JP2008279834A - 油圧駆動車両 - Google Patents

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Abstract

【課題】大きな設置スペースを要することなく最高速度を増大すること。
【解決手段】エンジンEによって駆動される油圧ポンプ11と、油圧ポンプ11から吐出される圧油によって駆動される油圧モータ12と、油圧ポンプ11及び油圧モータ12の間に閉回路を構成する一対の走行用油通路13a,13bとを備えた走行系油圧ユニット10を具備し、油圧モータ12の駆動によって走行する油圧駆動車両において、エンジンEによって駆動される応援ポンプ40と、油圧ポンプ11から油圧モータ12に圧油が供給されている際に高圧側となる走行用油通路に対して応援ポンプ40から吐出された圧油を流入させる応援用制御弁30,応援用油通路47,高圧選択弁47bと、応援ポンプ40から一方の走行用油通路に圧油が流入された場合に他方の走行用油通路から圧油をドレンするドレン通路48、低圧選択弁48a、フラッシングリリーフ弁48bとを備えている。
【選択図】図1

Description

本発明は、油圧閉回路を通じて油圧ポンプから循環供給される圧油によって油圧モータを駆動し、油圧モータの駆動によって走行する油圧駆動車両に関するものである。
ホイールローダやブルドーザ等、建設機械として使用される車両には、原動機であるエンジンと、駆動車輪との間にHST(Hydro-Static Transmission)と称される走行系油圧ユニットが設けられているものがある。走行系油圧ユニットは、エンジンによって駆動される油圧ポンプと、油圧ポンプから供給される圧油によって駆動される油圧モータと、これら油圧ポンプ及び油圧モータの間に閉回路を構成する一対の走行用油通路とを備えて構成されている。この走行系油圧ユニットでは、油圧モータの駆動を駆動車輪に伝達することによって車両が走行されることになる。
この種の走行系油圧ユニットによって走行する油圧駆動車両では、通常、要求される牽引力を最優先として油圧ポンプの最大吐出量や油圧モータの最大容量等のスペックが決定されている。このため、車両の最高速度としては、適用する油圧ポンプ及び油圧モータのスペックによって自ずと決定されてしまうことになり、必ずしも市場のニーズに対応できているというわけではない。
こうした問題を解決すべく従来においては、エンジンによって駆動される応援ポンプと、この応援ポンプから吐出された圧油によって駆動する応援モータとを付設し、応援選択バルブの作動により応援モータの出力トルクを、減速機を介して油圧モータの出力トルクに加算するようにしたものが提供されている。この従来技術によれば、走行系油圧ユニットのスペックに関わらず、応援選択バルブを作動させれば、トータルとしての出力トルクが増大することになり、要求される牽引力を維持しつつ車両の最高速度を増大させることが可能となる(例えば、特許文献1参照)。
特開平11−350539号公報
上述した構成のうち、応援ポンプにおいては、従来より作業機用の油圧アクチュエータに圧油を供給するチャージ用油圧ポンプが存在するため、これを利用することが可能である。しかしながら、減速機や応援モータにあっては、これらを走行系油圧ユニットの油圧モータに新たに設ける必要があり、設置スペースの点で必ずしも好ましいものとはいえない。
本発明は、上記実情に鑑みて、大きな設置スペースを要することなく最高速度を増大することのできる油圧駆動車両を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の請求項1に係る油圧駆動車両は、原動機によって駆動される油圧ポンプと、前記油圧ポンプから吐出される圧油によって駆動される油圧モータと、前記油圧ポンプ及び前記油圧モータの間に閉回路を構成する一対の走行用油通路とを備えた走行系油圧ユニットを具備し、前記油圧モータの駆動によって走行する油圧駆動車両において、前記原動機によって駆動される応援ポンプと、前記油圧ポンプから前記油圧モータに圧油が供給されている際に高圧側となる走行用油通路に対して前記応援ポンプから吐出された圧油を流入させる応援圧油供給手段と、前記応援圧油供給手段によって一方の走行用油通路に圧油が流入された場合に他方の走行用油通路から圧油をドレンするドレン手段とを備えたことを特徴とする。
