(57)【要約】本発明は、作業液の粘度を制御するための方法およびシステムに関する。作動液の粘度は通常温度に大きく依存する。圧力降下を発生させる既存のスロットルを用いて、これらの既存のスロットルにかかる圧力増加を制御してスロットル中にパワードレンを生成することにより、作動液を加熱することができる。加熱を制御することにより、作動液の粘度を調整することができる。本発明によれば、既存のスロットルは好適にバルブ中のキャビティ防止開口である。
2006523808.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプと、第１の負荷と、第１の負荷をポンプに結合しさらに第１の負荷をポンプから切り離すためのバルブとを備える油圧回路中に作動液が、少なくとも部分的に含まれる、作動液の粘度を制御する方法であって、
前記バルブは切り離された位置において負荷に対する既存のキャビティ防止開口を備え、作動液の粘度は、次のステップにより作動液の温度を必要なときに増加させて制御される、すなわち、
作動液の温度を判断するステップ、
バルブ状態を判断するステップ、
第１の負荷が切り離されて作動液の温度が所定温度より低いようなバルブ状態である場合には、油圧回路の圧力を増加させ、それによりバルブ中のキャビティ防止開口において温度を上昇させる圧力降下を発生させるステップ
から成ることを特徴とする方法。
【請求項２】
油圧回路において所定の圧力を得るまで、圧力を増加させることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
温度差が大きいほど圧力が高くなるような方法で、所定の温度と作動液の温度との差の関数である圧力を得るまで、圧力を増加させることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
キャビティ防止開口中の圧力降下により作動液を加熱させる形で所定のパワードレンを得るまで、圧力を増加させることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
増加させた圧力を所定時間だけ維持することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
所定の温度と作動液の温度との差が所定値以下であるまで、増加させた圧力を所定時間維持することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
粘度制御は第１の負荷よりも優先度が低く、これは第１の負荷においてパワードレンを得る必要があるときには本方法による粘度制御を中断させることを意味することを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
バルブ状態を判断するステップは、バルブ状態の判断後のさらなる補助ステップであって、
バルブ状態が第１の負荷が結合していて作動液の温度が所定温度よりも低いような場合、第１の負荷は切り離され新しい所定のバルブ状態が実行される、これは粘度制御が第１の負荷よりも優先度が高いことを意味する、そのような補助ステップを含むことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
バルブ状態の判断後に、
バルブ状態が第１の負荷が結合していて作動液の温度が所定温度よりも低いような場合、第１の負荷のパワードレンまたは許容範囲にあるがより低いパワードレンを、油圧回路中の高い圧力と結合するキャビティ防止開口から得られる流れから取ることができるかどうかを判断し、
第１の負荷のパワードレンまたは許容範囲にあるがより低いパワードレンを取ることができると判断した場合、第１の負荷は切り離され油圧回路中の圧力を第１の負荷に対して必要な値まで増加させて、作動液の加熱を生じる圧力降下とともに、そのパワードレンまたは許容範囲にあるがより低いパワードレンを取ることができるさらなるステップ
を備えることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
油圧回路は、特別に優先度が高く所要時間が短い第２の負荷を備え、第２の負荷への結合の全てにおいて、第２の負荷は油圧回路中の圧力を所定値まで増加させて第１の負荷を切り離す効果を有し、そしてこの結合の所要時間は、増加した圧力が粘度制御用の油圧回路中に存在する最短時間の長さの１０分の１よりも短いオーダーであることを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
油圧回路は補助回路であり、第１の負荷はファンであることを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
ポンプは、制御可能な荷重検出可変容量型ポンプであることを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
作動液の粘度を制御する粘度制御システムであって、
システムは、ポンプと、第１の負荷と、第１の負荷をポンプに結合しさらに第１の負荷をポンプから切り離すためのバルブとから成る油圧回路を備え、作動液が回路中に少なくとも部分的に含まれ、前記バルブは切り離された位置において負荷に対する既存のキャビティ防止開口を備え、前記システムはバルブとポンプを制御する制御ユニットをさらに備え、
システムは、作動液の温度とバルブ状態を判断するように設計された制御ユニットにより作動液の温度を必要なときに増加させて作動液の粘度を制御するように設計され、これに基づき、第１の負荷が切り離されて作動液の温度が所定温度より低いようなバルブ状態である場合には、制御ユニットは、ポンプを制御して油圧回路の圧力を増加させ、それによりバルブ中のキャビティ防止開口において温度を上昇させる圧力降下を発生させるように設計されることを特徴とするシステム。
【請求項１４】
制御ユニットは、油圧回路において所定の圧力を得るまで圧力を増加させるようにポンプを制御するよう設計されたことを特徴とする請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
