最初に、図1を参照して、本発明の実施例に係る建設機械としてのショベル(掘削機)について説明する。図1はショベルの側面図である。図1に示すショベルの下部走行体1には旋回機構2を介して上部旋回体3が搭載されている。上部旋回体3には作業要素としてのブーム4が取り付けられている。ブーム4の先端には作業要素としてのアーム5が取り付けられ、アーム5の先端に作業要素及びエンドアタッチメントとしてのバケット6が取り付けられている。ブーム4、アーム5、バケット6は、ブームシリンダ7、アームシリンダ8、バケットシリンダ9によりそれぞれ油圧駆動される。上部旋回体3には、キャビン10が設けられ、且つ、エンジン11等の動力源が搭載されている。
図2は、図1のショベルに搭載される基本システムの構成例を示す図である。図2では、機械的動力伝達ライン、作動油ライン、パイロットライン、電気制御ラインがそれぞれ二重線、実線、破線、一点鎖線で示されている。
ショベルの基本システムは、エンジン11、ポンプレギュレータ13L、13R、メインポンプ14L、14R、コントロールポンプ15、旋回圧センサ24L、24R、操作装置26、吐出圧センサ28L、28R、操作圧センサ29、コントローラ30、旋回油圧回路TC等を含む。
エンジン11はショベルの駆動源である。この例では、エンジン11は、所定の回転数で回転するディーゼルエンジンである。エンジン11の出力軸は、メインポンプ14L、14R及びコントロールポンプ15のそれぞれの入力軸に連結されている。
メインポンプ14L、14Rは、作動油をコントロールバルブ17に供給するための装置であり、例えば、斜板式可変容量型油圧ポンプである。
ポンプレギュレータ13L、13Rは、メインポンプ14L、14Rの吐出量を制御する。この例では、ポンプレギュレータ13Lは、メインポンプ14Lの吐出圧、コントローラ30からの指令等に応じてメインポンプ14Lの斜板傾転角を調節してメインポンプ14Lの吐出量を制御する。ポンプレギュレータ13Lは、斜板傾転角に関する情報をコントローラ30に対して出力してもよい。メインポンプ14Rに関するポンプレギュレータ13Rについても同様である。
コントロールポンプ15は、操作装置26を含む各種油圧機器に作動油を供給する装置であり、例えば、固定容量型油圧ポンプである。
コントロールバルブ17は、メインポンプ14L、14Rと油圧アクチュエータと作動油タンクT1との間で作動油の流れを制御する油圧制御装置である。この例では、メインポンプ14L、14Rが吐出する作動油の流れを制御する複数の制御弁を含む。そして、コントロールバルブ17は、複数の制御弁を通じ、メインポンプ14L、14Rが吐出する作動油を1又は複数の油圧アクチュエータに選択的に供給する。各制御弁は、メインポンプ14L、14Rから油圧アクチュエータに流れる作動油の流量、及び、油圧アクチュエータから作動油タンクT1に流れる作動油の流量を制御する。油圧アクチュエータは、ブームシリンダ7、アームシリンダ8、バケットシリンダ9、走行用油圧モータ20、及び旋回用油圧モータ21を含む。走行用油圧モータ20は、左走行用油圧モータ20L及び右走行用油圧モータ20Rを含む。
旋回油圧回路TCは、上部旋回体3の旋回を実現するための油圧回路である。この例では、旋回油圧回路TCは、旋回用油圧モータ21、リリーフ弁22L、22R、チェック弁23L、23R等を含む。
旋回用油圧モータ21は、上部旋回体3を旋回させる油圧モータである。旋回用油圧モータ21のポート21L、21Rは、制御弁173Lに接続され、且つ、リリーフ弁22L、22R及びチェック弁23L、23Rを介して油路44に接続されている。
油路44は、作動油タンクT1と旋回油圧回路TCとを接続する補給油路(メークアップ油路)である。油路44には補給ポンプ55が配置されている。
補給ポンプ55は、作動油タンクT1にある作動油を旋回油圧回路TCに向けて吐出する装置である。この例では、補給ポンプ55は、旋回減速中又は旋回制動中に作動油タンクT1から油路44を通じて旋回用油圧モータ21の低圧側ポートに作動油を補給する電動ポンプである。具体的には、補給ポンプ55は、ポンプ部55aとポンプ部55aを駆動するモータ部55bとを含む。ポンプ部55aの回転軸はモータ部55bの回転軸に連結されている。モータ部55bは、コントローラ30からの指令に応じて回転する電動モータである。モータ部55bの回転速度は、固定であってもよく可変であってもよい。
