JP2015068232A

JP2015068232A - 作業車両

Info

Publication number: JP2015068232A
Application number: JP2013202037A
Authority: JP
Inventors: 訓北原; Satoshi Kitahara; 緒方　永博; Nagahiro Ogata; 永博緒方
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2013-09-27
Filing date: 2013-09-27
Publication date: 2015-04-13

Abstract

【課題】標高が高い場所で稼働する場合であっても、エンストすることなく適切に稼働可能な作業車両を提供する。
【解決手段】エンジンと、エンジンによって駆動される油圧ポンプと、油圧ポンプの斜板の角度を制御する作動油を供給するチャージポンプと、チャージポンプと油圧ポンプの斜板との間の作動油の供給路上に設置され、チャージポンプから供給される作動油をリリーフさせることで油圧ポンプの斜板に付加する制御圧力を制御する電磁比例リリーフ弁と、車両外部の大気圧を取得する大気圧取得部と、当該作業車両の各種動作を制御する制御部と、を備え、制御部は、大気圧取得部によって取得された大気圧に基づいて、油圧ポンプの斜板に付加する制御圧力の上限値を決定し、決定された制御圧力の上限値を超えない制御圧力が斜板に付加されるよう電磁比例リリーフ弁の動作を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、作業車両に関し、特に、農作業機や建設機械といった作業車両に関する。

従来、ディーゼルエンジン（以下、単に「エンジン」ともいう）を備えた農作業機や建設機械といった作業車両において、エンジンで油圧ポンプを駆動することによって発生させた油圧を、油圧モーターで再び回転力に変換する静油圧式無段変速機、いわゆるＨＳＴ（Hydro Static Transmission）を備えたものが知られている（特許文献１参照）。

また、近年の排出ガス規制により、排出ガスを抑える目的で、稼働する現場標高が高くなる程エンジン出力を減少させる制御を行う作業車両が知られている。

特開２０１０−１９００８６号公報

しかしながら、上記作業車両は、その稼働する現場標高が高い場合には、エンジンの出力トルクがＨＳＴの吸収トルクを下回ってしまうことによって、エンストを起こしてしまう問題があった。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであって、標高が高い場所で稼働する場合であっても、エンストすることなく適切に稼働可能な作業車両を提供することを目的とする。

本発明に係る作業車両は、エンジンと、前記エンジンによって駆動される油圧ポンプと、前記油圧ポンプの斜板の角度を制御する作動油を供給するチャージポンプと、前記チャージポンプと前記油圧ポンプの斜板との間の前記作動油の供給路上に設置され、前記チャージポンプから供給される作動油をリリーフさせることで前記油圧ポンプの斜板に付加する制御圧力を制御する電磁比例リリーフ弁と、車両外部の大気圧を取得する大気圧取得部と、当該作業車両の各種動作を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記大気圧取得部によって取得された大気圧に基づいて、前記油圧ポンプの斜板に付加する制御圧力の上限値を決定し、決定された制御圧力の上限値を超えない制御圧力が前記斜板に付加されるよう前記電磁比例リリーフ弁の動作を制御することを特徴とする。

また、上記の目的を達成するために、前記制御部は、前記大気圧取得部によって取得された大気圧が低い程、前記制御圧力の上限値を小さい値に決定することを特徴とする。

本発明に係る作業車両によれば、標高が高い場所で稼働する場合であっても、エンストすることなく適切に稼働することができる。

本実施形態に係る作業車両の構成例を示す図である。本実施形態に係る作業車両の動作例を示すフローチャートである。エンジントルクと大気圧との関係を示す図である。ＨＳＴポンプの斜板に付加すべき制御圧力と大気圧との関係を示す図である。

本発明に係る作業車両は、エンジンと、エンジンによって駆動される油圧ポンプと、油圧ポンプの斜板の角度を制御する作動油を供給するチャージポンプと、チャージポンプと油圧ポンプの斜板との間の作動油の供給路上に設置され、チャージポンプから供給される作動油をリリーフさせることで油圧ポンプの斜板に付加する制御圧力を制御する電磁比例リリーフ弁と、車両外部の大気圧を取得する大気圧取得部と、当該作業車両の各種動作を制御する制御部と、を備え、制御部は、大気圧取得部によって取得された大気圧に基づいて、油圧ポンプの斜板に付加する制御圧力の上限値を決定し、決定された制御圧力の上限値を超えない制御圧力が斜板に付加されるよう電磁比例リリーフ弁の動作を制御するものである。これにより、標高が高い場所で稼働する場合であっても、エンストすることなく適切に稼働するものである。以下、本発明の実施の形態を説明する。