また、本発明の請求項2に係る油圧駆動車両は、上述した請求項1において、前記応援圧油供給手段は、前記一対の走行用油通路の圧力差に応じて作動する高圧選択弁を備え、この高圧選択弁が選択した走行用油通路に対して前記応援ポンプからの圧油を流入させるものであり、前記ドレン手段は、前記一対の走行用油通路の圧力差に応じて作動する低圧選択弁を備え、この低圧選択弁が選択した走行用油通路から圧油をドレンするものであることを特徴とする。
また、本発明の請求項3に係る油圧駆動車両は、上述した請求項1において、車速を検出する車速検出手段をさらに備え、前記応援圧油供給手段は、前記車速検出手段の検出した車速に基づいて前記応援ポンプから前記走行用油通路への圧油の流入制御を行う応援制御部を備えたことを特徴とする。
また、本発明の請求項4に係る油圧駆動車両は、上述した請求項1において、前記応援圧油供給手段は、前記応援ポンプからの吐出圧と、前記走行系油圧ユニットの負荷圧との差が一定となるように前記応援ポンプの吐出量を制御する流量制御回路を備えることを特徴とする。
また、本発明の請求項5に係る油圧駆動車両は、上述した請求項1において、作業機を駆動するための作業機用油圧アクチュエータと、この作業機用油圧アクチュエータに対する圧油の供給制御を行う作業機用制御弁とを備えた作業機系油圧ユニットを少なくとも一つ具備し、前記応援圧油供給手段は、前記走行系油圧ユニットに対して前記作業機系油圧ユニットを並列に接続し、かつこれら走行系油圧ユニット及び作業機系油圧ユニットのそれぞれに対して個別の圧力補償弁を介して前記応援ポンプからの圧油を供給するとともに、前記走行系油圧ユニット及び前記作業機系油圧ユニットの最大負荷圧と、前記応援ポンプからの吐出圧との差が一定となるように前記応援ポンプの吐出量を制御する流量制御回路を備えることを特徴とする。
また、本発明の請求項6に係る油圧駆動車両は、上述した請求項1において、前記応援圧油供給手段は、前記応援ポンプから前記走行系油圧ユニットに至る間に操作量に応じて出力流量を増大させる応援用制御弁を備えることを特徴とする。
本発明によれば、応援ポンプから吐出された圧油を油圧モータに供給することによって車両の最高速度を増大させることができるため、応援モータや減速機を油圧モータに付設する必要がなく、大きな設置スペースを要しない。しかも、応援圧油供給手段によって供給した圧油をドレン手段によってドレンするようにしているため、油圧ポンプの負荷が増大する等、閉回路である走行系油圧ユニットに悪影響を与える虞れもない。
以下に添付図面を参照して、本発明に係る油圧駆動車両の好適な実施の形態について詳細に説明する。
図1は、本発明の実施の形態である油圧駆動車両に適用する油圧回路を示したものである。ここで例示する油圧駆動車両は、ホイールローダやブルドーザ等、建設機械として使用されるもので、走行系油圧ユニット10、2つの作業機系油圧ユニット20A,20B及び応援用制御弁30を備えている。
走行系油圧ユニット10は、HST(Hydro-Static Transmission)と称されるもので、エンジン(原動機)Eによって駆動される油圧ポンプ11と、油圧ポンプ11から供給される圧油によって駆動される油圧モータ12と、これら油圧ポンプ11及び油圧モータ12の間に閉回路を構成する一対の走行用油通路13a,13bとを備えて構成してある。油圧ポンプ11及び油圧モータ12は、それぞれ斜板の傾転角を変更することによって容量を変更することのできる可変容量型のものである。油圧モータ12は、その出力軸12aが図示せぬ減速機を介して車両の駆動車輪に接続してあり、駆動車輪を回転駆動することで車両を走行させることができる。油圧モータ12の回転方向は、油圧ポンプ11からの圧油の供給方向に応じて変更され、車両を前進、もしくは後進させることができる。尚、以下においては便宜上、図1において油圧ポンプ11の上方に位置する吐出口11aに接続した走行用油通路を「上方油通路13a」と称し、図1において油圧ポンプ11の下方に位置する吐出口11bに接続した走行用油通路を「下方油通路13b」と称して説明する。