リリーフ弁22Lは、ポート21L側の圧力が所定のリリーフ圧に達した場合に開き、ポート21L側の作動油を油路44側に流出させる。また、リリーフ弁22Rは、ポート21R側の圧力が所定のリリーフ圧に達した場合に開き、ポート21R側の作動油を油路44側に流出させる。
チェック弁23Lは、ポート21L側の圧力が油路44側の圧力より低くなった場合に開き、油路44側からポート21L側に作動油を流入させる。チェック弁23Rは、ポート21R側の圧力が油路44側の圧力より低くなった場合に開き、油路44側からポート21R側に作動油を流入させる。この構成により、チェック弁23L、23Rは、旋回用油圧モータ21の減速時又は制動時に油路44側から吸入側ポート側に作動油を流入させることができる。
旋回圧センサ24L、24Rは、旋回用油圧モータ21のポート21L、21Rにおける作動油の圧力を検出し、検出した値をコントローラ30に対して出力する。
操作装置26は、操作者が油圧アクチュエータの操作のために用いる装置である。この例では、操作装置26は、油圧式であり、パイロットラインを介して、コントロールポンプ15が吐出する作動油を油圧アクチュエータのそれぞれに対応する制御弁のパイロットポートに供給できる。パイロットポートのそれぞれに供給される作動油の圧力(以下、「パイロット圧」とする。)は、油圧アクチュエータのそれぞれに対応する操作装置26を構成するレバー又はペダルの操作方向及び操作量に応じた圧力である。但し、操作装置26は電気式であってもよい。
操作装置26は、ブーム操作レバー、アーム操作レバー、バケット操作レバー、走行操作レバー(走行操作ペダル)、旋回操作レバー等を含む。ブーム操作レバー、アーム操作レバー、バケット操作レバー、走行操作レバー、及び、旋回操作レバーはそれぞれ、ブーム4の上下、アーム5の開閉、バケット6の開閉、下部走行体1の前後進、及び、上部旋回体3の旋回を操作するための操作装置である。図2は、操作装置26の一例である旋回操作レバー26Aを示している。
吐出圧センサ28Lは、メインポンプ14Lの吐出圧を検出し、検出した値をコントローラ30に対して出力する。吐出圧センサ28Rは、メインポンプ14Rの吐出圧を検出し、検出した値をコントローラ30に対して出力する。
操作圧センサ29は、操作装置26を用いた操作者の操作内容を検出するための装置である。操作内容は、例えば、操作方向、操作量(操作角度)等である。この例では、操作圧センサ29は、例えば、油圧アクチュエータのそれぞれに対応する操作装置26を構成するレバー又はペダルの操作方向及び操作量を圧力の形で検出する圧力センサであり、検出した値をコントローラ30に対して出力する。但し、操作装置26の操作内容は、操作角センサ、加速度センサ、角速度センサ、レゾルバ、電圧計、電流計等、圧力センサ以外の装置の出力を用いて検出されてもよい。図2は、操作圧センサ29の一例である旋回操作圧センサ29Aを示している。
コントローラ30は、ショベルを制御するための制御装置である。この例では、コントローラ30は、例えば、CPU、揮発性記憶装置、不揮発性記憶装置等を備えたコンピュータで構成されている。
センターバイパス油路40Lは、コントロールバルブ17内に配置された制御弁171L〜175Lを通る作動油ラインである。センターバイパス油路40Rは、コントロールバルブ17内に配置された制御弁171R〜175Rを通る作動油ラインである。
制御弁171Lは、メインポンプ14Lが吐出する作動油を左走行用油圧モータ20Lへ供給し、且つ、左走行用油圧モータ20Lが吐出する作動油を作動油タンクT1へ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。
制御弁171Rは、走行直進弁としてのスプール弁である。制御弁171Rは、下部走行体1の直進性を高めるべくメインポンプ14Lから左走行用油圧モータ20L及び右走行用油圧モータ20Rのそれぞれに作動油が供給されるように作動油の流れを切り換える。具体的には、走行用油圧モータ20と他の何れかの油圧アクチュエータとが同時に操作された場合、メインポンプ14Lが左走行用油圧モータ20L及び右走行用油圧モータ20Rの双方に作動油を供給できるように制御弁171Rは切り換えられる。他の油圧アクチュエータが何れも操作されていない場合には、メインポンプ14Lが左走行用油圧モータ20Lに作動油を供給でき、且つ、メインポンプ14Rが右走行用油圧モータ20Rに作動油を供給できるように、制御弁171Rは切り換えられる。
