JPH1018968A - 油圧駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 作動油の温度が極めて低い状態であっても、
エンジンを作動させた時に、軽い負荷で、円滑に油圧ポ
ンプを駆動して、油圧回路内に作動油の循環を行わせ
て、油温を迅速に上昇させる。 【構成】 エンジン１により駆動される油圧ポンプ２
ａ，２ｂ，３のうち、補助ポンプ３の吐出流路２０に
は、バイパス流路２１が設けられており、このバイパス
流路２１は分岐バイパス流路２１ａ，２１ｂとなって、
それぞれメインポンプ２ａ，２ｂにおける吸い込み流路
２２ａ，２２ｂに接続され、バイパス流路２１の分岐前
の位置には、切換弁２３が設けられている。切換弁２３
は、暖機運転時には、バイパス流路２１をメインポンプ
２ａ，２ｂにおける吸い込み流路２２ａ，２２ｂに接続
する状態として、補助ポンプ３からの吐出油をメインポ
ンプ２ａ，２ｂに供給し、また通常の作動状態では、切
換弁２３を遮断状態にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば油圧ショベ
ル等のように、油圧駆動される機械における油圧駆動装
置に関するものであり、特に低温時におけるエンジン始
動時において、エンジンに過度な負荷が作用することな
く、迅速にエンジンを始動させるようにした油圧駆動装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】油圧駆動される機械の一例として油圧シ
ョベルがある。油圧ショベルは、周知のように、下部走
行体の上に上部旋回体を旋回可能に設置し、この上部旋
回体に運転室や、土砂の掘削等の作業を行うフロント作
業機構等が設けられる。このような構成を有する油圧シ
ョベルにおいては、下部走行体による車両の走行及び上
部旋回体の旋回は、それぞれ油圧モータで駆動され、ま
たフロント作業機構は複数の油圧シリンダにより駆動さ
れる。これら油圧モータや油圧ポンプからなる油圧アク
チュエータは、所定の圧力を持った作動油、即ち圧油に
より駆動するものであり、この圧油を各油圧アクチュエ
ータに供給するために、油圧ポンプが用いられる。そし
て、油圧ポンプを駆動するために、エンジンが油圧ショ
ベルの上部旋回体に搭載されている。

【０００３】油圧ショベルにおける油圧駆動装置の概略
構成を図２に示す。なお、この図においては、単純化す
るために、油圧アクチュエータは２個だけ示すが、実際
には、少なくとも左右の走行用油圧モータと、旋回用油
圧モータと、フロント作業機構を構成するブーム，アー
ム及びバケットをそれぞれ駆動するための油圧シリンダ
とを有する。そして、ブーム用油圧シリンダ及びアーム
用油圧シリンダはそれぞれ２本設けられる場合があり、
さらにフロントアタッチメントとして、ブレーカや破砕
機等を装着した時に、それらを駆動するための油圧アク
チュエータも設けられることもある。

【０００４】１はエンジン、２ａ，２ｂは可変容量型油
圧ポンプからなるメインポンプ、３は固定容量型油圧ポ
ンプからなる補助ポンプ、４ａ，４ｂは方向切換弁、５
ａ，５ｂは油圧アクチュエータとしての油圧シリンダ
（または油圧モータ）、６は作動油タンクである。ま
た、７，８はメインポンプ２ａ，２ｂを含む油圧回路に
設けた低圧リリーフ弁及び高圧リリーフ弁である。さら
に、９ａＲ，９ａＬ及び９ｂＲ，９ｂＬは操作レバー１
０ａ，１０ｂにより切り換わるパイロットバルブ、１１
は補助ポンプ３を含む油圧回路の最高圧力を設定するリ
リーフ弁である。

【０００５】ここで、エンジン１により駆動される油圧
ポンプとしてはメインポンプ２ａ，２ｂと補助ポンプ３
とであり、メインポンプ２ａ，２ｂは、例えば斜板式乃
至斜軸式の油圧ポンプで構成される。メインポンプ２
ａ，２ｂは油圧アクチュエータ５ａ，５ｂ（油圧アクチ
ュエータ５ａは油圧シリンダ、油圧アクチュエータ５ｂ
は油圧モータとして示す）に圧油を供給して、その駆動
を行うものである。油圧アクチュエータ５ａ，５ｂは、
例えばフロント作業機構等を駆動するためのものであ
り、これら油圧アクチュエータ５ａ，５ｂに作用する負
荷に応じて、メインポンプ２ａ，２ｂの吐出流量が変化
し、油圧アクチュエータ５ａ，５ｂに高負荷が作用した
時にも駆動できるようになっている。