作業機系油圧ユニット20A,20Bは、掘削や積込等の建設作業を行うためのもので、それぞれが作業機を駆動するための作業機用油圧アクチュエータ21A,21Bと、作業機用油圧アクチュエータ21A,21Bに対する圧油の供給制御を行う作業機用制御弁22A,22Bとを備えて構成してある。本実施の形態では、操作レバー(図示せず)の操作に応じて出力される操作パイロット圧によって動作し、作業機用油圧アクチュエータ21A,21Bの各油室に接続された2つのアクチュエータポートa.bに対して供給ポートcとドレンポートdとを切替接続する作業機用制御弁22A,22Bを適用している。またこの作業機用制御弁22A,22Bには、供給ポートcから作業機用油圧アクチュエータ21A,21Bに圧油が供給された場合にその吐出圧を負荷圧として出力するための負荷圧出力ポートeが設けてある。
応援用制御弁30は、電磁比例弁31から与えられるパイロット圧によって動作し、このパイロット圧の大きさに応じて入力ポートfと出力ポートgとの間の開口面積を全閉状態から漸次増大させるものである。この応援用制御弁30には、入力ポートfから出力ポートgに圧油が供給された場合にその吐出圧を負荷圧として出力するための負荷圧出力ポートhが設けてある。
また、上記油圧駆動車両は、応援ポンプ40を備えている。応援ポンプ40は、上述した油圧ポンプ11と同様にエンジンEによって駆動されるもので、傾斜シリンダ用アクチュエータ41の駆動により、容量を変更することが可能である。傾斜シリンダ用アクチュエータ41は、負荷圧感応型切替弁42の動作状態に従って伸縮動作するものである。
負荷圧感応型切替弁42は、応援ポンプ40の吐出圧と、負荷圧出力油通路43からの負荷パイロット圧+設定バネ42aの押圧力とのバランスにより動作するもので、負荷圧出力油通路43からの負荷パイロット圧+設定バネ42aの押圧力が大きい場合に傾斜シリンダ用アクチュエータ41を縮退動作(図1において左方へ移動)させ、応援ポンプ40の容量を増大させるように機能する。負荷圧出力油通路43は、作業機系油圧ユニット20A,20Bに設けた作業機用制御弁22A,22Bの各負荷圧出力ポートe及び応援用制御弁30の負荷圧出力ポートhのうち、最も高い出力圧を負荷パイロット圧として負荷圧感応型切替弁42に作用させるものである。結局、応援ポンプ40は、負荷圧感応型切替弁42の作用により、作業機用制御弁22A,22B及び応援用制御弁30のうちの最も高い負荷パイロット圧よりも設定バネ42aの設定圧力だけ高い吐出圧力の圧油を吐出するように制御されることになる。
この応援ポンプ40の吐出口40aには、作業機用油通路44が接続してある。作業機用油通路44は、下流側において3分岐し、作業機系油圧ユニット20A,20Bにおける各作業機用制御弁22A,22Bの供給ポートc及び応援用制御弁30の入力ポートfに対してそれぞれ個別の圧力補償弁45A,45B,45Cを介して接続している。応援ポンプ40から作業機用制御弁22Aに至る間に設けた圧力補償弁(以下、適宜「作業機用圧力補償弁45A」という)は、作業機用油通路44による圧油の供給圧+作業機用制御弁22Aにおける負荷圧出力ポートeの出力圧と、負荷圧出力油通路43の負荷パイロット圧+作業機用圧力補償弁45Aの吐出圧とのバランスにより動作するものである。負荷圧出力油通路43の負荷パイロット圧+作業機用圧力補償弁45Aの吐出圧が大きい場合、作業機用圧力補償弁45Aは、作業機用油通路44から作業機用制御弁22Aに供給される圧油の流量を絞るように機能する。応援ポンプ40から作業機用制御弁22Bに至る間に設けた圧力補償弁(以下、適宜「作業機用圧力補償弁45B」という)は、作業機用油通路44による圧油の供給圧+作業機用制御弁22Bにおける負荷圧出力ポートeの出力圧と、負荷圧出力油通路43の負荷パイロット圧+作業機用圧力補償弁45Bの吐出圧とのバランスにより動作するものである。負荷圧出力油通路43の負荷パイロット圧+作業機用圧力補償弁45Bの吐出圧が大きい場合、作業機用圧力補償弁45Bは、作業機用油通路44から作業機用制御弁22Bに供給される圧油の流量を絞るように機能する。