制御ユニットは、温度差が大きいほど圧力が高くなるような方法で、所定の温度と作動液の温度との差の関数である圧力を得るまで圧力を増加させるようにポンプを制御するよう設計されたことを特徴とする請求項１３に記載のシステム。
【請求項１６】
制御ユニットは、キャビティ防止開口中の圧力降下により作動液が加熱される形で所定のパワードレンを得るまで圧力を増加させるようにポンプを制御するよう設計されたことを特徴とする請求項１３に記載のシステム。
【請求項１７】
制御ユニットは、増加させた圧力を所定時間だけ維持するようにポンプを制御するよう設計されたことを特徴とする請求項１３〜請求項１６のいずれかに記載のシステム。
【請求項１８】
制御ユニットは、所定の温度と作動液の温度との差が所定値以下であるまで増加させた圧力を所定時間維持するようにポンプを制御するよう設計されたことを特徴とする請求項１３〜請求項１６のいずれかに記載のシステム。
【請求項１９】
粘度制御は第１の負荷よりも優先度が低く、これは第１の負荷においてパワードレンを得る必要があるときには粘度制御を中断するように制御ユニットが設計されたことを意味することを特徴とする請求項１３〜請求項１８のいずれかに記載のシステム。
【請求項２０】
バルブ状態の判断とともに、バルブ状態が第１の負荷が結合していて作動液の温度が所定温度よりも低いような場合、制御ユニットは第１の負荷を切り離してバルブ状態を再度判断するようにさらに設計され、これは粘度制御が第１の負荷よりも優先度が高いことを意味することを特徴とする請求項１３〜請求項１８のいずれかに記載のシステム。
【請求項２１】
バルブ状態が、第１の負荷が結合していて作動液の温度が所定温度よりも低いような場合、制御ユニットは、第１の負荷のパワードレンまたは許容範囲にあるがより低いパワードレンを油圧回路中の高い圧力と結合するキャビティ防止開口から得られる流れから取ることができるかどうかを判断するように設計され、第１の負荷のパワードレンまたは許容範囲にあるがより低いパワードレンを取ることができると判断した場合、第１の負荷は切り離され油圧回路中の圧力を第１の負荷に対して必要な値まで増加させて、作動液の加熱を生じる圧力降下とともに、そのパワードレンまたは許容範囲にあるがより低いパワードレンを取ることができるように設計されたことを特徴とする請求項１３〜請求項１９のいずれかに記載のシステム。
【請求項２２】
油圧回路は、特別に優先度が高く所要時間が短い第２の負荷を備え、さらに、第２の負荷との結合において、制御ユニットは、油圧回路中の圧力を所定値まで増加させるようにポンプを制御するよう設計され、また制御ユニットは第１の負荷を切り離すように設計され、この全所要時間は、制御ユニットが粘度制御用の油圧回路中の圧力増加分を維持するように設計された最短時間の長さの１０分の１よりも短いオーダーであることを特徴とする請求項１３〜請求項２１のいずれかに記載のシステム。
【請求項２３】
油圧回路は補助回路であり、第１の負荷はファンであることを特徴とする請求項１３〜請求項２２のいずれかに記載のシステム。
【請求項２４】
ポンプは、制御可能な荷重検出可変容量型ポンプであることを特徴とする請求項１３〜請求項２３のいずれかに記載のシステム。
【請求項２５】
請求項１３〜請求項２４のいずれかに記載のシステムを備える作業用車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体粘度、特に油圧オイルなどの作動液を制御するシステムと方法に関する。この方法とシステムは、ローダや除雪機械等の大型車両の油圧システムに特に好適に適用される。
【背景技術】
【０００２】
粘度は、作動液、特に油圧作動システムにおいて、最も重要な特性の１つである。粘度は、流体の流動抵抗の値あるいは言い換えると流体の移動に伴う慣性である。粘度が低いと、流体は薄くなり自由に流動する。一方、粘度が高いと、流体は濃くなりあまり流動しない。
【０００３】
作動液の粘度が高いと、例えば油圧システムの動作が鈍くなり、さらにポンプに過度の負荷がかかるようになる。一方、粘度が低すぎると、シール漏れの危険性は大きくなり、摩擦が減少した油膜が発生することになる。
【０００４】
温度が下がると、油等の作動液は濃くなり粘度が高くなる。また、温度が上がると、作動液は薄くなり粘度が低下する。すなわち、温度の変化は粘度に著しい影響を及ぼし、それにより油圧システム内の構成部品の機能に影響を及ぼす。
【０００５】
特に、近年環境的に改質された作動液は、低温で好ましくない特性があることが分かっている。通常、最適な温度における作動液は、好適な粘度に加えて、空気の効率的な解放や所望の高レベルの非圧縮性などの肯定的な特性を有する。
【０００６】
油圧システムの動作に悪影響を及ぼす作動液の温度変化は、天候や風などの周囲の環境、およびシステム内部に発生する熱、例えばバルブの圧力降下により生じる。
【０００７】
ホイール式ローダの形態での作業車両に関連して、本発明を以下に説明する。これは好適ではあるが、本発明の応用を限定するものではない。例えば、本発明は、フレームステア重ダンプトラックやエクスカベータ等の別のタイプの作業車両上でも用いることができる。
【０００８】
歴史的には、従来のローダに搭載された油圧システムは、油圧を使用しない場合にも、連続ポンプ循環により構成されている。最近の機械は、荷重検出油圧システムを用いて構成されることが多く、可変容量型ポンプを好都合に使用する。荷重検出システムにおいては、油圧を使用しないときにはポンプ循環がなく、これは作動液が連続的に加熱されないことを意味する。さらに、荷重検出油圧システムは動力損が少ない、すなわちこれらのシステムは動力損が少ないためにあまり加熱されない。冷却の必要性が減少またはなくなるため、これは暑い気候では優れている。しかし、例えば道路の除雪や雪かきの場合、動作油圧が比較的不活発な状態でエンジンを動作させなければならない。例えば、大型トラックの積み込みおよび積み下ろしの際にも、動作油圧を比較的わずかしか使用しない車両間でのアイドル時間がある。これは、環境により反対に作用する冷却にたいして自己発熱は非常に少ないため、周囲環境が作動液を効果的に冷却することを意味する。このため、作動液が低下し過ぎたことによる好ましくない過度に高い粘度の作動液のために、問題が発生する危険性が高い。