［作業車両の構成］
図１は、本実施形態に係る作業車両の構成例を示す図である。

図１に示す作業車両１は、エンジン２、エンジンコントローラ３、大気圧取得部３ａ、コントローラ４、制御部５、オイルタンク６、ＨＳＴ（Hydro Static Transmission）ポンプ１１、ＨＳＴモーター１２、作動機用ポンプ１３、チャージポンプ１４、チャージフィルタ２１、リリーフ弁２２、比例減圧弁２３、電磁比例リリーフ弁２４、前後進切換弁２５、高圧リリーフ弁２６、２７、低圧リリーフ弁２８、アクチュエータ２９、低圧リリーフ弁３０等を有する構成である。以下、各構成要素について説明する。

エンジン２は、不図示のピストンによって空気を圧縮し、不図示のシリンダ内の高温空気に燃料を噴射することで自然着火させるディーゼルエンジンである。このエンジン２は、後述するＨＳＴポンプ１１等を回転駆動する。

エンジンコントローラ３は、大気圧取得部３ａによって検出された大気圧等に基づいて、エンジン２やコントローラ４の動作を制御するＥＣＵ（Engine Control Unit）である。このエンジンコントローラ３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等を有するコンピュータ装置である。

大気圧取得部３ａは、当該作業車両１の車両外部の大気圧を取得する。例えば車両外部の大気圧を検出する大気圧センサである。また例えばＧＰＳ（Global Positioning System）によって直接標高を検知する手段と、検知された標高を、ＲＡＭ等の記憶手段に記憶された標高と大気圧との対応付けテーブルを基に大気圧に変換する手段とよりなる。なお、この場合、標高を直接入力するためのインターフェースを用いて直接標高を入力しても良い。また、標高に基づいて大気圧を求める際には、標高と大気圧との関係式に基づいて標高を大気圧に換算してもよい。

なお、本実施形態では、このエンジンコントローラ３と後述するコントローラ４を総称する場合に制御部５という。すなわち、制御部５が作業車両１の各種動作を制御する。制御部５の制御ロジックについては後述する。

コントローラ４は、エンジンコントローラ３からの指示に基づいて、電磁比例リリーフバルブ２４の動作を制御するコンピュータ装置である。このコントローラ４は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を有する。

ＨＳＴポンプ１１は、エンジン２によって回転駆動され、ＨＳＴモーター１２を駆動するための作動油を回路Ｙを介してＨＳＴモーター１２に供給する油圧ポンプである。このＨＳＴポンプ１１の駆動軸がエンジン２の出力軸に連結されているので、ＨＳＴポンプ１１はエンジン２によって回転駆動される。エンストを防止するためには、このＨＳＴポンプ１１の吸収トルクが、エンジン２の出力トルクを下回るよう制御することが重要である。

ＨＳＴモーター１２は、ＨＳＴポンプ１１から供給される作動油の油圧によって回転駆動され、作業車両１の走行用車輪（不図示）を駆動する油圧モーターである。

作動機用ポンプ１３は、ＨＳＴポンプ１１と同軸上に設けられ、エンジン２によって回転駆動される。この作動機用ポンプ１３は、作業車両１に搭載されたバケット等の作動機を動作させる油圧シリンダの伸縮動作を制御する油圧コントロールバルブ（いずれも不図示）に作動油を供給する。

チャージポンプ１４は、ＨＳＴポンプ１１と同軸上に設けられ、エンジン２によって回転駆動される。このチャージポンプ１４は、オイルタンク７に貯蔵された作動油をまずチャージフィルタ２１、比例減圧弁２３に通流させ、その後比例減圧弁２３から前後切替弁２５及びアクチュエータ２９を通る油圧回路Ｘを介して、ＨＳＴポンプ１１ａの斜板１１ａに供給する動作や、高圧リリーフ弁２６、２７を介して油圧回路Ｙに補給する動作を行う。

なお、油圧回路Ｘは、チャージポンプ１４とＨＳＴポンプ１１の斜板１１ａとの間の作動油の供給路、すなわちＨＳＴポンプ１１の吐出流量を制御する回路である。一方、油圧回路Ｙは、ＨＳＴポンプ１１とＨＳＴモーター１２との間の閉じた油圧回路である。

