JP5005249B2 - 車両搭載用クレーンの圧油供給量制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、トラック等の車両に搭載される車両搭載用クレーンの圧油供給量制御装置に係り、特に、その車両のエンジンにより駆動される油圧ポンプを油圧源として作動する構造の車両搭載用クレーンに好適な圧油供給量制御装置に関する。

この種の車両搭載用クレーンの圧油供給量制御装置としては、例えば特許文献１に記載の技術が知られている。
特許文献１に記載の技術では、圧油供給量制御装置は、例えば図４に示すように、エンジン６によって同時に駆動される主油圧ポンプ７および副油圧ポンプ８を備えている。そして、副油圧ポンプ８から吐出される圧油の流量を制御する流量制御弁５を装備しており、主油圧ポンプ７から吐出された圧油に、副油圧ポンプ８から吐出され流量制御弁５で任意の流量に調整された圧油を合流させて、コントロールバルブ３へ供給するように構成されている。

この圧油供給量制御装置では、アクセルシリンダ４とエンジン６の燃料噴射量を制御するガバナ２０とを備え、このアクセルシリンダ４とガバナ２０とは、第一のリンク２１で相互に連結されており、また、アクセルシリンダ４と副油圧ポンプ８の流量制御弁５とは、第一のリンク２１と同時に作動する第二のリンク２２で相互に連結されている。そのため、アクセルシリンダ４と流量制御弁５とは一定の動作関係にあり、この一定の動作関係によって圧油供給量の制御を確実に行えるようになっている。

そして、コントローラ１２０による操作入力に応じて、エンジン６の回転数を制御するアクセルシリンダ４の制御がなされ、同時に、アクセルシリンダ４に連結した副油圧ポンプ８の流量制御弁５を第二のリンク２２を介して作動させ、これにより、主油圧ポンプ７から吐出される圧油に、副油圧ポンプ８から吐出されて流量制御弁５で所定の流量に調整された圧油を合流させて、クレーンのコントロールバルブ３に供給するようになっている。
特公平６−６４７６号公報

ところで、主油圧ポンプ７の容積は、エンジン回転数が低く回転トルクが小さいアイドリングの状態であってもエンストすることがないように、定格圧力の圧油を吐出することが可能な容積に設定されている。また、副油圧ポンプ８の容積は、エンジン回転数が上昇し回転トルクが大きくなった後、主油圧ポンプ７と同時に駆動し、定格圧力の圧油を吐出することが可能な容積に設定されている。

このシステムの目的とするところは、エンジン回転数が低く回転トルクが小さい場合は、エンジン６のトルク負荷を抑えるために、副油圧ポンプ８からの圧油については流量制御弁５によってタンク９に戻して、主油圧ポンプ７からの圧油のみをコントロールバルブ３側へ供給するためであり、また、エンジン回転数が上昇し回転トルクが大きくなった場合は、副油圧ポンプ８からの圧油の流量を制御するための流量制御弁５を開き、主油圧ポンプ７からの圧油に副油圧ポンプ８からの圧油を合流させ、圧油の供給量を必要量だけ増やし、エンジン回転数をできるだけ低く抑えることで、省エネおよび低騒音化を図ることにある。

ここで、この種の圧油供給量制御装置で更なる省エネおよび低騒音化をするためには、エンジン回転数がより低い段階で、副油圧ポンプ８からの圧油を合流させるようにすれば良い。しかし、主油圧ポンプ７と副油圧ポンプ８とを同時に駆動し、定格圧力の圧油を吐出することが可能な回転トルクを発生するエンジン回転数は、クレーンを搭載する車両の車種又は車両メーカーにより異なる。そのため、各車両に応じたエンジン回転数で、副油圧ポンプ８からの圧油を合流させるようにしなければならない。

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、アクセルシリンダ４とガバナ２０とは、第一のリンク２１で相互に連結されており、同時に、アクセルシリンダ４と流量制御弁５とは、第二のリンク２２で相互に連結されているので、エンジン回転数と流量制御弁５の制御流量との関係を変更することができない。そのため、エンジンの特性等が異なる車両においても、エンジンの回転トルクが不足することがないよう、エンジン回転数を少し高くなるまで上昇させて必要な回転トルクを確保した後、副油圧ポンプ８からの圧油を合流させるように設定されている。