応援ポンプ40から応援用制御弁30に至る間に設けた圧力補償弁(以下、適宜「応援用圧力補償弁45C」という)は、作業機用油通路44による圧油の供給圧+応援用制御弁30における負荷圧出力ポートhの出力圧と、負荷圧出力油通路43の負荷パイロット圧+応援用圧力補償弁45Cの吐出圧とのバランスにより動作するもので、負荷圧出力油通路43の負荷パイロット圧+応援用圧力補償弁45Cの吐出圧が大きい場合に作業機用油通路44から応援用制御弁30に供給される圧油の流量を絞るように機能する。尚、図中の符号46は、作業機用油通路44に設けたメインリリーフ弁である。
さらに、上記油圧駆動車両は、応援用油通路(応援圧油供給手段)47及びドレン通路(ドレン手段)48を備えている。応援用油通路47は、その一端が応援用制御弁30の出力ポートgに接続してあるとともに、その他端がチェック弁47a及び高圧選択弁47bを介して走行系油圧ユニット10の上方油通路13a及び下方油通路13bに分岐接続してある。尚、図中の符号49は、応援用油通路47を通じた圧油の供給圧を制限するための合流圧力設定用リリーフ弁である。
ドレン通路48は、その一端が低圧選択弁48aを介して走行系油圧ユニット10の上方油通路13a及び下方油通路13bに分岐接続してあるとともに、その他端がフラッシングリリーフ弁(ドレン手段)48bを介して油タンク50に接続してある。
上記油圧駆動車両には、コントローラ(応援制御部)100が設けてある。コントローラ100は、油圧モータ12の出力軸12aに設けた車速センサ101からの車速検出信号、上方油通路13a及び下方油通路13bのそれぞれに設けた油圧センサ102a,102bからの圧力検出信号、エンジンEの出力軸に設けたエンジン回転数センサ103からの回転数検出信号を入力信号とする。これらの入力信号に基づいてコントローラ100は、電磁比例弁31に制御信号を出力し、該電磁比例弁31からのパイロット圧により応援用制御弁30を連続的に切り替える。
上記のように構成した油圧駆動車両では、エンジンEが運転されると、油圧ポンプ11が駆動され、斜板の傾転角に応じた吐出方向及び傾転角に応じた容量の圧油が循環供給されることになる。油圧ポンプ11から圧油が循環供給されると、その循環供給方向に応じて油圧モータ12が回転駆動され、この油圧モータ12の回転によって油圧駆動車両が所望の方向に走行されることとなる。油圧ポンプ11からの圧油の吐出方向を変更することにより、油圧駆動車両の進行方向を変更することができ、油圧ポンプ11の斜板傾転角や油圧モータ12の斜板傾転角を変更することにより、油圧駆動車両の速度や牽引力を変更することが可能となる。
上述した動作の間、油圧駆動車両では、エンジンEによって応援ポンプ40が常時駆動された状態にある。これにより、例えば作業機系油圧ユニット20A,20Bの作業機用制御弁22A,22Bを操作すれば、その操作に応じて作業機用油圧アクチュエータ21A,21Bに圧油が供給されることになり、この作業機用油圧アクチュエータ21A,21Bによって動作する作業機によって所望の建設作業を実施することが可能となる。この場合、この油圧駆動車両では、個別の作業機用圧力補償弁45A,45Bを介してそれぞれの作業機用油圧アクチュエータ21A,21Bに圧油が供給される。このため、複数の作業機用油圧アクチュエータ21A,21Bを同時に動作させた場合にも、個々の負荷の大小に関わりなく、作業機用制御弁22A,22Bの開口面積に比例した流量配分で圧油が供給されることになる。
一方、コントローラ100においては、油圧駆動車両が走行状態にある場合、例えば車速センサ101を通じて常時車速を監視しており、その検出結果に基づいて電磁比例弁31に制御信号を出力している。
いま、油圧駆動車両が予め設定した応援車速(例えば、時速30km)よりも低速で走行していると、コントローラ100は、応援用制御弁30を閉じるように電磁比例弁31に対して制御信号を出力する。この結果、応援用制御弁30からは、応援用油通路47に対して圧油が供給されることはない。