【発明の開示】
【０００９】
本発明の目的は、上記欠点を解消することである。
【００１０】
本発明のさらなる目的は、作動液の粘度を制御する方法とシステムを規定することである。
【００１１】
本発明のさらに別の目的は、負荷検出油圧システム中の作動液の作業温度を増加可能にすることである。
【００１２】
本発明によれば、これらの目的は、作動液の粘度を制御する方法とシステムにより達成される。作動液の粘度は通常温度に大きく依存する。圧力降下を発生させる既存のスロットルを用いて、これらの既存のスロットルにかかる圧力増加を制御してスロットル中にパワードレンを生成することにより、作動液を加熱することができる。加熱を制御することにより、作動液の粘度を調整することができる。本発明によれば、既存のスロットルは好適にバルブ中のキャビティ防止開口である。
【００１３】
本発明によれば、これらの目的は、作動液の粘度を制御する方法によっても達成することができる。作動液は、油圧回路の少なくとも一部に含まれる。油圧回路は、ポンプと、第１の負荷と、および第１の負荷をポンプに結合しさらに第１の負荷をポンプから切り離すためのバルブとから成る。
【００１４】
切り離された位置において、バルブは、負荷につながる既存のキャビティ防止開口を備える。すなわち、バルブを利用して負荷をポンプから切り離すと、ポンプと負荷の間にはキャビティ防止開口が存在することになる。キャビティ防止開口は、負荷をポンプに結合するバルブの開口よりもはるかに小さい断面積を有する。「切り離す」という用語を用いているが、バルブが切り離された位置に設定されてもポンプと負荷の間にはまだ小さな流れがある。
【００１５】
本発明によれば、本方法は、多くのステップにより作動液の温度を必要なときに増加させて作動液の粘度を制御する。第１ステップにおいて、作動液の温度を判断する。第２ステップにおいて、バルブ状態、すなわちバルブのある位置を判断する。第３ステップにおいて、第１の負荷が切り離されて作動液の温度が所定温度より低いようなバルブ状態である場合には、油圧回路の圧力を増加させる。圧力を増加させるために、ポンプが増加した流れを送出するようにポンプを制御する。これにより、バルブ中のキャビティ防止開口において、温度を上昇させる圧力降下を発生させる。その結果、ポンプは、圧力降下が起きる開口を経由して作動液を圧送するので、作動液の温度を上昇させるパワードレンが起きる。
【００１６】
油圧回路において所定の圧力を得るまで、圧力を好適に増加させる、あるいは温度差が大きいほど圧力が高くなるような方法で、所定の温度と作動液の温度との差の関数である圧力を得るまで、圧力を増加させる、あるいはキャビティ防止開口中の圧力降下により作動液を加熱させる形で所定のパワードレンを得るまで、圧力を増加させる。所定の圧力は、圧力センサにより直接測定するか、あるいはその他の測定可能なパラメータに基づき計算することができる。
【００１７】
ある場合には、増加させた圧力を所定時間だけ維持することが好ましい。その他の場合には、所定の温度と作動液の温度との差が所定値以下であるまで、増加させた圧力を所定時間維持することが好ましい。
【００１８】
ある応用において、粘度制御は第１の負荷よりも優先度が低く、これは第１の負荷においてパワードレンを得る必要があるときには本方法による粘度制御を中断させることを意味する。その他の応用において、バルブ状態を判断するステップは、バルブ状態の判断後に、補助ステップを有する。すなわち、バルブ状態が第１の負荷が結合していて作動液の温度が所定温度よりも低いような場合、第１の負荷は切り離され新しい所定のバルブ状態が設定される。これは粘度制御が第１の負荷よりも優先度が高いことを意味する。
【００１９】
ある応用において、本方法は、バルブ状態の判断後に、さらに２つのステップを好適に備える。バルブ状態が第１の負荷が結合していて作動液の温度が所定温度よりも低いような場合、第１のさらなるステップは、第１の負荷のパワードレンまたは許容範囲にあるがより低いパワードレンを、油圧回路中の高い圧力と結合するキャビティ減少開口から得られる流れから取ることができるかどうかを判断する。第１の負荷のパワードレンまたは許容範囲にあるがより低いパワードレンを取ることができると判断した場合、第２のさらなるステップは、第１の負荷を切り離し、作動液の加熱を生じる圧力降下とともに、第１の負荷がそのパワードレンまたは許容範囲にあるがより低いパワードレンを取ることができるように油圧回路中の圧力を必要な値まで増加させる。
【００２０】
ある応用において、油圧回路は、特別に優先度が高く所要時間が短い第２の負荷を備える。第２の負荷が結合すると、油圧回路中の圧力は所定値まで増加して第１の負荷を切り離す。この全ての時間は、増加した圧力が粘度制御用の油圧回路中に存在する最短時間の長さの１０分の１よりも短いオーダーである。
【００２１】
油圧回路は補助回路であり、第１の負荷はファンであることがある。好適にポンプは、制御可能な荷重検出可変容量型ポンプである
【００２２】
本発明による上記方法のステップは、方法のステップが互いに相反しない限り、ランダムに組合せて処理手順を生成することができる。
【００２３】
本発明によれば、これらの目的は作動液の粘度を制御する粘度制御システムによっても達成される。システムは、ポンプと、第１の負荷と、第１の負荷をポンプに結合しさらに第１の負荷をポンプから切り離すためのバルブとから成る油圧回路を備える。作動液が油圧回路中に少なくとも部分的に含まれる。切り離された位置において、バルブは、負荷に対する既存のキャビティ防止開口を備える。システムは、バルブとポンプを制御する制御ユニットをさらに備える。本発明によれば、作動液の温度を必要なときに増加させて作動液の粘度を制御するように設計される。これは、作動液の温度とバルブ状態を判断するように設計された制御ユニットにより達成され、これに基づき、第１の負荷が切り離されて作動液の温度が所定温度より低いようなバルブ状態である場合には、制御ユニットは、ポンプを制御して油圧回路の圧力を増加させるように設計される。これにより、バルブ中のキャビティ防止開口において、温度を上昇させる圧力降下が発生する。