すなわち、特許文献１に記載の技術によれば、例えば、より低いエンジン回転数で主油圧ポンプ７と副油圧ポンプ８を同時に駆動し得て、定格圧力の圧油を吐出することができる回転トルクを発生可能な車両においては、必要以上にエンジン回転数を上昇させてしまうことになる。したがって、更なる省エネおよび低騒音化をする上では、未だ改善の余地が残されている。
そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、更なる省エネ、低騒音化をし得る車両搭載用クレーンの圧油供給量制御装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明は、車両に搭載されるクレーンに供給する圧油の供給量を制御するために用いられ、前記車両のエンジンによって同時に駆動される主油圧ポンプ及び副油圧ポンプと、その副油圧ポンプから吐出される圧油の流量を所定の流量に調整する流量制御弁と、前記クレーンへの操作入力に応じて、前記エンジンの回転数、および前記流量制御弁をそれぞれ個別に制御するコントローラとを備え、前記主油圧ポンプから吐出される圧油に、前記流量制御弁で調整された圧油を合流させて前記クレーンを駆動するためのコントロールバルブに供給する圧油供給量制御装置であって、前記コントローラは、前記クレーンへの操作入力と前記エンジンの回転数および前記流量制御弁による圧油の所定の流量との関係が、異なる車両それぞれのエンジン特性に合わせて複数設定され、さらに、前記設定された複数の関係のうちの所望の関係が選択可能になっており、前記クレーンへの操作入力および前記選択された所望の関係に基づいて、前記エンジンの回転数、および前記流量制御弁による圧油の所定の流量を個別に制御することを特徴としている。

本発明によれば、車両のエンジンの回転数、および流量制御弁による圧油の所定の流量をそれぞれ個別に制御可能としており、さらに、その個別に制御するための関係を異なる車両それぞれのエンジン特性に合わせて複数設定し、それら複数の関係のうちの所望の関係が選択可能になっているので、クレーンを搭載する車両のエンジン特性に応じて、より最適なエンジン回転数および流量制御弁の制御が可能となる。そのため、例えばより低いエンジン回転数で、主油圧ポンプと副油圧ポンプとを同時に駆動させて、定格圧力の圧油を吐出可能な回転トルクを発生できる車両に適用した場合には、今まで以上に省エネ、低騒音化を図ることができる。

以下、本発明に係る車両搭載用クレーンの圧油供給量制御装置の一実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。なお、上記従来例と同様の構成については、同一の符号を付して説明する。
図１は、本発明に係る車両搭載用クレーンの圧油供給量制御装置を含む油圧回路を説明する図である。
同図に示すように、この車両搭載用クレーンの圧油供給量制御装置（以下、単に「制御装置」ともいう）は、作業者が所望の操作入力を入力するための操作入力装置１を有しており、この操作入力装置１は、作業者の操作に応じた操作信号を、信号線５０を介してコントローラ２に出力可能になっている（なお、コントローラ２については後に詳述する）。

そして、この制御装置は、エンジン６によって同時に駆動される主油圧ポンプ７および副油圧ポンプ８を備えている。主油圧ポンプ７は、その吐出側が油圧回路の主回路２４を介してコントロールバルブ３に直接接続されている。
また、副油圧ポンプ８は、その吐出側が流量制御弁５を介して主回路２４に接続されており、主油圧ポンプ７から吐出される圧油に、流量制御弁５で調整された副油圧ポンプ８の圧油を合流させて、コントロールバルブ３へ供給するように構成されている。この流量制御弁５は、信号線５２を介してコントローラ２に接続されており、コントローラ２からの制御信号に基づいて、副油圧ポンプ８から吐出される圧油の流量を所定の流量に調整可能になっている。

そして、コントロールバルブ３内には、クレーンの各アクチュエータ３０〜３３をそれぞれ駆動するための切換弁４０がアクチュエータ３０〜３３毎に設けられている。そして、各切換弁４０は、信号線５３を介してコントローラ２に接続されており、上記操作信号に応じたコントローラ２からの制御信号に基づいて油路の切換動作が実行されるようになっている。