【０００６】これに対して、補助ポンプ３は歯車ポンプ
等で構成され、吐出流量は一定である。補助ポンプ３
は、油圧作動機器に圧油を供給するものであるが、油圧
アクチュエータ５ａ，５ｂを直接駆動するのではなく、
方向切換弁４ａ，４ｂの油圧パイロット部４ａＰＲ，４
ａＰＬ及び４ｂＰＲ，４ｂＰＬに油圧パイロット信号を
供給するものである。ここで、方向切換弁４ａ，４ｂ
は、復帰ばねにより中立位置に保持されており、油圧パ
イロット部４ａＰＲまたは４ａＰＬ，４ｂＰＲまたは４
ｂＰＬに信号圧を供給することにより、その切り換えを
行うものである。従って、信号圧は復帰ばねに抗して弁
を切り換え可能にするためのものであり、一定の圧力を
供給すれば良い。

【０００７】メインポンプ２ａ，２ｂを含む油圧回路に
おいて、この油圧回路を構成する各機器を保護するため
に、この油圧回路内を流れる圧油の最高圧が規制され
る。このために、高圧リリーフ弁８が組み込まれる。ま
た、油圧アクチュエータとして、油圧モータを用いる場
合、即ち油圧ショベルにおいては、走行用油圧モータ及
び旋回用油圧モータが設けられるが、これら油圧モータ
が負荷によりポンプ作用するのを防止する等、回路に所
定のメイクアップ機能を発揮させる必要があり、このメ
イクアップ機能を発揮させるために、低圧リリーフ弁７
が作動油の戻り流路に設けられる。一方、補助ポンプ３
を含む油圧回路にあっては、油圧パイロット信号という
一定の圧力が出力されれば良いことから、リリーフ弁１
１は、この油圧回路の圧力を設定するために設けられる
ものである。

【０００８】以上の構成において、エンジン１を作動さ
せると、３つの油圧ポンプ２ａ，２ｂ及び３が駆動され
る。ここで、油圧ポンプ２ａ，２ｂはメインポンプであ
るから、油圧アクチュエータ５ａ，５ｂを作動させない
場合には、最小吐出流量状態となり、その吐出側は、方
向切換弁４ａ，４ｂのセンターバイパス流路１２ａ，１
２ｂを介して、作動油タンク６に還流される。ただし、
このセンターバイパス流路１２ａ，１２ｂには、メイク
アップ用の低圧リリーフ弁７が設けられているから、回
路内ではこの低圧リリーフ弁７を開くだけの圧力が生じ
る。一方、補助ポンプ３は、操作レバー１０ａ，１０ｂ
の操作の如何に拘らず、リリーフ弁１２で設定されてい
る一定の流量の圧油が吐出される。

【０００９】今、例えば操作レバー１０ａが操作される
と、いずれかのパイロットバルブ９ａＲ，９ａＬの一方
から方向切換弁４ａの油圧パイロット部４ａＰＲ，４ａ
ＰＬのいずれかに信号圧が供給されて、方向切換弁４ａ
が切り換わることになって、油圧ポンプ２ａからの圧油
の供給により油圧アクチュエータ５ａが作動する。そし
て、この油圧アクチュエータ５ａに作用する負荷に応じ
た吐出流量を得るように、ポンプレギュレータ（図示せ
ず）により油圧ポンプ２ａの吐出流量を変化させる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、油圧ショベ
ル等のように、屋外で作業する機械にあっては、寒冷地
の冬場等のように、周囲の温度が極めて低い状況下で
は、機械の停止中には作動油の温度も低下して、その粘
度が増大する。この状態でエンジン１を始動させるが、
この始動動作はスタータを所定時間回し続けることによ
り行なう。この時には、メインポンプ２ａ，２ｂは最小
吐出流量状態になっているものの、エンジン１において
は、このメインポンプ２ａ，２ｂでは、少なくとも低圧
リリーフ弁７のクラッキング圧以上の出力状態となり、
また補助ポンプ３では、リリーフ弁１１のクラッキング
圧以上の出力状態となる出力トルクが得られなければな
らない。

【００１１】低温時においては、作動油の粘度増大によ
る油圧ポンプ１１ａ，２ｂ，３の吸い込み抵抗や管路内
を流れる際における管路抵抗が増大しており、このよう
な状況下で、低圧リリーフ弁７及びリリーフ弁１１のク
ラッキング圧以上の圧力で作動油を油圧回路内に循環さ
せようとすると、エンジン１に作用する負荷が極めて高
くなる。しかも、低温下では、エンジンオイルの粘度増
大や、バッテリ能力の低下等によりエンジンの出力馬力
そのものが低下しているから、エンジンの円滑かつ迅速
な始動動作を行なえず、温度が極端に低い時には、例え
ば１分乃至それ以上の時間始動動作を継続しなければな
らない等の問題点がある。