制御弁172Lは、メインポンプ14Lが吐出する作動油をオプションの油圧アクチュエータへ供給し、且つ、オプションの油圧アクチュエータが吐出する作動油を作動油タンクT1へ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。オプションの油圧アクチュエータは、例えば、グラップル開閉シリンダである。
制御弁172Rは、メインポンプ14Rが吐出する作動油を右走行用油圧モータ20Rへ供給し、且つ、右走行用油圧モータ20Rが吐出する作動油を作動油タンクT1へ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。
制御弁173Lは、メインポンプ14Lが吐出する作動油を旋回用油圧モータ2Aへ供給し、且つ、旋回用油圧モータ2Aが吐出する作動油を作動油タンクT1へ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。
制御弁173Rは、メインポンプ14Rが吐出する作動油をバケットシリンダ9へ供給し、且つ、バケットシリンダ9内の作動油を作動油タンクT1へ排出するためのスプール弁である。
制御弁174L、174Rは、メインポンプ14L、14Rが吐出する作動油をブームシリンダ7へ供給し、且つ、ブームシリンダ7内の作動油を作動油タンクT1へ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。この例では、制御弁174Lは、ブーム4の上げ操作が行われた場合にのみ作動し、ブーム4の下げ操作が行われた場合には作動しない。
制御弁175L、175Rは、メインポンプ14L、14Rが吐出する作動油をアームシリンダ8へ供給し、且つ、アームシリンダ8内の作動油を作動油タンクT1へ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。
この例では、制御弁171L〜175L、171R〜175Rはパイロット式スプール弁であるが、操作装置26が電気式である場合には、電磁スプール弁であってもよい。
戻り油路41L、41Rは、コントロールバルブ17内に配置された作動油ラインである。油圧アクチュエータから流出して制御弁を通過した作動油は、戻り油路41L、41Rを通って作動油タンクT1に向かう。
パラレル油路42Lは、センターバイパス油路40Lに並行する作動油ラインである。パラレル油路42Lは、制御弁171L〜174Lの何れかによってセンターバイパス油路40Lを通る作動油の流れが制限或いは遮断された場合に、より下流の制御弁に作動油を供給できる。パラレル油路42Rは、センターバイパス油路40Rに並行する作動油ラインである。パラレル油路42Rは、制御弁172R〜174Rの何れかによってセンターバイパス油路40Rを通る作動油の流れが制限或いは遮断された場合に、より下流の制御弁に作動油を供給できる。
ここで、図2の基本システムで採用されるネガティブコントロール制御について説明する。センターバイパス油路40L、40Rは、最も下流にある制御弁175L、175Rのそれぞれと作動油タンクとの間に絞り18L、18Rを備える。メインポンプ14L、14Rが吐出した作動油の流れは、絞り18L、18Rで制限される。そして、絞り18L、18Rは、ポンプレギュレータ13L、13Rを制御するための制御圧を発生させる。
圧力センサ19L、19Rは、絞り18L、18Rの上流で発生する制御圧を検出するセンサである。この例では、圧力センサ19L、19Rは、検出した値をコントローラ30に対して出力する。コントローラ30は、制御圧に応じた指令をポンプレギュレータ13L、13Rに対して出力する。ポンプレギュレータ13L、13Rは、指令に応じてメインポンプ14L、14Rの斜板傾転角を調節することによって、メインポンプ14L、14Rの吐出量を制御する。ポンプレギュレータ13L、13Rは、例えば、制御圧が大きいほどメインポンプ14L、14Rの吐出量を減少させ、制御圧が小さいほどメインポンプ14L、14Rの吐出量を増大させる。