さらに、この制御装置は、アクセルシリンダ４およびガバナ２０を備えており、アクセルシリンダ４とガバナ２０とは、第一のリンク２１で互いに連結されている。そして、このアクセルシリンダ４についても、信号線５１を介してコントローラ２に接続されており、コントローラ２からの制御信号に基づいて駆動されるようになっており、さらに、アクセルシリンダ４の動作に応じて、ガバナ２０によってエンジン６への燃料噴射量を調整することでエンジン回転数を所望の回転数に制御可能になっている。つまり、本実施形態では、上記例示したような第二のリンク２２を有しない構造であり、エンジン６の回転数、および流量制御弁５による圧油の所定の流量は、それぞれ個別に制御可能に構成されている。

ここで、上記コントローラ２は、（以下、いずれも図示しない）所定の制御プログラムに基づいて、圧油の供給量を制御するための圧油供給量制御処理に係る演算およびこの制御装置のシステム全体を制御するＣＰＵと、所定領域にあらかじめＣＰＵの制御プログラム等を格納しているＲＯＭと、ＲＯＭ等から読み出したデータやＣＰＵの演算過程で必要な演算結果を格納するためのＲＡＭと、上述した操作入力装置１、コントロールバルブ３、アクセルシリンダ４、および流量制御弁５等を含めた外部装置に対してデータの入出力を媒介するＩ／Ｆ（インターフェイス）を備えている。

そして、コントローラ２のＩ／Ｆは、上記各外部装置に対して、データを転送するためのバス等の信号線（図１に破線で示す符号５０〜５３）によって相互に操作信号ないし制御信号等のデータを授受可能に接続されており、これにより、上記操作入力装置１から入力された操作信号に応じた制御信号を、コントロールバルブ３、アクセルシリンダ４、および流量制御弁５にそれぞれに出力可能になっている。

ここで、上記コントローラ２のＲＯＭには、複数の制御関数がテーブルデータとして格納されている。一方、上記操作入力装置１には、これら複数の制御関数を選択するための選択用スイッチ（不図示）を有して構成されている。そして、これら複数の制御関数は、上記操作入力装置１からの選択用スイッチの操作による操作信号に対して個別に選択可能に設定されており、選択された所望の制御関数が、コントローラ２で実行される所定の圧油供給量制御処理において参照されるようになっている。つまり、選択された所望の制御関数に対応する圧油供給量制御処理よって、操作入力装置１の操作信号に対して、アクセルシリンダ４および流量制御弁５に出力されるコントローラ２からの制御信号が個別に設定されるようになっている。

詳しくは、コントローラ２のＲＯＭ所定領域には、上記複数の制御関数として、第一の制御関数および第二の制御関数の二つの制御関数が、圧油供給量制御処理の演算過程で必要な演算結果を導出可能な形式で適宜参照可能に格納されている。これら複数の制御関数は、上述のように、作業者による操作入力装置１での選択用スイッチによる操作に応じて選択可能になっており、これら複数の制御関数は、車両のエンジン特性に合わせて適宜選択される。

そして、各制御関数は、主油圧ポンプ７と副油圧ポンプ８との合計吐出流量が、クレーンへの操作入力に応じた操作信号に対して比例的に変化するように設定されており、第一の制御関数と第二の制御関数とでは、アクセルシリンダ４と流量制御弁５の制御バランスを異ならせている。以下、この第一の制御関数および第二の制御関数についてより詳しく説明する。

図２は、制御装置１に適用される第一の制御関数（圧油供給量制御処理に用いられる第一の制御マップ）を説明する図である。
同図に示すグラフは、最下段が、上記テーブルデータとして参照可能な第一の制御関数（制御マップ）を表しており、その上段に、エンジン回転数、定格圧力時の合計ポンプ駆動トルク、主・副油圧ポンプによる合計流量を順に示している。なお、同図に示すグラフの数値は、主油圧ポンプ７と副油圧ポンプ８の容積を、共に３０ｃｍ^３／ｒｅｖとし、エンジンのアイドリング回転数を４００ｒｐｍ、定格回転数を１０００ｒｐｍ、エンジンとポンプの減速比を１（エンジン回転数＝ポンプ回転数）、定格圧力２０ＭＰａと仮定した場合のものである。
ここで、油圧ポンプの駆動トルクＴは、以下の（式１）で算出される。また、吐出流量Ｑは、以下の（式２）で算出される。
Ｔ＝Ｐ＊ｑ／２π （式１）
Ｑ＝ｑ＊Ｎ （式２）
但し、Ｐ：吐出圧力
ｑ：ポンプ容積
Ｎ：ポンプ回転数