チャージフィルタ２１は、異物除去用のフィルタである。リリーフ弁２２は、チャージフィルタ２１を通流する作動油をバイパスさせるためのバイパスバルブである。このリリーフ弁２２は、チャージフィルタ２１が目詰まりして回路圧力が上昇した場合に、チャージフィルタ２１のケース破裂等による油漏れを防ぐために設けられる。これらチャージフィルタ２１及びリリーフ弁２２は一体的構造で構成される。

比例減圧弁２３は、チャージポンプ１４の流量（エンジン回転速度に比例）を感知して回路圧力を制御する、具体的にはエンジン回転速度が大きくなる程、回路圧力を高くする機械式の減圧バルブである。この比例減圧弁２３によって所定の制御圧力（以下、単に「制御圧力」ともいう。）に減圧された作動油は、前後進切替弁２５を経由してアクチュエータ２９に導かれ、ＨＳＴポンプ１１の斜板１１ａの傾転量を制御する。これにより、ＨＳＴポンプ１１の吐出流量、曳いては作業車両１の車速が制御される。

電磁比例リリーフ弁２４は、コントローラ４から送られてくる電流値又は電圧値を示す信号に基づいて制御され、開度及び開口面積を無段階に制御可能な電磁切替弁である。この電磁比例リリーフ弁２４は、回路Ｘにおいて比例減圧弁２３と前後進切替弁２５との間に設置される。

この電磁比例リリーフ弁２４は、比例減圧弁２３からＨＳＴポンプ１１の斜板１１ａに対して供給される作動油の一部をリリーフさせることで、斜板１１ａに付与される制御圧力及び斜板１１ａの角度を変化させる。これにより、斜板１１ａに接するＨＳＴポンプ１１内のピストン（不図示）の作動ストロークを調整し、ＨＳＴポンプ１１からＨＳＴモーター１２に吐出される作動油の流量及びＨＳＴポンプ１１の吸収トルクを調整することができる。この電磁比例リリーフ弁２４の制御方法については詳細に後述する。

前後進切替弁２５は、作業車両１の前進後進を切り替えるための切替バルブである。この前後進切替弁２５は、作業車両１が備えるシフトレバースイッチ（不図示）の押下により生成される電気信号に基づいて作動し、油圧回路Ｘを通流してきた作動油の制御圧力の方向を切り替え、ＨＳＴポンプ１１斜板１１ａの傾転方向、すなわちアクチュエータ２９の加圧方向を切り替える。これにより、ＨＳＴモーター１２の回転方向が切り替わり、作業車両１の前進後進が切り替わる。

高圧リリーフ弁２６、２７は、油圧回路Ｘ内の最高圧力を制御するためのリリーフ弁である。低圧リリーフ弁２８は、油圧回路Ｘ内の作動油が不足してこれを補給する必要がある場合に、一定の圧力を保持するためのリリーフ弁である。

アクチュエータ２９は、油圧回路Ｘを通流してきた作動油を利用し、前後進切替及びＨＳＴポンプ１１の斜板１１ａの角度を制御するサーボシリンダである。

低圧リリーフ弁３０は、ＨＳＴポンプ１１等が収納されるケース（不図示）の内圧を制御するためのリリーフ弁である。ケースの内圧が一定値以上になった場合、この低圧リリーフ弁３０から作動油がタンクに逃がされる。

以上に示す構成により、本実施形態に係る作業車両１では、制御部５が、当該作業車両１が稼働する現場の標高が高い、すなわち現場の大気圧が低いためにエンジン２の出力トルクが減少する場合であっても、エンジン２がストップしないようにＨＳＴポンプ１１の吸収トルクを変化させる制御を行う。具体的な制御内容については後述する。

［作業車両の動作］
図２は、本実施形態に係る作業車両の動作例を示すフローチャートである。図１の制御部５は、本制御ロジックを実行する。

まずステップＳ１１において、制御部５（エンジンコントローラ３）は、大気圧取得部３ａにて大気圧Ｈを取得する（Ｓ１１）。ここでは、エンジンコントローラ３が、例えば大気圧センサによって検出される車両外部の大気圧の圧力値Ｈを取得する。

その後ステップＳ１２に進み、制御部５（エンジンコントローラ３）は、ステップＳ１１で取得された大気圧の圧力値Ｈに応じて、ＨＳＴポンプ１１の制御圧力Ｐｓの上限値を決定する（Ｓ１２）。ここで、ステップＳ１２に係る説明に先立ち、まず大気圧とエンジン２の出力トルクとの関係について説明する。

図３は、エンジントルクと大気圧との関係を示す図である。図３において、横軸はエンジン２の回転速度Ｎ（単位：Ｓ^−１）であり、縦軸はエンジン２の出力トルクであるエンジントルクＴ_Ｅ（単位：Ｎ・ｍ）である。