ネガティブコントロール制御により、図2の基本システムは、油圧アクチュエータが何れも操作されていない場合には、メインポンプ14L、14Rにおける無駄なエネルギ消費を抑制できる。無駄なエネルギ消費は、メインポンプ14L、14Rが吐出する作動油がセンターバイパス油路40L、40Rで発生させるポンピングロスを含む。油圧アクチュエータが操作されている場合には、メインポンプ14L、14Rから必要十分な作動油を操作対象の油圧アクチュエータに供給できる。
センターバイパス油路40L、40R及び戻り油路41L、41Rは、絞り18L、18Rの下流で油路43の合流点に接続される。油路43は、合流点の下流で二手に分岐し、コントロールバルブ17の外にある油路45、46に接続される。すなわち、センターバイパス油路40L、40R及び戻り油路41L、41Rのそれぞれを流れる作動油は油路43で合流した後で油路45又は油路46を通って作動油タンクT1に至る。
油路45は、油路43と作動油タンクT1とを接続する冷却油路である。油路45にはオイルクーラ51が配置されている。
オイルクーラ51は、油圧回路を循環する作動油を冷却するための装置である。この例では、オイルクーラ51は、エンジン11が駆動する冷却ファンによって冷却される熱交換器ユニットに含まれている。熱交換器ユニットは、ラジエータ、インタクーラ、オイルクーラ51等を含む。
油路46は、オイルクーラ51をバイパスするクーラバイパス油路である。この例では、油路46は、一端が油路43に接続され、他端が作動油タンクT1に接続されている。一端がオイルクーラ51の上流側で油路45に接続されていてもよい。また、油路46にはチェック弁52が配置されている。油路46及びチェック弁52は省略されてもよい。
チェック弁52は、一次側と二次側の圧力差が所定の開弁圧力差を上回った場合に開く弁である。この例では、スプリング式逆止弁であり、上流側の圧力が下流側の圧力より高く且つその圧力差が開弁圧力差を上回る場合に開いてコントロールバルブ17内の作動油を作動油タンクT1に向けて流出させる。そのため、コントロールバルブ17から作動油タンクT1に向かって流れる作動油は、最初に油路45を通って流れ、その後にオイルクーラ51を流れる際の抵抗によって圧力が所定値を上回った場合にチェック弁52を通って流れる。チェック弁52は、コントロールバルブ17に統合されていてもよい。
次に、図3を参照し、作動油タンクT1に接続される油路44〜油路46について説明する。図3は、ショベルの上面図であり、上部旋回体3に搭載される各種機器を透過的に示している。
図3に示すように、エンジン11の+Y側にはエンジン11の動力で駆動される冷却ファン11Aが設けられ、冷却ファン11Aの+Y側にはオイルクーラ51等を含む熱交換器ユニット11Bが設けられている。また、エンジン11には排気管11C及び吸気管11Dが接続され、排気管11Cの下流側にはエンジン11の排気ガス中のNOxを浄化する排気ガス処理装置12が取り付けられている。
排気ガス処理装置12は、例えば、排気ガス中のNOxを浄化する処理剤として液体還元剤を用いた選択還元型のNOx処理装置である。排気ガス処理装置12は、排気管11Cの内部に備えられた還元触媒の上流側で液体還元剤(例えば、尿素水)を噴射して排気ガス中のNOxを還元し、この還元反応を還元触媒により促進してNOxを無害化する。
上部旋回体3には作動油タンクT1が搭載され、作動油タンクT1の+X側には燃料タンクT2が搭載されている。燃料タンクT2の+X側には尿素水を貯蔵する尿素水タンクT3が搭載されている。尿素水タンクT3は、ブーム4を挟んでキャビン10の反対側に搭載されている。尿素水タンクT3の+X側には工具箱T4が搭載されている。
メインポンプ14L、14Rは、排気ガス処理装置12の下に配置され、作動油タンクT1から吸入した作動油をコントロールバルブ17に向けて吐出する。
コントロールバルブ17は、メインポンプ14L、14Rが吐出する作動油を1又は複数の油圧アクチュエータに選択的に供給する。1又は複数の油圧アクチュエータから排出された作動油は、油路45を通って作動油タンクT1に戻る。具体的には、コントロールバルブ17を出た作動油は、油路45に配置されたオイルクーラ51を通って作動油タンクT1に戻る。オイルクーラ51に向かう作動油の流量が増大して圧力が増大すると、コントロールバルブ17における作動油の一部は、オイルクーラ51を通らずに、油路46を通って作動油タンクT1に戻る。