【００２４】
制御ユニットは、油圧回路において所定の圧力を得るまで圧力を増加させるようにポンプを制御するよう好適に設計される。または、制御ユニットは、温度差が大きいほど圧力が高くなるような方法で、所定の温度と作動液の温度との差の関数である圧力を得るまで圧力を増加させるようにポンプを制御するよう好適に設計される。または、制御ユニットは、キャビティ防止開口中の圧力降下により作動液が加熱される形で所定のパワードレンを得るまで圧力を増加させるようにポンプを制御するよう設計される。
【００２５】
ある実施例において、制御ユニットは、増加させた圧力を所定時間だけ維持するようにポンプを制御するよう設計されることが好適である。その他の実施例において、制御ユニットは、所定の温度と作動液の温度との差が所定値以下であるまで増加させた圧力を所定時間維持するようにポンプを制御するよう設計されることが好適である。
【００２６】
粘度制御は第１の負荷よりも優先度が低いことが好適なこともあり、これは第１の負荷においてパワードレンを得る必要があるときには粘度制御を中断するように制御ユニットが設計されることを意味する。バルブ状態の判断とともに、バルブ状態が第１の負荷が結合していて作動液の温度が所定温度よりも低いような場合、制御ユニットは、第１の負荷を切り離してバルブ状態を再度判断するように設計されことが好適なこともあり、これは粘度制御が第１の負荷よりも優先度が高いことを意味する。
【００２７】
いくつかの実施例において、バルブ状態が第１の負荷が結合していて作動液の温度が所定温度よりも低いような場合、制御ユニットは、第１の負荷のパワードレンまたは許容範囲にあるがより低いパワードレンを油圧回路中の高い圧力と結合するキャビティ防止開口から得られる流れから取ることができるかどうかを判断するように設計され、第１の負荷のパワードレンまたは許容範囲にあるがより低いパワードレンを取ることができると判断した場合、作動液の加熱を生じる圧力降下とともに、そのパワードレンまたは許容範囲にあるがより低いパワードレンを第１の負荷が取ることができるように、第１の負荷を切り離して油圧回路中の圧力を必要な値まで増加させるよう設計される。
【００２８】
油圧回路が、特別に優先度が高く所要時間が短い第２の負荷を備えるように、システムを構成することが可能である。この場合、制御ユニットは、第２の負荷の結合時、油圧回路中の圧力を所定値まで増加させて第１の負荷を切り離すようにポンプを制御するよう好適に設計される。第２の負荷をこのように結合する時間は、制御ユニットが粘度制御用の油圧回路中の圧力増加分を維持するように設計された最短時間の長さの１０分の１よりも短いオーダーである。
【００２９】
システムはわずかに大きな油圧システムの一部であることもあり、この場合例えば油圧回路は補助回路である。例えば、第１の負荷は、車両のエンジンを冷却するファンである。ポンプは、好適に制御可能な荷重検出可変容量型ポンプである。
【００３０】
上記の特徴は、互いの特徴が相反しない条件で、ランダムに組合せて本発明によるシステムを構築することができる。
【００３１】
本発明の大きな優位性は、キャビティ防止開口が存在する限り、既存の設備を用いることである。通常必要な唯一のことは、油圧システムの制御を変えることである。温度センサが通常存在する。これは、既存のシステムをグレードアップすることが非常に簡単であることを意味する。キャビティ防止開口つきのバルブが、エンジン用の冷却ファンであってエンジンの冷却水の温度により制御される冷却ファンに属するシステムであれば、使用上で衝突が起きる可能性は小さい。これは、寒い天候／環境では、エンジンを冷却する必要性はほとんどないが、作動液を加熱させることは確実に必要なためである。暑い天候／環境では反対のことが当てはまり、エンジンは十分に冷却する必要があるが、油圧回路は加熱する必要性がほとんどない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
添付の図面に示す実施例を参照して、以下に本発明をさらに詳細に説明する。
【００３３】
油圧システムを有する機械は、満足に機能するために、作動液が一定の粘度であることが必要である。温度は、作動液の粘度に影響を及ぼす唯一の最も重要な要因である。上記のように、本発明による粘度を制御する方法は、所望の粘度を有する作動液となる動作温度に作動液が到達できるように設計されている。機械の動作につての問題はほとんどの場合、例えば除雪のような寒い気候で発生する。あいにく動作油圧をたまにあるいは散発的にのみ用いることもある、それにより油圧システム中の作動液の自己発熱がなくなる。作動液の自己発熱の程度が大きいと圧力降下が起き、それにより一方では機械仕事としてまた他方では熱としてパワードレンが発生する。自己発熱を生じる熱の部分はシステム中に散逸（放熱）する、そしてこれらは油圧システムの長年にわたる改良により減少している。より良好な構成部品を使用することにより達成された改良もあり、またその他ポンプ等のオンデマンド制御を用いることにより達成された改良もある。すなわち、使用者がいなければ、動力を送出する理由がない。温度を低温に保持して正確な粘度を維持するために、放熱すなわち自己発熱が大きすぎて１つ以上の作動液冷却器をシステム中に設置することが必要な油圧システムを有することも望ましくない。そのようなシステムを寒い気候で機能するように適合させることは可能であるが、温まらない。
【００３４】
