジン回転数に基づいてエンジン１の出力を、検出装置１４，１５の検出値である油圧アクチュエータ３の圧力と変位に基づいて油圧アクチュエータ３の仕事を、それぞれ演算することが行われる（ステップ１）。次に、第３設定手段で設定された図５に示すエンジン１の出力及び油圧アクチュエータ３の仕事と、作動油を昇温させるエネルギー要素の関係に基づき、ステップ１で算出したエンジン１の出力及び油圧アクチュエータ３の仕事から、作動油を昇温させるエネルギー要素を算出することが行われる（ステップ２）。次に、第１設定手段で設定された図３のオイルクーラ９の通過流量と作動油を昇温させるエネルギー要素の関係に基づき、ステップ２で算出した作動油を昇温させるエネルギー要素から、オイルクーラ９の通過流量を算出することが行われる（ステップ３）。次に、第２設定手段で設定された図４のオイルクーラ９の通過流量と流量制御弁１１の通過流量の関係に基づき、ステップ３で算出したオイルクーラ９の通過流量から、流量制御弁１１の通過流量を算出することが行われる（ステップ４）。最後に、流量制御弁１１へステップ４で算出した流量制御弁１１の通過流量に相応する制御信号を出力することが行われる（ステップ５）。これにより、流量制御弁１１はその開口面積が適宜制御され、油圧アクチュエータ３から油路６、戻り油路７を介して流れる戻り油は、冷却油路８を経てオイルクーラ９に流れるとともに、一部が非冷却油路１０を経て流量制御弁１１を通過するように流れる。ここで、オイルクーラ９の通過流量と放熱量との関係は実験的あるいは経験的に、上述した図２のようになることが知られている。すなわち、オイルクーラ９の通過流量を変化させることで、オイルクーラ９の放熱量を制御できることが知られている。
【００１８】
このように構成した第１実施形態によれば、制御部１２の演算に用いられる作動油を昇温させるエネルギー要素、すなわちエンジン１の出力及び油圧アクチュエータ３の仕事に基づくエネルギー要素は、実験的あるいは経験的に知られているオイルクーラ９の放熱量と同等である。したがって、流量制御弁１１を制御する制御信号の値は、タイムラグを生じさせない値である。これにより、作動油温の変動を小さく抑えることができる。これに伴い、作動油の粘度の変動を小さくすることができ、油圧ポンプ２や油圧アクチュエータ３の作動の安定化を実現させることができる。
【００１９】
図７は本発明の第２実施形態を示す油圧回路図、図８は第２実施形態に備えられる制御部に含まれる第４設定手段で設定される油圧ポンプの入力及び油圧アクチュエータの仕事と、作動油を昇温させるエネルギー要素の関係を示す図、図９は第２実施形態に備えられる制御部における処理手順を示すフローチャートである。
【００２０】
図７に示す第２実施形態は、図１の第１実施形態における油圧アクチュエータ３の変位を検出する検出装置１５に代えて、油圧アクチュエータ３の作動油流量を検出する流量検出装置１６を、また、エンジン１のトルクと回転数を検出する検出装置１３に代えて、油圧ポンプ２の吐出圧力を検出する圧力検出装置１７と、油圧ポンプ２の吐出流量を検出する流量検出装置１８を設けてある。これらの検出装置１６，１７，１８は制御部１２に接続した構成にしてある。
【００２１】
この第２実施形態が備えられる制御部１２は、検出装置１４，１６に基づいて油圧アクチュエータ３の仕事を求める第５演算手段と、圧力検出装置１７及び流量検出装置１８の検出値に基づいて、油圧ポンプ２の入力を求める第６演算手段と、これらの第５演算手段で求められた油圧アクチュエータ３の仕事及び第６演算手段で求められた油圧ポンプ２の入力と、作動油を昇温させるエネルギー要素との図８に示す第５の関係を設定する第４設定手段とを含んでいる。この第２実施形態では、制御部１２の前述した第１演算手段は、第５演算手段で求めた油圧アクチュエータ３の仕事及び第６演算手段で求めた油圧ポンプ２の入力と、第４設定手段で設定された第５の関係に基づいて、作動油を昇温させるエネルギー要素を求める構成にしてある。その他の構成は第１実施形態と同等である。
【００２２】
この第２実施形態にあっては、図９に示すように、図６に示す第１実施形態のフローチャートと比較すると、ステップ１，２の内容のみが異なっている。すなわち、第１実施形態でエンジン１の出力及び油圧アクチュエータ３の仕事を演算する代わりに、第２実施形態では、圧力検出装置１７及び流量検出装置１８の検出値と、油圧ポンプ２の効率のデータに基づいて、油圧ポンプ２の入力を演算するようになっている（ステップ１）。そして、第４設定手段で設定された図８に示す油圧アクチュエータ３の仕事及び油圧ポンプ２の入力と、作動油を昇温させるエネルギー要素の関係に基づき、ステップ１で算出した油圧アクチュエータ３の仕事及び油圧ポンプ２の入力から、作動油を昇温させるエネルギー要素を算出することが行われる（ステップ２）。ステップ３，４，５の処理は、第１実施形態におけるのと同等である。
【００２３】
このように構成した第２実施形態も、第１実施形態におけるのと同様に、オイルクーラ９の放熱量と同等に設定された作動油を昇温させるエネルギー要素、すなわち油圧ポンプ２の入力及び油圧アクチュエータ３の仕事に基づくエネルギー要素と、図３に示す第１設定手段の第２の関係に応じて、流量制御弁１１を制御するようにしてあることから、第１実施形態と同等の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００２４】
１    エンジン
２    油圧ポンプ
３    油圧アクチュエータ
４    方向制御弁
５    作動油タンク
６    油路
７    戻り油路
８    冷却油路
９    オイルクーラ
１０    非冷却油路
１１    流量制御弁
１２    制御部（第１演算手段、第１設定手段、第２演算手段、第２設定手段、第３演算手段、出力手段、第４演算手段、第５演算手段、第３設定手段、第６演算手段、第４設定手段）
１３    検出装置
１４    圧力検出装置
１５    変位検出装置
１６    流量検出装置
１７    圧力検出装置
１８    流量検出装置
【図１】
0005380538.tif 000002
【図２】
0005380538.tif 000003
【図３】
0005380538.tif 000004
【図４】
0005380538.tif 000005
【図５】
0005380538.tif 000006
【図６】
0005380538.tif 000007
【図７】
0005380538.tif 000008
【図８】
0005380538.tif 000009
【図９】
0005380538.tif 000010