作動油タンクT1には補給ポンプ55が取り付けられている。補給ポンプ55は、油路44を介して旋回用油圧モータ21を含む旋回油圧回路TCに接続されている。図4は、作動油タンクT1に対する補給ポンプ55の取り付け例を示す図である。具体的には、図4(A)は、作動油タンクT1の天板に直付けされた補給ポンプ55を示す。図4(B)は、作動油タンクT1の側板に直付けされた補給ポンプ55を示す。図3の例では、補給ポンプ55は、図4(A)に示すように、作動油タンクT1の天板に直付けされている。すなわち、作動油タンクT1内の作動油の液面よりも高いところに形成された孔を通じて作動油が汲み出されるように構成されている。但し、補給ポンプ55は、油路44の適切な配管を実現するため、図4(B)に示すように、作動油タンクT1の側板に直付けされていてもよい。すなわち、作動油タンクT1内の作動油の液面よりも低いところに形成された孔を通じて作動油が汲み出されるように構成されていてもよい。補給ポンプ55は、作動油タンクT1の底板に形成された孔を通じて作動油が汲み出されるよう、作動油タンクT1の底板に直付けされていてもよい。
コントローラ30は、所定の補給条件が満たされた場合に、補給ポンプ55に対して指令を出力する。指令を受けた補給ポンプ55は、作動油タンクT1内の作動油を、油路44を通じ、旋回用油圧モータ21の低圧側ポートに補給する。
コントローラ30は、例えば、旋回減速操作が行われた場合に、所定の補給条件が満たされたと判定する。コントローラ30は、例えば、旋回操作レバー26Aが中立位置に戻された場合に、旋回減速操作が行われたと判定する。旋回操作レバー26Aが中立位置にある状態は、例えば、操作者が旋回操作レバー26Aから手を離したときにもたらされる旋回操作レバー26Aの状態である。或いは、旋回操作レバー26Aの操作量が減少している場合に、旋回減速操作が行われたと判定してもよい。コントローラ30は、例えば、旋回操作圧センサ29Aの出力に基づき、旋回操作レバー26Aが中立位置にあるか否か、或いは、旋回操作レバー26Aの操作量が減少しているか否かを判定する。
ここで、図5を参照し、旋回減速操作が行われたときの作動油の流れについて説明する。図5は、旋回操作レバー26Aが右旋回操作方向に単独で傾倒された後で中立位置に戻されたときの基本システムの状態を示し、図2に対応する。図5の太線は作動油が流れている油路を示し、太線矢印は作動油が流れる方向を示す。
右旋回操作方向に操作されていた旋回操作レバー26Aが中立位置に戻されると、制御弁173Lは中立弁位置に戻る。そのため、旋回用油圧モータ21の吐出側ポート(ポート21R)から制御弁173LのCTポートを通って戻り油路41Lに向かう作動油の流れは、制御弁173Lによって遮断される。その結果、旋回油圧回路TC内のポート21Rにおける作動油の圧力が上昇し、リリーフ弁22Rは、ポート21R側における作動油を油路44側に流出させる。
同様に、メインポンプ14Lから制御弁173LのPCポートを通って旋回用油圧モータ21の吸入側ポート(ポート21L)に向かう作動油の流れは、制御弁173Lによって遮断される。その結果、旋回油圧回路TC内のポート12Lにおける作動油の圧力が低下し、チェック弁23Lは、油路44側の作動油を吸入側ポート側に流入させる。
従って、補給ポンプ55によって補給される作動油は、旋回用油圧モータ21のポート21Rから吐出される作動油と合流し、旋回用油圧モータ21のポート21Lに入る。
補給ポンプ55は、エンジン11から切り離されている。すなわち、コントローラ30は、エンジン11の回転数に依存しない回転数で補給ポンプ55を回転させることができる。そのため、任意のタイミングで作動油タンクT1内の作動油を旋回油圧回路TCに向けて送出できる。
メインポンプ14Lが吐出する作動油は、メインポンプ14Rが吐出する作動油と油路43で合流した後、油路45及びオイルクーラ51を通って作動油タンクT1に戻る。