【００１２】この問題点を解決するようにしたものは、
例えば特開平６−１１９３５９公報において提案されて
いる。この公知の油圧駆動装置にあっては、エンジンで
駆動される油圧ポンプの吐出口に作動油タンクに還流さ
せるバイパス流路を接続し、このバイパス流路に三方切
換弁を設けて、作動油タンク内の作動油の温度を検出し
て、この検出温度を切換制御器に取り込んで、作動油の
油温が設定値以下の場合には、バイパス流路を開いて、
油圧ポンプの吐出油を直接作動油タンクに還流させ、こ
の作動油の循環により油温を上昇させるようになし、油
温が設定値より高くなると、バイパス流路が閉じるよう
に構成したものである。このように構成すれば、始動時
におけるエンジンの負荷抵抗が抑制されるから、円滑な
エンジン始動を行うことができるようになる。

【００１３】ところで、以上の構成を図２に示した油圧
駆動装置に適用すると、各油圧ポンプ２ａ，２ｂ，３
は、その作動時における吐出圧力及び流量は、それぞれ
異なっているから、それらの吐出側に設けられるバイパ
ス流路を合流させることができず、また合流させたとし
ても、三方切換弁の下流側である。従って、少なくとも
三方切換弁は、これら３つの油圧ポンプ２ａ，２ｂ及び
３につきそれぞれ別個に設けなければならない。とりわ
け、油圧ポンプ２ａ，２ｂは油圧アクチュエータを直接
駆動するものであるから、その最高吐出圧力は極めて高
く、この最高吐出圧力に耐える構造となっていなければ
ならないから、三方切換弁は大型化することになるため
に、油圧回路の全体構成が著しく複雑かつ大型化してし
まう。

【００１４】このようなバイパス流路と、三方切換弁を
設けなければ、エンジンが始動に支障を来すという状況
は極めて特殊な条件下であり、このような極めて稀な状
況のために、大型の三方切換弁を３個も設け、しかもそ
れらの切り換え制御を行うために、切換制御器を設ける
ということは、コストの点からも極めて不利であり、必
ずしも実用的とは言えない。ただし、このような大掛か
りな構成を用いるのではなく、簡単な機構で、エンジン
起動時における負荷トルクの低減を図り、エンジンの円
滑な始動及び迅速な暖機運転を図れるようにする要請は
極めて高い。

【００１５】従って、本発明の目的は、簡易な構成によ
って、作動油の温度が極めて低い状態であっても、エン
ジンを始動させる時に、軽い負荷で、円滑に油圧ポンプ
を駆動して、迅速にエンジンの始動動作を可能にするこ
とにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ために、本発明は、エンジンで駆動される複数の油圧ポ
ンプのうち、いずれかの油圧ポンプの吐出側を他の油圧
ポンプの吸い込み側にバイパス流路で接続し、このバイ
パス流路に両油圧ポンプとの間を接続・遮断する切換手
段を設ける構成としたことをその特徴とするものであ
る。

【００１７】油圧駆動される機械として、例えば油圧シ
ョベルの場合にあっては、１または複数の可変容量型の
油圧ポンプと、固定容量型の油圧ポンプとを備えてい
る。可変容量型油圧ポンプは、負荷に応じて吐出流量を
変化させる必要のある油圧アクチュエータを駆動するた
めのメインポンプとして機能する。また、油圧アクチュ
エータの駆動制御を行うために、方向切換弁が設けられ
るが、この方向切換弁の切り換えを油圧信号で行うため
のパイロット圧の供給源として、固定容量型の油圧ポン
プが用いられる。油圧アクチュエータであれ、また方向
切換弁の油圧パイロット部であれ、いずれも油圧作動機
器であるが、吐出流量及び最大圧力は著しく異なってい
る。

【００１８】エンジン始動動作を行う時、油圧ポンプを
駆動する場合において、メインポンプを最小流量状態と
しても、流量及び負荷は補助ポンプより大きいのが一般
的である。従って、補助ポンプの吐出側をメインポンプ
の吸い込み側に接続するのが好ましい。メインポンプが
１個の場合には、その吸い込み側に、また２個乃至それ
以上設けられている場合には、各メインポンプに補助ポ
ンプの吐出側を接続しても良く、またいずれか１個のメ
インポンプに接続するようにしても良い。