図３に示すように、エンジン２の回転速度Ｎが同一の場合、エンジントルクＴ_Ｅは大気圧が低い程（標高が高い程）小さくなる。そのため、エンジン２の回転速度とエンジントルクＴ_Ｅとの積算値に比例するエンジン２の出力馬力（単位：Ｎ・ｍ／ｓ）も、大気圧が低い程小さくなることになる。特にエンジン２の回転速度Ｎが所定値Ｎ０よりも大きい場合には、エンジン２の回転速度Ｎが大きくなる程、エンジントルクＴ_Ｅは大気圧の高低に関わらず小さくなる。

以上に示す図３から分かるように、大気圧が低い程、エンジン２の出力トルクが低下するという関係が成立する。そして作業車両１が稼働する現場の大気圧が低い場合においてエンジン２のエンストを防止するためには、低下したエンジン２の出力トルクが、ＨＳＴポンプ１１の吸収トルクを下回らないようにする必要がある。

そこで、本実施形態では、図４に示すように、ＨＳＴポンプ１１の斜板１１ａに付加される制御圧力Ｐｓの上限値（Ｐｓ１やＰｓ２）を設定し、この上限値を超えない値の制御圧力Ｐｓが斜板１１ａに付加されるように電磁比例リリーフ弁２４の動作を制御する。これにより、エンジン２の出力トルクが低下した場合であっても、低下量に見合う分だけＨＳＴポンプ１１の吸収トルクを低下させることによって、エンジン２のエンストを防止している。

図４は、ＨＳＴポンプの斜板に付加される制御圧力と大気圧との関係を示す図である。図４において、横軸はエンジン２の回転速度Ｎであり、縦軸は制御圧力Ｐｓ（単位：Ｐａ（Ｎ／ｍ^２））である。

図４に示すように、大気圧に応じて制御圧力Ｐｓの上限値が設定される。図４では、大気圧が低い（標高が高い）場合には制御圧力Ｐｓの上限値としてＰｓ１が設定され、大気圧が高い（標高が低い）場合にはＰｓ２が設定された例を示している。なお、大気圧と制御圧力Ｐｓの上限値との対応付け方法は、図４に示す場合に限らない。

図４に示す例では、大気圧が低い場合には、エンジン２の回転速度が一定値（ここではＮ１）以上のときには一定値の制御圧力Ｐｓ１が付加すべき制御圧力である。なお、エンジン２の回転速度が一定値未満のときには、図４に示すグラフ上の回転速度Ｎに対応する制御圧力Ｐｓの値が付加すべき制御圧力である。

同様に、大気圧が高い場合には、エンジン２の回転速度が一定値（ここではＮ２）以上のときには一定値の制御圧力Ｐｓ２が付加すべき制御圧力である。なお、エンジン２の回転速度が一定値未満のときには、図４に示すグラフ上の回転速度Ｎに対応する制御圧力Ｐｓの値が付加すべき制御圧力である。

以上のように、大気圧が低い程、制御圧力Ｐｓの上限値は小さい値である。このような大気圧と制御圧力Ｐｓの上限値とが対応付けられた情報が予めテーブル等としてエンジンコントローラ３に設定されており、ステップＳ１３では、エンジンコントローラ３は当該テーブル等を利用して、ステップＳ１２で換算された大気圧に対応する制御圧力Ｐｓの上限値を決定する。

なお、前述のように、大気圧が低い程エンジン２の出力トルクは減少する。この場合、エンジン２の出力トルクがＨＳＴポンプ１１の吸収トルクを下回ってしまうことによって、エンストを起こしてしまうことを防止する必要がある。そこで、ステップＳ１３では、エンジン２の出力トルクが低下した場合であっても、ＨＳＴポンプ１１の吸収トルクがエンジン２の出力トルクを常に下回るような制御圧力Ｐｓの上限値を決定している。

その後ステップＳ１３に進み、制御部５（コントローラ４）は、ステップＳ１２で決定されたＨＳＴポンプ１１の制御圧力Ｐｓの上限値に応じて、電磁比例リリーフ弁２４を調整する（Ｓ１３）。

ステップＳ１３では、コントローラ４は、比例減圧弁２３を通流してきた作動油の圧力が、ステップＳ１２で決定された上限値（Ｐｓ１やＰｓ２）を超えないようにするための制御信号（電流値又は電圧値を示す信号）を、電磁比例リリーフ弁２４に対して送信する。