冷却油路としての油路45は無背圧状態である。すなわち、作動油が油路45を流れている場合であっても、キャビテーションの防止に必要な背圧を発生させることはなく、油路43における作動油の圧力を意図的に増大させることもない。この例では、油路44は、補給ポンプ55を介して作動油タンクT1に接続されており、油路43には接続されていないためである。すなわち、旋回油圧回路TCにおけるキャビテーションの発生を防止すべく、油路43における作動油の圧力を高めておく必要がないためである。
また、補給油路としての油路44内の作動油の圧力は、冷却油路としての油路45内の作動油の圧力とは無関係である。油路45及びその上流にある油路43は、油路44に接続されていないためである。
次に、図6を参照し、コントローラ30が作動油タンクT1から旋回油圧回路TCに作動油を補給する処理(以下、「作動油補給処理」)について説明する。図6は、作動油補給処理の一例の流れを示すフローチャートである。コントローラ30は、例えば、ショベルの稼働中に所定の制御周期で繰り返しこの作動油補給処理を実行する。
概略的には、コントローラ30は、上部旋回体3が旋回減速中であるか否かを判定する。そして、旋回減速中であると判定した場合に補給ポンプ55を作動させ、旋回減速中でないと判定した場合に補給ポンプ55を停止させる。
具体的には、コントローラ30は、上部旋回体3が旋回中であるか否かを判定する(ステップST1)。この例では、コントローラ30は、旋回操作圧センサ29Aの出力に基づいて上部旋回体3が旋回中であるか否かを判定する。旋回操作圧センサ29A、旋回圧センサ24L、24R、及び、旋回速度センサの少なくとも1つの出力に基づいて上部旋回体3が旋回中であるか否かを判定してもよい。
上部旋回体3が旋回中であると判定した場合(ステップST1のYES)、コントローラ30は、旋回操作レバー26Aが中立位置にあるか否かを判定する(ステップST2)。この例では、コントローラ30は、旋回操作圧センサ29Aの出力に基づいて旋回操作レバー26Aが中立位置にあるか否かを判定する。
旋回操作レバー26Aが中立位置にあると判定した場合(ステップST2のYES)、コントローラ30は、補給ポンプ55を作動させる(ステップST3)。この例では、コントローラ30は、補給ポンプ55のモータ部55bに指令を出力してモータ部55bを回転させる。モータ部55bが回転するとポンプ部55aが回転し、作動油タンクT1内の作動油が旋回油圧回路TCに向けて送出される。旋回油圧回路TCに向けて送出された作動油は、旋回用油圧モータ21の吐出側ポートから吐出される作動油と合流し、旋回用油圧モータ21の吸入側ポートに入る。
一方、上部旋回体3が旋回中でないと判定した場合(ステップST1のNO)、コントローラ30は、補給ポンプ55を停止させる(ステップST4)。補給ポンプ55が停止している場合にはその停止状態を継続させる。作動油タンクT1内の作動油を旋回用油圧モータ21の吸入側ポートに補給する必要がないためである。
旋回操作レバー26Aが中立位置にないと判定した場合にも(ステップST2のNO)、コントローラ30は、補給ポンプ55を停止させる(ステップST4)。補給ポンプ55が停止している場合にはその停止状態を継続させる。旋回減速中でないため、油路44内の作動油の圧力を高める必要はない、すなわち、補給ポンプ55で作動油タンクT1内の作動油を旋回油圧回路TCに向かわせる必要はないと判断できるためである。
以上の構成により、コントローラ30は、補給ポンプ55により任意の適切なタイミングで作動油タンクT1内の作動油を旋回油圧回路TCに補給できる。そのため、旋回油圧回路TCにおけるキャビテーションの発生を防止できる。また、補給ポンプ55でキャビテーションの発生を防止できるため、上述の基本システムは、油路44を油路43及び油路45の何れにも接続する必要がなく、油路43及び油路45における作動油の圧力を高めておく必要もない。すなわち、油路43及び油路45で、キャビテーションの防止に必要な背圧を発生させる必要もない。従って、油路45を無背圧状態にすることができる。すなわち、キャビテーションの防止に必要な背圧を発生させるための油圧構成要素(例えばスプリング式逆止弁)を油路45に配置する必要がない。そのため、比較的小さい圧力損失で作動油をオイルクーラ51に到達させることができる。その結果、作動油を効率的に冷却でき、ひいてはショベルの燃費を改善できる。