このように、最近の油圧システムは、放熱が小さいすなわち自己発熱の程度が低く、そのため寒い天気のときに問題がある。本発明は、既存の油圧システムを用い、必要により油圧システムの制御を変化させてかなりの放熱を行い、それにより人工的に制御可能な自己発熱を発生させることに基づいている。本発明によれば、このように油圧が変化しない既存の油圧システムを用いる、すなわち、既存の構成部品を変形させず、新しい作動部品を追加せず、油圧から何も取除かない。本発明は、油圧システム中の既存のスロットルを使用し、十分なパワードレンを得ることができるようにこれらのスロットル中で実質的な長時間継続する圧力降下があることを確実にする。すなわち、作動液を加熱する必要があるとき、十分に大きな熱損失を発生させることが可能である。キャビティ防止開口を好適に使用する。キャビティ防止開口は、突然の切り離しにより連続回転するファンにキャビティの形成や気泡の形成等がないように、例えば切り離し後に少量の作動液を回転するファンに供給するよう意図されたスロットルである。本発明によれば、キャビティ防止開口が使用可能なように、さらに、これらに使用可能な開口において圧力が増加するようにキャビティ防止開口がポンプを制御するように、バルブを配置する。この圧力増加は、スロットル、キャビティ防止開口、または開口による圧力降下におけるパワードレンに相当する。
【００３５】
図１は、本発明を好適に使用可能な単一の油圧回路１００を有する基本的な油圧システムを示す。油圧回路は、通常、タンク／容器１６０からの作動液１５０を用いて駆動される、例えばファンである負荷１３０を備える。モータ１１４により駆動されるポンプ１１２を有する油圧ポンプシステム１１０は、相互に接続した作動液管路１６２、１６４、１６６、１６８を用いて、タンク１６０からバルブ１２０を経由して負荷１３０まで作動液１５０を圧送し、さらに再度タンク１６０に戻すことにより作動圧力を生成する。例えばモータを始動させて加熱する、あるいはモータをファンにより冷却する必要があるため、負荷１３０においてパワードレンが必要なとき、バルブを開位置１２２に切替えてポンプシステム１１０が動作圧力を発生させるように、その閉位置１２４にキャビティ防止開口を備えるバルブ１２０は、ポンプシステム１１０に同期して１２６に制御される。要件が終了すると、すなわちモータが十分に冷却されると、ポンプシステム１１０は閉じられ、あるいは最低の動作レベル／圧力にまで落とされて、バルブは閉位置１２４に切り替えられ、スロットルを通して新しい負荷に最低量の作動液を供給する。例えば負荷によるキャビティの形成を防止するため、キャビティ防止開口はまだ回転している。
【００３６】
本発明によれば、作動液の温度を管理することにより、粘度を制御する。作動液の温度は、システム中のどこかで、通常はタンク１６０中で温度計１９０を用いて測定される。通常、作動液１５０が熱くなり過ぎていないことを調べることが少なくとも要求される。これは、油圧システムが深刻な状態にあることを示す警告信号となる。本発明によれば、作動液の温度が好適に最初に判断される。作動液の温度が低すぎるか？もし、作動液の温度が低すぎる場合には、バルブ１２０の位置１２２、１２４を調べる。負荷が１２２に結合している場合、バルブ１２０が位置を変えるまで待つか、負荷１３０を切り離す（１２４）ようにバルブ１２０に強制する。待つ場合には、負荷は粘度制御よりも優先度が高い。強制的に切り替える場合には、粘度制御の優先度が高い。当然、優先度の順位は、粘度制御がどの程度急を要するかに関連して、負荷の必要性がどの程度急を要するかによる。 逆の場合も同様である。バルブ１２０が負荷１３０と切り離されて１２４にあると、高い動作圧力を生成するように、かつキャビティ防止開口において圧力降下が得られるように、ポンプ１１０を制御する。例えば、１５ｍｍから１．５ｍｍに狭めてポンプを２１０ｂａｒに制御すると、作動液を加熱するために４．９ｋＷのパワードレンを得ることができる。これは、分のオーダーの一定間隔で、および／または温度監視とともに好適に行われる。２つの機能を組合せることができる適切な場合、スロットルから生じた流れは、負荷に対して十分である。
【００３７】
図２は、例えば図１に記載の油圧システムに適用される、本発明による基本的な方法を示す。終了した別の手順から、あるいは作動液の温度が低すぎない場合の第２ステップ２２０からの第１ステップ２１０において、作動液の温度を測定する。第１ステップ２１０の後の第２ステップ２２０において、作動液の温度が低すぎるかどうかが判断される。本発明によれば、作動液の温度を用いて粘度を制御する。前述のように、温度が低すぎることが多いことが、当然主な問題である。作動液の温度が低すぎると判断された場合の第２ステップ２２０から、または負荷が結合された位置にバルブがある場合の第４ステップ２４０からの第３ステップ２３０は、バルブの位置を判断する。バルブは開いているか、すなわち負荷が結合されているか。あるいは、バルブは閉じているか、すなわち負荷は切り離されているか。この情報は、通常制御レジスタまたは制御ユニットの出力にある。第３ステップ２３０からの第４ステップ２４０は、負荷が結合されているか切り離されているかを判断する。負荷が切り離されている場合の第４ステップ２４０からの第５ステップ２５０において、バルブ中の既存のキャビティ防止開口を通して圧力降下を発生させ、それにより作動液を加熱するパワードレンを得るように、油圧回路中の圧力を増加させる。この圧力増加は明確な継続時間を有する、あるいは継続時間を要求に合わせて設定する。作動液が十分に温まったとき、あるいは負荷がパワーを必要なときに、要求に合わせて設定された圧力増加を終了する。
【００３８】
図３は、一部のステップは前述のものと同じである、本発明による拡張した方法を示す。第１ステップ１３０は、作動液の温度を測定することを含む。第２ステップ３２０は、作動液の温度が低すぎるかどうかを判断する。第３ステップ３３０も、キャビティ防止開口を経由して負荷の所望のパワードレンを得ることが不可能な場合の第２の特別ステップ３４２からである。第３ステップ３３０は、バルブの位置を判断／設定する。第４ステップ３４０は、バルブ位置に基づいて、負荷が結合されているか切り離されているかを判断する。負荷が結合された位置にバルブがある場合の第４ステップ３４０からの第１の特別ステップ３４１は、負荷の所望のパワードレンを判断／設定する。第１の特別ステップ３４１からの第２の特別ステップ３４２は、増加させた圧力が負荷の所望のパワードレンを発生させることができるかどうか、あるいは圧力を増加させることにより許容範囲にあるがより低い負荷用のパワードレンであり、それによりキャビティ防止開口を経由する流れを得られるかどうかを判断する。負荷の所望のパワードレンまたは許容範囲にあるがより低い負荷用のパワードレンを圧力増加により得ることができ、それによりキャビティ防止開口を経由する流れが得られる場合の第２の特別ステップ３４２からの第３の特別ステップ３４３は、負荷を切り離すようにバルブを制御し、キャビティ防止開口はポンプと負荷の間に結合される。第３の特別ステップ３４３からの第４の特別ステップ３４４では、負荷の所望のパワードレンまたは許容範囲にあるパワードレンを得るように油圧回路中の圧力を増加させ、同時に圧力降下を生じさせることにより作動液を加熱するパワードレンを発生させる。負荷が切り離された場合の第４ステップ３４０からの第５ステップ３５０は、前述の第５ステップと同様に、バルブ中の既存のキャビティ防止開口を通して圧力降下を生じさせて作動液を加熱するパワードレンを発生させるために、油圧回路中の圧力を増加させる。