この状態から油圧駆動車両の速度が上昇し、上述した応援車速に達すると、コントローラ100は、応援用制御弁30の開口面積を増大させるように電磁比例弁31に対して制御信号を出力する。この結果、応援ポンプ40から吐出された圧油が作業機用油通路44、応援用圧力補償弁45C、応援用制御弁30、応援用油通路47及び高圧選択弁47bを介して走行系油圧ユニット10の走行用油通路13a,13bに流入されることになる。応援用制御弁30から出力される圧油の流量は、その操作量に応じたもの、つまり、電磁比例弁31から与えるパイロット圧に応じたものとなる。この場合、応援用制御弁30に対しても応援用圧力補償弁45Cを介して応援ポンプ40の圧油が供給されるため、作業機用油圧アクチュエータ21A,21Bを同時に動作させた場合にも、それぞれの負荷の大小に関わりなく、応援用制御弁30の開口面積に比例した流量配分の圧油が走行用油通路13a,13bに供給されることになる。
ここで、高圧選択弁47bによって選択されるのは、圧力が高い方の走行用油通路13a,13b、つまり油圧ポンプ11から油圧モータ12に対して圧油を供給している走行用油通路13a,13bである。従って、応援ポンプ40から圧油が流入された場合には、油圧ポンプ11から油圧モータ12に供給される圧油の流量が増大することになり、これら油圧ポンプ11の最大吐出量や油圧モータ12の最小容量等、走行系油圧ユニット10のスペックによって決定される最高速度を超えた速度で油圧駆動車両を走行させることが可能となる。この結果、例えば除雪作業等、牽引力よりも油圧駆動車両の速度に依存して作業効率が向上する作業を行う場合にきわめて有利となる。
しかも、油圧モータ12を通過した圧油は、低圧選択弁48aを介してドレン通路48に導出され、フラッシングリリーフ弁48bを介して油タンク50にドレンされることになる。つまり、圧力が低い方の走行用油通路13a,13bの回路圧は、フラッシングリリーフ弁48bで設定された圧力に調整されることになり、応援ポンプ40からの圧油はドレンされることになる。従って、油圧ポンプ11に対しては、吐出した以上の圧油が返送されることがなく、上述した応援ポンプ40からの圧油の流入が、油圧ポンプ11の負荷を増大させる等、閉回路である走行系油圧ユニット10に悪影響を与える虞れもない。
さらに、応援用制御弁30の動作により、走行系油圧ユニット10の基本的なスペックに何等変更を加えることなく、油圧ポンプ11の最大吐出量を超えた量の圧油を油圧モータ12に供給することができる。このため、油圧駆動車両として設計されたHST回路による牽引力を維持することが可能となる。加えて、応援モータや減速機等のように大型の機械部品を付設する必要もないため、大きな設置スペースを要しない。
尚、上述した実施の形態では、油圧駆動車両の速度が予め設定した応援車速を超えた場合にコントローラ100からの制御信号により、電磁比例弁31を介して応援用制御弁30を動作させ、応援ポンプ40から吐出された圧油を走行系油圧ユニット10の走行用油通路13a,13bに流入させるようにしている。これは、走行時には作業機を使用しないため、応援ポンプ40の余剰流量を利用するようにしたためである。しかしながら、本発明は必ずしもこれに限定されない。例えば、応援用制御弁30に対して操作信号を出力する操作レバーや操作スイッチ等の操作手段を設け、オペレータが操作手段を操作した場合に応援用制御弁30を動作させることにより、応援ポンプ40から吐出された圧油を走行系油圧ユニット10の走行用油通路13a,13bに流入させるようにしても良い。
また、上述した実施の形態では、コントローラ100から電磁比例弁31に制御信号を出力する場合の判断基準として、車速センサ101の車速検出信号を用いているが、必ずしも車速センサ101を用いる必要はない。例えば、図1に示す走行系油圧ユニット10の走行用油通路13a,13bに設けた油圧センサ102a,102bからの圧力検出信号とエンジンEの出力軸12aに設けたエンジン回転数センサ103からの回転数検出信号とに基づいてコントローラ100から電磁比例弁31に制御信号を出力することも可能である。具体的には、エンジン回転数センサ103の回転数検出信号によってエンジン回転数が最大であり、かつ油圧センサ102a,102bからの圧力検出信号が予め設定した圧力(例えば、20MPa)を超えた場合に応援ポンプ40から吐出された圧油を走行系油圧ユニット10の走行用油通路13a,13bに流入させるように電磁比例弁31に制御信号を出力しても良い。