同図に示すように、この第一の制御関数の場合、上記圧油供給量制御処理において、操作信号入力の割合が２５％のときは、アクセルシリンダストロークは６０％になり、流量制御弁５が開口を開始するよう設定されている。また、操作信号入力の割合が２５％未満のときは、コントロールバルブ３には、主油圧ポンプ７からの圧油のみが供給される。さらに、操作信号入力の割合が２５％を超えるときは、流量制御弁５が開口を始め、副油圧ポンプ８からの圧油が合流するようになる。そして、副油圧ポンプ８からの圧油が合流するようになると、副油圧ポンプ８にも負荷が発生するようになり、ポンプの駆動トルクが増加し、エンジン６ヘのトルク負荷が増大するようになっている。

ここで、操作信号入力の割合が２５％のときのエンジン回転数を、先に仮定した条件で計算すると、アイドリング回転数４００ｒｐｍと定格回転数１０００ｒｐｍの間の６０％の回転数となるため、エンジン回転数は７６０ｒｐｍとなる。すなわち、この第一の制御関数による圧油供給量制御処理の場合、エンジン回転数が７６０ｒｐｍ以上になると、副油圧ポンプ８からの圧油の合流が始まり、エンジン６ヘのトルク負荷が増大することになる。また、そのときのポンプ駆動トルクは、主油圧ポンプ７と副油圧ポンプ８とを駆動するトルクとなる。そのトルクは、吐出圧力により変わってくるが、最大で定格圧力２０ＭＰａの時のトルクとなる。すなわち、仮定した条件（定格圧力Ｐ＝２０ＭＰａ、ポンプ容積ｑ＝３０ｃｍ^３／ｒｅｖ＋３０ｃｍ^３／ｒｅｖ＝６０ｃｍ^３／ｒｅｖ）で計算すると１９１Ｎ・ｍとなる。そのため、この第一の制御関数を適用する場合には、１９１Ｎ・ｍの回転トルクがエンジン回転数７６０ｒｐｍ以下で発生するエンジンである必要がある。

しかし、エンジンの出力が大きく、より低いエンジン回転数で、１９１Ｎ・ｍの回転トルクを発生させることができる車両の場合、この第一の制御関数では、必要以上にエンジン回転数を上昇させてしまうことになる。
そこで、この制御装置では、より低いエンジン回転数で副油圧ポンプ８の合流が始まるようにした第二の制御関数をさらに備え、車両のエンジン特性に合わせて選択可能になっている。

第二の制御関数（制御マップ）を図３に示す。なお、この第二の制御関数において、ポンプ容積、エンジン回転数等の仮定条件については、上記図２に示した第一の制御関数と同様である。
同図に示すように、この第二の制御関数に基づく圧油供給量制御処理の場合、操作信号入力の割合が１０％のとき、アクセルシリンダストロークは２５％になり、流量制御弁５が開口を開始するように設定されている。そして、この第二の制御関数において、上記第一の制御関数と同様にエンジン回転数を計算すると、操作信号入力の割合が１０％のときのエンジン回転数は５５０ｒｐｍとなり、エンジン回転数が５５０ｒｐｍ以上になると、副油圧ポンプ８からの圧油の合流が始まる。よって、この第二の制御関数を適用するには、１９１Ｎ・ｍの回転トルクがエンジン回転数５５０ｒｐｍ以下で発生するエンジンである必要がある。

ここで、図２および図３のグラフを比較すると、ポンプ容積、エンジンの定格回転数は第一および第二の制御関数ともに同じであるため、操作信号入力に対して、供給される合計流量は同じである。しかし、図３に示す第二の制御関数では、副油圧ポンプ８からの圧油の合流が早い時期に始まるため、操作信号の中間領域において、図２に示す第一の制御関数よりもエンジン回転数を低く抑えることができる。つまり、例えばエンジン回転数５００ｒｐｍで１９１Ｎ・ｍの回転トルクを発生するエンジンであれば、第二の制御関数に基づく圧油供給量制御処理を適用した方が、より低いエンジン回転数でクレーン作業を行える。