【００３９】
上記方法中の方法のステップは例示に従って実行する必要はなく、その他のステップを実行した後でのみ、これらのその他のステップに起因するステップを実行するような順番で、単純に実行することができる。別の方法として、ステップをあらゆる順番で実行することや場合により平行して実行することも可能である。
【００４０】
最後に、図４は、本発明を好適に適用可能な、主回路および補助回路を有する典型的な油圧システムを示す。システムは実質的に図４に記載の主システム中の補助回路である、図１に関して説明したシステムと非常によく似ている。補助回路は、ポンプ４１０と、負荷４３０を制御するためのバルブ４２０とから実質的に成る。図示される主回路の部分は、ポンプ４１９、圧力制御バルブ４７０、動作油圧への供給管路４８４、動作油圧からの供給戻り管路４８６、および優先度の高い負荷、例えばブレーキ負荷への供給管路４８２のみである。システムは、多数の構成部品を共通に有する。とりわけ、油圧回路４５０、作動液用のタンク４６０、および温度計４９０である。これは、補助回路中の作動液を加熱することが全システムのためになることを意味する。
【００４１】
優先度の高い負荷が補助回路の負荷４３０を、優先度の高い負荷４８２に供給するために、１秒のオーダーの間、一時的に強制的に切り離す場合を除いて、補助システムは図１の示すように制御される。
【００４２】
図５は、システム１００を備えるホイール式ローダ５０１を示す。ここでモータ１１４は、ホイール式ローダ５０１の駆動エンジンから成る。ホイール式ローダ５０１は、それぞれ少なくとも１つの車軸を有するフロント部分５０３とリア部分５０２を備える。これらの車両部分は関節状に連結されて互いに結合され、さらにこれらの部分は、２つの部分の間に配置された２つの油圧シリンダー５０４によりヒンジを中心に互いに回転可能である。図４に関連して説明した主回路は、制御シリンダー５０４に油圧オイルを供給するように設計可能である。ホイール式ローダ５０１は、バケット５０８を操縦するための連結アーム組立品５０５も備える。次に、連結アーム組立品５０５は、バケットを上げたり傾けたりするための多数の油圧シリンダー５０５、５０６を備える。前記主回路は、連結アーム組立品のこれらの油圧シリンダーに油圧オイルを供給するように設計することも可能である。
【００４３】
本発明は、上記の例示した実施例に限定されるとみなすべきでなく、むしろ添付の特許請求の範囲内において多くの変形および変更が考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明を好都合に適用可能な基本的な油圧システムを示す。
【図２】例えば図１に記載の油圧システムに適用される、本発明による基本的な方法を示す。
【図３】本発明による拡大した方法を示す。
【図４】本発明を好都合に適用可能な、主回路および補助回路を有する典型的な油圧システムを示す。
【図５】本システムを備えるホイール式ローダの側面図を示す。
【符号の説明】
【００４５】
１００  油圧回路
１１０  好都合に制御可能な可変容量型油圧ポンプシステム
１１２  ポンプ
１１４  ポンプ用モータ
１２０  キャビティ防止開口付きバルブ
１２２  負荷と結合するための開位置
１２４  キャビティ防止開口を備える、負荷と切り離すための閉位置
１２６  バルブ制御
１３０  負荷、例えばファン
１５０  作動液
１６０  作動液用タンク／容器
１６２  容器からポンプへの作動液送出
１６４  ポンプからバルブへの作動液送出
１６６  バルブから負荷への作動液送出
１６８  ポンプから容器への作動液送出
１９０  作動液の温度測定
２１０  開始から、または作動液の温度が低すぎない場合の第２ステップから、第１ステップは作動液の温度測定を含む
２２０  第１ステップから、作動液の温度が低すぎるかどうかを判断する第２ステップ
２３０  作動液の温度が低すぎる場合には第２ステップから、またはバルブが負荷と結合した位置にある場合には第４ステップから、バルブの位置を判断する第３ステップ
２４０  第３ステップから、負荷が結合しているか切り離されているかを判断する第４ステップ
２５０  負荷が切り離されている場合には第４ステップから、バルブ中の既存のキャビティ防止開口により圧力降下を発生させ、それにより作動液を加熱するパワードレン生じさせるために油圧回路の圧力を上昇させる第５ステップ
３１０  開始から、または作動液の温度が低すぎない場合の第２ステップから、第１ステップは作動液の温度測定を含む
３２０  第１ステップから、作動液の温度が低すぎるかどうかを判断する第２ステップ
３３０  作動液の温度が低すぎる場合には第２ステップから、または負荷の所望のパワードレンがキャビティ防止開口を経由して集めることが不可能な場合には第２の特別ステップから、バルブの位置を判断する第３ステップ
３４０  第３ステップから、負荷が結合しているか切り離されているかを判断する第４ステップ
３４１  負荷が結合している位置にバルブがある場合には第４ステップから、負荷の所望のパワードレンを判断する第１の特別ステップ
３４２  第１の特別ステップから、圧力を上昇させてキャビティ防止開口を経由する流れを得ることにより、増加した圧力が負荷の所望のパワードレンまたは許容範囲にあるがより低い負荷用のパワードレンを生成できるかどうかを判断する第２の特別ステップ