次に、図7を参照し、作動油補給処理の別の一例について説明する。図7は、作動油補給処理の別の一例の流れを示すフローチャートである。コントローラ30は、例えば、ショベルの稼働中に所定の制御周期で繰り返しこの作動油補給処理を実行する。
最初に、コントローラ30は、上部旋回体3が旋回中であるか否かを判定する(ステップST11)。この例では、コントローラ30は、旋回操作圧センサ29Aの出力に基づいて上部旋回体3が旋回中であるか否かを判定する。
上部旋回体3が旋回中であると判定した場合(ステップST11のYES)、コントローラ30は、旋回操作レバー26Aの操作量が減少しているか否かを判定する(ステップST12)。この例では、コントローラ30は、所定時間にわたる旋回操作圧センサ29Aの出力の時間的推移に基づいて旋回操作レバー26Aの操作量が減少しているか否かを判定する。例えば、前回の作動油補給処理で検出した旋回操作レバー26Aの操作量が今回の操作量より所定値以上大きい場合に旋回操作レバー26Aの操作量が減少していると判定する。3つ以上の時点で検出された操作量に基づいて旋回操作レバー26Aの操作量が減少しているか否かを判定してもよい。
そして、旋回操作レバー26Aの操作量が減少していると判定した場合(ステップST12のYES)、コントローラ30は、補給ポンプ55を作動させる(ステップST13)。
一方、上部旋回体3が旋回中でないと判定した場合(ステップST11のNO)、コントローラ30は、補給ポンプ55を停止させる(ステップST14)。補給ポンプ55が停止している場合にはその停止状態を継続させる。作動油タンクT1内の作動油を旋回用油圧モータ21の吸入側ポートに補給する必要がないためである。
旋回操作レバー26Aの操作量が減少していないと判定した場合にも(ステップST12のNO)、コントローラ30は、補給ポンプ55を停止させる(ステップST14)。補給ポンプ55が停止している場合にはその停止状態を継続させる。旋回減速中でないため、油路44内の作動油の圧力を高める必要はない、すなわち、補給ポンプ55で作動油タンクT1内の作動油を旋回油圧回路TCに向かわせる必要はないと判断できるためである。
以上の構成により、図7の作動油補給処理を実行するコントローラ30は、図6の作動油補給処理を実行した場合の効果と同様の効果を実現できる。また、旋回操作レバー26Aが中立位置に戻る前に補給ポンプ55の回転を開始させることができるため、旋回油圧回路TCにおけるキャビテーションの発生をより確実に防止できる。
次に、図8を参照し、図1のショベルに搭載される基本システムの別の構成例について説明する。図8は、図1のショベルに搭載される基本システムの別の構成例を示す図であり、図2に対応する。
図8の構成は、主に、コントロールポンプ15と旋回油圧回路TCとを接続する補給油路(メークアップ油路)としての油路44Aを備える点で図2の構成と異なるがその他の点で共通する。そのため、共通部分の説明を省略し、相違部分を詳説する。
図8の例では、コントロールポンプ15は補給ポンプとしても機能する。コントロールポンプ15が吐出する作動油は、所定の補給条件が満たされた場合に、油路44Aを通って旋回油圧回路TCに至る。油路44Aには切換弁56が配置されている。
切換弁56は、コントロールポンプ15と旋回油圧回路TCとの間の連通・遮断を切り換える電磁切換弁であり、コントローラ30からの指令に応じて動作する。コントローラ30は、所定の補給条件が満たされた場合に、切換弁56に対して開指令を出力する。開指令を受けた切換弁56は、遮断状態から連通状態に切り換えられ、コントロールポンプ15と旋回油圧回路TCとの間を連通させる。切換弁56が連通状態になると、コントロールポンプ15は、作動油タンクT1内の作動油を、油路44Aを通じ、旋回用油圧モータ21の低圧側ポートに補給する。
コントローラ30は、例えば、図2の構成の場合と同様に、旋回減速操作が行われたときに、所定の補給条件が満たされたと判定する。具体的には、コントローラ30は、旋回操作レバー26Aが中立位置に戻された場合に、旋回減速操作が行われたと判定する。或いは、旋回操作レバー26Aの操作量が減少している場合に、旋回減速操作が行われたと判定してもよい。コントローラ30は、例えば、旋回操作圧センサ29Aの出力に基づき、旋回操作レバー26Aが中立位置にあるか否か、或いは、旋回操作レバー26Aの操作量が減少しているか否かを判定する。