そうすると、電磁比例リリーフ弁２４は、当該制御信号に基づいて、比例減圧弁２３から油圧回路Ｘに通流してくる作動油の制御圧力Ｐｓが上限値を超えないよう、上限値を超える分の作動油をリリーフさせるよう動作する。その結果、ＨＳＴポンプ１１の斜板１１ａに付与される制御圧力Ｐｓは上限値を超えなくなり、ＨＳＴポンプ１１の吐出流量並びに吸収トルクが制御される。

なお、電磁比例リリーフ弁２４は通常時には動作しないため、比例減圧弁２３を通流してきた作動油はそのままＨＳＴポンプ１１の斜板１１ａに導かれる。一方、比例減圧弁２３から油圧回路Ｘに通流してきた作動油の制御圧力Ｐｓが上限値を超えた場合に動作することによって、比例減圧弁２３から通流してきた制御圧力Ｐｓの最高圧力を制限する。その結果、ＨＳＴポンプ１１の斜板１１ａの最大傾転量が制限され、ＨＳＴポンプ１１の最大吸収トルクがエンジン２の出力トルクを超えないように制御される。

以上に示すように、制御部５は、大気圧Ｈに応じてＨＳＴポンプ１１の斜板１１ａに付加すべき制御圧力Ｐｓの上限値を設定し、この上限値を超えないように電磁比例リリーフ弁２４を制御する動作を行う。これにより、ＨＳＴポンプ１１の吸収トルクが常にエンジン２の出力トルクを下回るよう調整されるので、作業車両１は標高が高い場所で稼働する場合であっても、エンストすることなく適切に稼働することができる。また、電磁比例リリーフ弁２４のみを用いてＨＳＴポンプ１１の吸収トルクを制御しているので、仮にコントローラ４がダウンした場合であっても、比例減圧弁２３による通常の機械式制御によって作業車両１を動作させることができる。

さらには、標高が低い場所で稼働する場合であっても、斜板１１ａに付加すべき制御圧力Ｐｓの上限値を設定しているので、標高が低い場所におけるパフォーマンス性を低下させることがない。すなわち、上記制御を行わない場合には、高地のエンジン２の出力トルクに合わせて低地のＨＳＴポンプ１１の吸収トルクをチューニングすることとなるため、低地での性能が十分発揮できないが、このような問題を解決することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一つを示したものであり、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。

例えば上記説明においては、エンジン２の出力トルクがＨＳＴポンプ１１の吸収トルクを下回らないようなＨＳＴポンプ１１の制御圧力の上限値を決定したが、この場合に限らない。例えば、出力トルク及び吸収トルクに代えて、エンジン２の出力馬力がＨＳＴポンプ１１の吸収馬力を下回らないようなＨＳＴポンプ１１の制御圧力の上限値を決定しても良い。

ステップＳ１２では、大気圧と制御圧力Ｐｓの上限値とが対応付けられた情報に基づいて、大気圧に応じて制御圧力Ｐｓの上限値を決定したが、この場合には限らない。例えば、大気温度や湿度と制御圧力Ｐｓの上限値とを対応付けて記憶し、当該作業車両１の外気温度や湿度を検出し、検出された外気温度や湿度に応じて制御圧力Ｐｓの上限値を決定しても良い。

１作業車両
２エンジン
３エンジンコントローラ
３ａ大気圧取得部
４コントローラ
５制御部
１１ＨＳＴポンプ（油圧ポンプ）
１１ａ斜板
１４チャージポンプ
２４電磁比例リリーフ弁

Claims

エンジンと、
前記エンジンによって駆動される油圧ポンプと、
前記油圧ポンプの斜板の角度を制御する作動油を供給するチャージポンプと、
前記チャージポンプと前記油圧ポンプの斜板との間の前記作動油の供給路上に設置され、前記チャージポンプから供給される作動油をリリーフさせることで前記油圧ポンプの斜板に付加する制御圧力を制御する電磁比例リリーフ弁と、
車両外部の大気圧を取得する大気圧取得部と、
当該作業車両の各種動作を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記大気圧取得部によって取得された大気圧に基づいて、前記油圧ポンプの斜板に付加する制御圧力の上限値を決定し、決定された制御圧力の上限値を超えない制御圧力が前記斜板に付加されるよう前記電磁比例リリーフ弁の動作を制御することを特徴とする作業車両。
前記制御部は、前記大気圧取得部によって取得された大気圧が低い程、前記制御圧力の上限値を小さい値に決定することを特徴とする請求項１に記載の作業車両。