３４３  負荷の所望のパワードレンまたは許容範囲にあるがより低い負荷用のパワードレンが、圧力を上昇させてそれによりキャビティ防止開口を経由する流れを得ることにより達成できる場合には第２の特別ステップから、負荷が切り離されキャビティ防止開口が結合するように負荷用のバルブを制御する第３の特別ステップ
３４４  第３の特別ステップから、作動液を加熱するパワードレンを得るために、負荷の所望のパワードレンまたは許容範囲にあるパワードレンが達成されるよう、同時に圧力降下を発生させて油圧回路中の圧力を増加させる第４の特別ステップ
３５０  負荷が切り離されている場合には第４ステップから、バルブ中の既存のキャビティ防止開口により圧力降下を発生させ、それにより作動液を加熱するパワードレン生じさせるために油圧回路の圧力を上昇させる第５ステップ
４１０  補助回路用の好都合に制御可能な可変容量型油圧ポンプシステム
４１９  主回路用の好都合に制御可能な可変容量型油圧ポンプシステム
４２０  キャビティ防止開口付きの補助回路中のバルブ
４３０  補助回路中の負荷、例えばファン
４５０  作動液
４６０  作動液用の共通タンク／容器
４７０  優先度の高い負荷用の主回路と補助回路を結合させるための圧力制御バルブ、補助回路から供給される形では動作油圧は働かない
４８２  優先度の高い負荷への供給管路、例えばブレーキ負荷
４８４  動作油圧への供給管路
４８６  動作油圧から容器への供給戻り管路
４９０  作動液の温度測定
【図１】
2006523808.tif 000003
【図２】
2006523808.tif 000004
【図３】
2006523808.tif 000005
【図４】
2006523808.tif 000006
【図５】
2006523808.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成16年10月13日(2004.10.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプと、第１の負荷と、第１の負荷をポンプに結合しさらに第１の負荷をポンプから切り離すためのバルブとを備える油圧回路中に作動液が、少なくとも部分的に含まれる、作動液の粘度を制御する方法であって、
前記バルブは第１の負荷と直列に配置され、前記バルブは切り離された位置において負荷に対する既存のキャビティ防止開口を備え、作動液の粘度は、次のステップにより作動液の温度を必要なときに増加させて制御される、すなわち、
作動液の温度を判断するステップ、
バルブ状態を判断するステップ、
第１の負荷が切り離されて作動液の温度が所定温度より低いようなバルブ状態である場合には、油圧回路の圧力を増加させ、それによりバルブ中のキャビティ防止開口において温度を上昇させる圧力降下を発生させるステップ
から成ることを特徴とする方法。
【請求項２】
油圧回路において所定の圧力を得るまで、圧力を増加させることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
温度差が大きいほど圧力が高くなるような方法で、所定の温度と作動液の温度との差の関数である圧力を得るまで、圧力を増加させることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
キャビティ防止開口中の圧力降下により作動液を加熱させる形で所定のパワードレンを得るまで、圧力を増加させることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
増加させた圧力を所定時間だけ維持することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
所定の温度と作動液の温度との差が所定値以下であるまで、増加させた圧力を所定時間維持することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
粘度制御は第１の負荷よりも優先度が低く、これは第１の負荷においてパワードレンを得る必要があるときには本方法による粘度制御を中断させることを意味することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
バルブ状態を判断するステップは、バルブ状態の判断後のさらなる補助ステップであって、
バルブ状態が第１の負荷が結合していて作動液の温度が所定温度よりも低いような場合、第１の負荷は切り離され新しい所定のバルブ状態が実行される、これは粘度制御が第１の負荷よりも優先度が高いことを意味する、そのような補助ステップを含むことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
バルブ状態の判断後に、
バルブ状態が第１の負荷が結合していて作動液の温度が所定温度よりも低いような場合、第１の負荷のパワードレンまたは許容範囲にあるがより低いパワードレンを、油圧回路中の高い圧力と結合するキャビティ防止開口から得られる流れから取ることができるかどうかを判断し、
第１の負荷のパワードレンまたは許容範囲にあるがより低いパワードレンを取ることができると判断した場合、第１の負荷は切り離され油圧回路中の圧力を第１の負荷に対して必要な値まで増加させて、作動液の加熱を生じる圧力降下とともに、そのパワードレンまたは許容範囲にあるがより低いパワードレンを取ることができるさらなるステップ
を備えることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
油圧回路は、特別に優先度が高く所要時間が短い第２の負荷を備え、第２の負荷への結合の全てにおいて、第２の負荷は油圧回路中の圧力を所定値まで増加させて第１の負荷を切り離す効果を有し、そしてこの結合の所要時間は、増加した圧力が粘度制御用の油圧回路中に存在する最短時間の長さの１０分の１よりも短いオーダーであることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