以上の構成により、図8の構成は、補給ポンプ55を含む図2の構成による効果と同様の効果を実現できる。具体的には、コントロールポンプ15と切換弁56の組み合わせにより任意の適切なタイミングで作動油タンクT1内の作動油を旋回油圧回路TCに補給できる。
上述のように、本発明の実施例に係るショベルは、メインポンプ14L、14Rが吐出する作動油が流れる冷却油路としての油路45に配置されたオイルクーラ51と、旋回減速中に作動油タンクT1から補給油路としての油路44を通じて旋回用油圧モータ21の低圧側ポートに作動油を補給する補給ポンプ55とを有する。そのため、任意の適切なタイミングで作動油タンクT1内の作動油を旋回用油圧モータ21の低圧側ポートに補給できる。その結果、旋回用油圧モータ21を含む旋回油圧回路TCにおけるキャビテーションの発生を防止できる。また、補給ポンプ55でキャビテーションの発生を防止できるため、油路44を油路45に接続する必要がなく、油路45における作動油の圧力を高めておく必要もない。すなわち、油路45で、キャビテーションの防止に必要な背圧を発生させる必要もない。従って、油路45を無背圧状態にすることができる。すなわち、キャビテーションの防止に必要な背圧を発生させるための油圧構成要素(例えばスプリング式逆止弁)を油路45に配置する必要がない。そのため、比較的小さい圧力損失で作動油をオイルクーラ51に到達させることができる。その結果、作動油を効率的に冷却でき、ひいてはショベルの燃費を改善できる。また、高い作動油温に起因するシール部材の劣化を防止できる。シール部材は、例えば、油圧シリンダで使用されるピストンシールを含む。また、作動油の冷却効率の改善は、冷却ファン11Aの回転数の低減をもたらす。そのため、冷却ファン11Aによる騒音を低減させることができる。或いは、オイルクーラ51の容量を小さくすることによるコストダウンをもたらす。
また、上述の例では、補給油路としての油路44、44A内の作動油の圧力は、冷却油路としての油路45内の作動油の圧力とは無関係である。すなわち、油路44、44A内の作動油の圧力を高めるために、油路45内の作動油の圧力を高める必要はない。従って、旋回用油圧モータ21の動作状態にかかわらず、比較的小さい圧力損失で作動油をオイルクーラ51に到達させることができる。
また、上述の例は、オイルクーラ51をバイパスするクーラバイパス油路としての油路46と、油路46に設置されるチェック弁52とを有する。そして、チェック弁52は、上流側の圧力が所定値以上の場合に開くように構成されている。そのため、上述の基本システムは、コントロールバルブ17からオイルクーラ51に向かって流れる作動油の流量が増加してその圧力が所定値以上となった場合、油路46を通じて作動油の一部を作動油タンクT1に排出できる。その結果、オイルクーラ51を通過する作動油の圧力が過度に上昇してしまうのを防止できる。
また、上述の例では、補給ポンプ55又はコントロールポンプ15によって補給される作動油は、旋回用油圧モータ21の吐出側ポートから吐出される作動油と合流し、旋回用油圧モータ21の吸入側ポートに入る。そのため、僅かな量の作動油を補給するだけで旋回油圧回路TCにおけるキャビテーションの発生を確実に防止できる。
また、上述の例では、補給ポンプ55は、エンジン11から切り離されている。すなわち、コントローラ30は、エンジン11の回転数に依存しない回転数で補給ポンプ55を回転させることができる。そのため、任意のタイミングで作動油タンクT1内の作動油を旋回油圧回路TCに向けて送出できる。また、任意の流量で作動油を旋回油圧回路TCに補給できる。その結果、旋回油圧回路TCにおけるキャビテーションの発生をより確実に防止できるという効果が実現される。但し、固定容量型の油圧ポンプであるコントロールポンプ15が補給ポンプとして利用された場合であっても、切換弁56とコントロールポンプ15との協働により同様の効果が実現される。
以上、本発明の好ましい実施例が説明された。しかしながら、本発明は、上述した実施例に限定されることはない。上述した実施例は、本発明の範囲を逸脱することなしに、種々の変形、置換等が適用され得る。また、上述の実施例を参照して説明された特徴のそれぞれは、技術的に矛盾しない限り、適宜に組み合わされてもよい。