さらに、上述した実施の形態では、作業機系油圧ユニットを2つ備えたものを例示しているが、作業機系油圧ユニットの数は必ずしも2つである必要はない。
本発明の実施の形態である油圧駆動車両に適用する油圧回路を示した図である。
符号の説明
10 走行系油圧ユニット
11 油圧ポンプ
12 油圧モータ
13a,13b 走行用油通路
20A,20B 作業機系油圧ユニット
21a,21B 作業機用油圧アクチュエータ
22A,22B 作業機用制御弁
30 応援用制御弁
31 電磁比例弁
40 応援ポンプ
41 傾斜シリンダアクチュエータ
42 負荷圧感応型切替弁
42a 設定バネ
43 負荷圧出力油通路
44 作業機用油通路
45A,45B,45C 圧力補償弁
47 応援用油通路
47b 高圧選択弁
48 ドレン通路
48a 低圧選択弁
100 コントローラ
101 車速センサ
E エンジン

Claims (6)

  1. 原動機によって駆動される油圧ポンプと、前記油圧ポンプから吐出される圧油によって駆動される油圧モータと、前記油圧ポンプ及び前記油圧モータの間に閉回路を構成する一対の走行用油通路とを備えた走行系油圧ユニットを具備し、前記油圧モータの駆動によって走行する油圧駆動車両において、
    前記原動機によって駆動される応援ポンプと、
    前記油圧ポンプから前記油圧モータに圧油が供給されている際に高圧側となる走行用油通路に対して前記応援ポンプから吐出された圧油を流入させる応援圧油供給手段と、
    前記応援圧油供給手段によって一方の走行用油通路に圧油が流入された場合に他方の走行用油通路から圧油をドレンするドレン手段と
    を備えたことを特徴とする油圧駆動車両。
  2. 前記応援圧油供給手段は、前記一対の走行用油通路の圧力差に応じて作動する高圧選択弁を備え、この高圧選択弁が選択した走行用油通路に対して前記応援ポンプからの圧油を流入させるものであり、
    前記ドレン手段は、前記一対の走行用油通路の圧力差に応じて作動する低圧選択弁を備え、この低圧選択弁が選択した走行用油通路から圧油をドレンするものである
    ことを特徴とする請求項1に記載の油圧駆動車両。
  3. 車速を検出する車速検出手段をさらに備え、
    前記応援圧油供給手段は、前記車速検出手段の検出した車速に基づいて前記応援ポンプから前記走行用油通路への圧油の流入制御を行う応援制御部を備えた
    ことを特徴とする請求項1に記載の油圧駆動車両。
  4. 前記応援圧油供給手段は、前記応援ポンプからの吐出圧と、前記走行系油圧ユニットの負荷圧との差が一定となるように前記応援ポンプの吐出量を制御する流量制御回路を備えることを特徴とする請求項1に記載の油圧駆動車両。
  5. 作業機を駆動するための作業機用油圧アクチュエータと、この作業機用油圧アクチュエータに対する圧油の供給制御を行う作業機用制御弁とを備えた作業機系油圧ユニットを少なくとも一つ具備し、
    前記応援圧油供給手段は、前記走行系油圧ユニットに対して前記作業機系油圧ユニットを並列に接続し、かつこれら走行系油圧ユニット及び作業機系油圧ユニットのそれぞれに対して個別の圧力補償弁を介して前記応援ポンプからの圧油を供給するとともに、前記走行系油圧ユニット及び前記作業機系油圧ユニットの最大負荷圧と、前記応援ポンプからの吐出圧との差が一定となるように前記応援ポンプの吐出量を制御する流量制御回路を備えることを特徴とする請求項1に記載の油圧駆動車両。
  6. 前記応援圧油供給手段は、前記応援ポンプから前記走行系油圧ユニットに至る間に操作量に応じて出力流量を増大させる応援用制御弁を備えることを特徴とする請求項1に記載の油圧駆動車両。
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