油圧回路は補助回路であり、第１の負荷はファンであることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
ポンプは、制御可能な荷重検出可変容量型ポンプであることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
作動液の粘度を制御する粘度制御システムであって、
システムは、ポンプと、第１の負荷と、第１の負荷をポンプに結合しさらに第１の負荷をポンプから切り離すためのバルブとから成る油圧回路を備え、作動液が回路中に少なくとも部分的に含まれ、システムはバルブとポンプを制御する制御ユニットをさらに備え、
前記バルブは第１の負荷と直列に配置され、前記バルブは、切り離された位置において、負荷に対する既存のキャビティ防止開口を備え、システムは、作動液の温度とバルブ状態を判断するように設計された制御ユニットにより作動液の温度を必要なときに増加させて作動液の粘度を制御するように設計され、これに基づき、第１の負荷が切り離されて作動液の温度が所定温度より低いようなバルブ状態である場合には、制御ユニットは、ポンプを制御して油圧回路の圧力を増加させ、それによりバルブ中のキャビティ防止開口において温度を上昇させる圧力降下を発生させるように設計されることを特徴とするシステム。
【請求項１４】
制御ユニットは、油圧回路において所定の圧力を得るまで圧力を増加させるようにポンプを制御するよう設計されたことを特徴とする請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
制御ユニットは、温度差が大きいほど圧力が高くなるような方法で、所定の温度と作動液の温度との差の関数である圧力を得るまで圧力を増加させるようにポンプを制御するよう設計されたことを特徴とする請求項１３に記載のシステム。
【請求項１６】
制御ユニットは、キャビティ防止開口中の圧力降下により作動液が加熱される形で所定のパワードレンを得るまで圧力を増加させるようにポンプを制御するよう設計されたことを特徴とする請求項１３に記載のシステム。
【請求項１７】
制御ユニットは、増加させた圧力を所定時間だけ維持するようにポンプを制御するよう設計されたことを特徴とする請求項１３乃至１６のいずれかに記載のシステム。
【請求項１８】
制御ユニットは、所定の温度と作動液の温度との差が所定値以下であるまで増加させた圧力を所定時間維持するようにポンプを制御するよう設計されたことを特徴とする請求項１３乃至１６のいずれかに記載のシステム。
【請求項１９】
粘度制御は第１の負荷よりも優先度が低く、これは第１の負荷においてパワードレンを得る必要があるときには粘度制御を中断するように制御ユニットが設計されたことを意味することを特徴とする請求項１３乃至１８のいずれかに記載のシステム。
【請求項２０】
バルブ状態の判断とともに、バルブ状態が第１の負荷が結合していて作動液の温度が所定温度よりも低いような場合、制御ユニットは第１の負荷を切り離してバルブ状態を再度判断するようにさらに設計され、これは粘度制御が第１の負荷よりも優先度が高いことを意味することを特徴とする請求項１３乃至１８のいずれかに記載のシステム。
【請求項２１】
バルブ状態が、第１の負荷が結合していて作動液の温度が所定温度よりも低いような場合、制御ユニットは、第１の負荷のパワードレンまたは許容範囲にあるがより低いパワードレンを油圧回路中の高い圧力と結合するキャビティ防止開口から得られる流れから取ることができるかどうかを判断するように設計され、第１の負荷のパワードレンまたは許容範囲にあるがより低いパワードレンを取ることができると判断した場合、第１の負荷は切り離され油圧回路中の圧力を第１の負荷に対して必要な値まで増加させて、作動液の加熱を生じる圧力降下とともに、そのパワードレンまたは許容範囲にあるがより低いパワードレンを取ることができるように設計されたことを特徴とする請求項１３乃至１９のいずれかに記載のシステム。
【請求項２２】
油圧回路は、特別に優先度が高く所要時間が短い第２の負荷を備え、さらに、第２の負荷との結合において、制御ユニットは、油圧回路中の圧力を所定値まで増加させるようにポンプを制御するよう設計され、また制御ユニットは第１の負荷を切り離すように設計され、この全所要時間は、制御ユニットが粘度制御用の油圧回路中の圧力増加分を維持するように設計された最短時間の長さの１０分の１よりも短いオーダーであることを特徴とする請求項１３乃至２１のいずれかに記載のシステム。
【請求項２３】
油圧回路は補助回路であり、第１の負荷はファンであることを特徴とする請求項１３乃至２２のいずれかに記載のシステム。
【請求項２４】
ポンプは、制御可能な荷重検出可変容量型ポンプであることを特徴とする請求項１３乃至２３のいずれかに記載のシステム。
【請求項２５】
請求項１３乃至２４のいずれかに記載のシステムを備える作業用車両。
【手続補正書】
【提出日】平成17年11月9日(2005.11.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
図５は、システム１００を備えるホイール式ローダ５０１を示す。ここでモータ１１４は、ホイール式ローダ５０１の駆動エンジンから成る。ホイール式ローダ５０１は、それぞれ少なくとも１つの車軸を有するフロント部分５０３とリア部分５０２を備える。これらの車両部分は関節状に連結されて互いに結合され、さらにこれらの部分は、２つの部分の間に配置された２つの油圧シリンダー５０４によりヒンジを中心に互いに回転可能である。図４に関連して説明した主回路は、制御シリンダー５０４に油圧オイルを供給するように設計可能である。ホイール式ローダ５０１は、バケット５０８を操縦するための連結アーム組立品５０５も備える。次に、連結アーム組立品５０５は、バケットを上げたり傾けたりするための多数の油圧シリンダー５０６、５０７を備える。前記主回路は、連結アーム組立品のこれらの油圧シリンダーに油圧オイルを供給するように設計することも可能である。
【国際調査報告】
2006523808.tif 000008
2006523808.tif 000009