【００１９】一方の油圧ポンプの吐出側と他の油圧ポン
プの吸い込み側との間の流路に設けた切換手段は、切換
弁で構成することができ、この切換弁の切り換えは、電
磁式で行うこともできるが、構成の簡略化からは、操作
レバーで切り換えるようにするのが好ましい。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、図１に基づいて本発明の実
施の一形態について詳細に説明する。図１において、前
述した従来技術を示す図２と同一または均等な部材につ
いては、それと同一の符号を付して、その説明は省略す
る。

【００２１】図１から明らかなように、補助ポンプ３の
吐出流路２０には、バイパス流路２１が設けられてお
り、このバイパス流路２１は、途中で分岐して、分岐バ
イパス流路２１ａ，２１ｂとなり、これら各分岐バイパ
ス流路２１ａ，２１ｂは、それぞれメインポンプ２ａ，
２ｂにおける吸い込み流路２２ａ，２２ｂに接続されて
いる。また、このバイパス流路２１の分岐前の位置に
は、切換弁２３が設けられている。この切換弁２３は、
バイパス流路２１をメインポンプ２ａ，２ｂにおける吸
い込み流路２２ａ，２２ｂに接続する状態と、遮断する
状態との間で切り換えるためのものである。そして、こ
の切換弁２３の切り換えは、操作レバー２４により手動
操作で行えるようになっている。

【００２２】以上のように構成することによって、エン
ジン始動を行う際には、操作レバー２４を操作して、切
換弁２３を吐出流路２０が吸い込み流路２２ａ，２２ｂ
と接続する状態に切り換える。この状態で、エンジン１
を作動させて、メインポンプ２ａ，２ｂと補助ポンプ３
とを同時に作動させる。

【００２３】ところで、メインポンプ２ａ，２ｂでは、
低圧リリーフ弁７のクラッキング圧まで吐出圧力を上昇
させ、補助ポンプ３では、リリーフ弁１１のクラッキン
グ圧まで吐出圧力を上昇させなければ、作動油を循環さ
せることができない。作動油の粘度が高いと、油圧ポン
プ２ａ，２ｂ，３における負荷が極めて高くなる。しか
も、周囲温度が極端に低いと、作動油のみならず、エン
ジンオイルの粘度増大や、バッテリ能力の低下等により
エンジン１の出力馬力そのものが十分得られない、とい
うように、エンジン１そのものの作動条件が極めて悪い
状態となる。

【００２４】しかしながら、補助ポンプ３の吐出流路２
０は、バイパス流路２１を介してメインポンプ２ａ，２
ｂの吸い込み流路２２ａ，２２ｂに接続されているか
ら、補助ポンプ３の吐出流路２０ではリリーフ弁１１の
クラッキング圧を立たせる必要はないだけでなく、むし
ろメインポンプ２ａ，２ｂに吸い込まれるから、実質的
に負荷が全くない状態となる。これによって、エンジン
始動時におけるエンジン１の負荷の軽減が図られる。ま
た、補助ポンプ３から吐出され、バイパス流路２１に流
れる作動油は、吸い込み流路２２ａ，２２ｂに至るまで
の間に、所定の仕事を行っているから、ある程度温度が
上昇する。従って、このバイパス流路２１から供給さ
れ、温度が上昇した作動油がメインポンプ２ａ，２ｂに
吸い込まれるから、これらメインポンプ２ａ，２ｂでの
吸い込み時の抵抗が低下し、メインポンプ２ａ，２ｂの
負荷そのものもある程度は低下する。

【００２５】以上の結果、全体として、エンジン始動時
におけるエンジン１の負荷が著しく低減して、円滑かつ
確実に油圧ポンプ２ａ，２ｂ，３を駆動させて、油圧回
路内に作動油を循環させることができ、迅速にエンジン
を始動させることができる。ここで、エンジン始動時に
は、方向切換弁４ａ，４ｂは中立位置にあり、メインポ
ンプ２ａ，２ｂは最小吐出流量状態になる。そして、こ
の時の吐出流量が、少なくとも補助ポンプ３の吐出流量
より多ければ、この補助ポンプ３から吐出され、ある程
度温度が上昇した作動油は、その全量がメインポンプ２
ａ，２ｂに吸い込まれるから、補助ポンプ３により温度
上昇した作動油は効率的に利用されることになる。この
結果、作動油はさらに円滑に油圧回路内を流れて、油温
の上昇をより一層迅速に行え、エンジンに対する負荷を
より低減することが出来る。なお、油圧駆動装置におい
て、メインポンプと、補助ポンプがそれぞれ１個しか設
けられていない場合もあり、この場合には、バイパス流
路は当然補助ポンプの吐出側と、メインポンプの吸い込
み側との間に設けられる。また、２個設けられるメイン
ポンプの最小吐出流量が補助ポンプの吐出流量より極め
て大きい場合等には、流路の簡略化等の観点から１つの
メインポンプにバイパス流路を接続するように構成する
のが好ましい。