ここで、上記の「クレーンへの操作入力とエンジンの回転数および流量制御弁による圧油の所定の流量との関係」には、上記第一および第二の制御関数がそれぞれ対応しており、また、上記の「前記設定された複数の関係のうちの所望の関係」には、上記複数の制御関数のうちの、車両のエンジン特性に合わせて適宜選択された制御関数が対応する。
次に、この車両搭載用クレーンの圧油供給量制御装置の作用・効果について説明する。

上述のように、この制御装置では、コントローラ２は、異なる複数の制御関数（第一および第二の制御関数）をテーブルデータとして設定しており、そのコントローラ２で実行される圧油供給量制御処理では、これら複数の制御関数のうちの所望の制御関数が操作入力装置１から選択可能になっているので、クレーンを搭載する車両のエンジン特性に合わせて、適宜の制御関数を選択して、より最適なエンジン回転数と副油圧ポンプ８からの圧油を流量制御するための流量制御弁５の制御が可能となる。そのため、例えばより低いエンジン回転数で、主油圧ポンプ７と副油圧ポンプ８を同時に駆動させて、定格圧力の圧油を吐出することができる回転トルクが発生する車両に適用した場合には、今まで以上に省エネ、低騒音化を図ることができる。

なお、本発明に係る車両搭載用クレーンは、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能なことは勿論である。
例えば上記実施形態では、複数の制御関数のうちの所望の制御関数が操作入力装置１から選択可能になっている例で説明したが、これに限定されず、例えば、コントローラ２の基板上にディップスイッチを設け、このディップスイッチの設定によって、対応するエンジン特性に最適な制御関数を上記所望の制御関数として出荷時に設定するように構成してもよい。
また、例えば、上記実施形態では、コントローラ２で実行される圧油供給量制御処理において選択可能な異なる複数の制御関数が、二種類の例で説明したが、これに限定されず、例えば３種類以上から選択可能な構成としてもよい。

本発明に係る車両搭載用クレーンの制御装置を説明する図である。 本発明に係る車両搭載用クレーンの制御装置に適用される第一の制御関数（圧油供給量制御処理に用いられる第一の制御マップ）を説明する図である。 本発明に係る車両搭載用クレーンの制御装置に適用される第二の制御関数（圧油供給量制御処理に用いられる第二の制御マップ）を説明する図である。 従来の車両搭載用クレーンの制御装置を説明する図である。

符号の説明

１ 操作入力装置
２ コントローラ
３ コントロールバルブ
４ アクセルシリンダ
５ 流量制御弁
６ エンジン
７ 主油圧ポンプ
８ 副油圧ポンプ
９ タンク
２０ ガバナ
２１ 第一のリンク
２４ 主回路
２６ リリーフ弁
３０、３１、３２、３３ アクチュエータ
４０ 切換弁
５０、５１、５２、５３ 信号線

Claims (1)

1. 車両に搭載されるクレーンに供給する圧油の供給量を制御するために用いられ、前記車両のエンジンによって同時に駆動される主油圧ポンプ及び副油圧ポンプと、その副油圧ポンプから吐出される圧油の流量を所定の流量に調整する流量制御弁と、前記クレーンへの操作入力に応じて、前記エンジンの回転数、および前記流量制御弁をそれぞれ個別に制御するコントローラとを備え、前記主油圧ポンプから吐出される圧油に、前記流量制御弁で調整された圧油を合流させて前記クレーンを駆動するためのコントロールバルブに供給する圧油供給量制御装置であって、
   前記コントローラは、前記クレーンへの操作入力と前記エンジンの回転数および前記流量制御弁による圧油の所定の流量との関係が、異なる車両それぞれのエンジン特性に合わせて複数設定され、さらに、前記設定された複数の関係のうちの所望の関係が選択可能になっており、前記クレーンへの操作入力および前記選択された所望の関係に基づいて、前記エンジンの回転数、および前記流量制御弁による圧油の所定の流量を個別に制御することを特徴とする車両搭載用クレーンの圧油供給量制御装置。

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