【００２６】エンジン始動後暖機運転が終了すると、操
作レバー２４を操作して、切換弁２３を、バイパス流路
２１をメインポンプ２ａ，２ｂの吸い込み流路２２ａ，
２２ｂとは遮断する状態に切り換える。これによって、
油圧ポンプ３と油圧ポンプ２ａ，２ｂとの接続が遮断さ
れて、通常の油圧駆動が可能な状態になる。ここで、切
換弁２３が設けられるバイパス流路２１は、メインポン
プ２ａ，２ｂに対しては、吸い込み側に接続されている
から、たとえこれらメインポンプ２ａ，２ｂが最高圧力
状態で作動している場合でも、この切換弁２３には何等
の圧力も作用しない。一方、切換弁２３は補助ポンプ３
の吐出側と接続されているが、この補助ポンプ３はリリ
ーフ弁１１により最高圧力が規制されており、しかも油
圧パイロット信号を出力するだけの圧力が得られれば良
いことから、最高圧力自体もメインポンプ２ａ，２ｂの
最高圧力と比較して著しく低いものである。従って、切
換弁２３には高い圧力が作用しないので、小型でコンパ
クトな構造の弁を用いることができる。

【００２７】暖機運転により作動油の温度を上昇させる
が、ある程度まで油温が上昇すると、エンジン１の本来
の能力が発揮されるようになる。切換弁２３を切り換え
てバイパス流路２１を閉じたとしても、エンジン１の作
動に格別の支障を来すことはない。従って、例えば作動
油タンク６内の油温を検知して、所定の設定温度にまで
油温が上昇した時に、切換弁２３を切り換えるという厳
格な制御を行う必要はなく、オペレータの感触で操作レ
バー２４により切換制御すれば良い。これによって、バ
イパス流路２１の開閉制御を行う機構が極めて簡略化さ
れる。しかも、自動制御を行う場合には、油温が設定温
度近傍にまで上昇した時に、油温の検知手段からの信号
で切換弁２３が頻繁に開閉を繰り返すという不安定なハ
ンチング現象が起きるおそれもある。このために、操作
レバー２４の操作による手動操作で切換弁２３の切り換
え制御を行うようにする方が、切換弁２３を保護する等
の観点から好ましい。ただし、ハンチング現象を抑制で
きる場合には、油温を検出してこの切換弁２３の切り換
え制御を行うようにすることも可能である。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、エンジ
ンで駆動される複数の油圧ポンプのうち、いずれかの油
圧ポンプの吐出側を他の油圧ポンプの吸い込み側にバイ
パス流路で接続し、このバイパス流路に両油圧ポンプ間
を切換手段で接続・遮断できる構成としたので、作動油
の温度が極端に低い時でも、エンジンの負荷を低減させ
て、迅速にエンジンの始動動作を行なえる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態を示す油圧駆動装置の回
路構成図である。

【図２】従来技術による油圧駆動装置の回路構成図であ
る。

【符号の説明】

１ エンジン ２ａ，２ｂ メインポンプ ３ 補助ポンプ ４ａ，４ｂ 方向切換弁 ５ａ，５ｂ 油圧アクチュエータ ９ａＲ，９ａＬ，９ｂＲ，９ｂＬ パイロットバルブ ２０ 吐出流路 ２１ バイパス流路 ２１ａ，２１ｂ 分岐バイパス流路 ２２ａ，２２ｂ 吸い込み流路 ２３ 切換弁 ２４ 操作レバー

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジンで駆動される複数の油圧ポンプ
   を有し、これら油圧ポンプからの圧油を油圧作動機器に
   供給するように構成したものにおいて、前記複数の油圧
   ポンプのうち、いずれかの油圧ポンプの吐出側を他の油
   圧ポンプの吸い込み側にバイパス流路で接続し、このバ
   イパス流路に両油圧ポンプ間を接続・遮断する切換手段
   を設ける構成としたことを特徴とする油圧駆動装置。
2. 【請求項２】 前記吐出側が他の油圧ポンプの吸い込み
   側に接続される油圧ポンプは、固定容量型の補助ポンプ
   であり、また前記他の油圧ポンプは油圧アクチュエータ
   を作動させる可変容量型のメインポンプであることを特
   徴とする請求項１記載の油圧駆動装置。
3. 【請求項３】 前記切換手段は、操作レバーにより切り
   換え可能な切換弁であることを特徴とする請求項１記載
   の油圧駆動装置。