JP2007024103A

JP2007024103A - 油圧駆動装置

Info

Publication number: JP2007024103A
Application number: JP2005204328A
Authority: JP
Inventors: Yasutaka Tsuriga; 靖貴釣賀; Junya Kawamoto; 純也川本; Kiwamu Takahashi; 究高橋; Kenji Ito; 健二伊藤
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2005-07-13
Filing date: 2005-07-13
Publication date: 2007-02-01
Also published as: US20090031719A1; WO2007007460A1; KR20080031849A; CN101040122A

Abstract

【課題】量産性と多機種同時生産性を向上させ得る圧駆動装置を提供する。
【解決手段】エンジン１、ポンプユニット１００、複数のアクチュエータ５ａ，５ｂ，５ｃ、コントロールバルブユニット４、エンジン回転数検出手段４ｆを備え、ポンプユニット１００はロードセンシング制御のポンプ傾転制御機構８を有し、コントロールバルブユニット４は複数の流量制御弁１５ａ，１５ｂ，１５ｃと圧力補償弁１０ａ，１０ｂ，１０ｃを有し、エンジン回転数検出手段４ｆはエンジン回転数に依存する圧力を絶対圧として出力する第１差圧減圧弁１４を有し、エンジン回転数検出手段４ｆをコントロールバルブユニット４に含ませ、第１差圧減圧弁１４の出力圧を配管１２７を介してポンプユニット１００のポンプ傾転機構８に目標ロードセンシング差圧として導く。
【選択図】図１

Description

本発明は、油圧ショベル等の建設機械に用いられる油圧駆動装置に係わり、特に、油圧ポンプの吐出圧が複数のアクチュエータの最高負荷圧より目標差圧だけ高くなるようロードセンシング制御し、かつロードセンシング制御の目標差圧をエンジン回転数に依存する可変値として設定する油圧駆動装置に関する。

この種の油圧駆動装置として、特開平５−９９１２６号公報（特許文献１）、特開平１０−１９６６０４号公報（特許文献２）等に記載のものがある。これら従来技術において、各アクチュエータヘの供給流量はロードセンシング制御される油圧ポンプとコントロールバルブ（流量制御弁）によって制御される。流量制御弁の前後差圧は圧力補償弁により油圧ポンプの吐出圧と複数のアクチュエータの最高負荷圧との差圧に制御され、この差圧はロードセンシング制御により目標ロードセンシング差圧に制御される。目標ロードセンシング差圧はエンジン回転数に依存する可変値として設定されている。

特開平５−９９１２６号公報特開平１０−１９６６０４号公報

従来の油圧駆動装置においては、上記のようにコントロールバルブの流量制御弁の前後差圧は圧力補償弁により油圧ポンプの吐出圧と複数のアクチュエータの最高負荷圧との差圧に制御され、この差圧はロードセンシング制御により目標ロードセンシング差圧に制御され、その結果、コントロールバルブの流量制御弁の前後差圧は目標ロードセンシング差圧（可変値）に制御される。流量制御弁の開口面積は、目標ロードセンシング差圧（前後差圧）で設定したい流量が流れるように設定される。流量制御弁の開口面積をＡ、目標ロードセンシング差圧をＰgr、設定したい流量をＱaとすると、これらの関係は以下のようになる。

Ｑa＝ｃＡ｛（２／ρ）Ｐgr｝^１／２
ここで、ｃは流量係数、ρは圧油の密度である。

上記式において、特許文献１では、目標ロードセンシング差圧Ｐgrは、油圧ポンプに付帯するポンプ容量制御弁（ポンプユニットの一部）で設定され、開口面積Ａはコントロールバルブのメインスプール（流量制御弁）で設定されている。このように設定したい流量Ｑaは、異なる２つの油圧機器（ポンプユニットとコントロールバルブ）のそれぞれの仕様（ＰgrとＡ）により決定される。

同様に特許文献２においても、目標ロードセンシング差圧Ｐgrは流量検出弁にて設定され、開口面積Ａはコントロールバルブの流量制御弁で設定されており、PgrとＡはそれぞれ別個の油圧機器にて設定されている。

以上のように従来技術では、流量制御弁で設定したい流量は、別個の油圧機器の仕様により設定されるため、その流量、つまり油圧ショベルのアクチュエータスピードはそれぞれの油圧機器の性能のばらつきの影響を受け、量産性が低下てしまう。また、同様の機器構成が、多機種にわたる場合、それぞれの組合せ間違い等による多機種同時生産性の低下が発生する。

本発明の目的は、量産性と多機種同時生産性を向上させ得る圧駆動装置を提供することである。

（１）上記目的を達成するため、本発明は、エンジンと、このエンジンにより駆動される可変容量型の第１油圧ポンプ及び固定容量型の第２油圧ポンプを含むポンプユニットと、前記第１油圧ポンプから吐出された圧油により駆動される複数のアクチュエータと、前記第１油圧ポンプから複数のアクチュエータに供給される圧油の流量を制御するコントロールバルブユニットとを備え、前記ポンプユニットは、前記第１油圧ポンプの吐出圧が前記複数のアクチュエータの最高負荷圧より高くなるよう制御するロードセンシング制御弁を含むロードセンシング制御手段を内蔵し、前記コントロールバルブユニットは、複数の流量制御弁と、この複数の流量制御弁の前後差圧を前記油圧ポンプの吐出圧と前記複数のアクチュエータの最高負荷圧との差圧に制御する複数の圧力補償弁とを有する油圧駆動装置において、前記第２油圧ポンプの吐出流量を前後差圧に変換する流量検出絞り部と、この流量検出部の前後差圧を絶対圧として検出する第１差圧減圧弁とを含むエンジン回転数検出手段と、前記流量検出絞り部の下流側に形成されたパイロット油圧源とを備え、前記エンジン回転数検出手段とパイロット油圧源を前記コントロールバルブユニットに含ませ、前記ポンプユニットと前記コントロールバルブユニットとを第１及び第２配管を含む複数の配管により接続し、前記第２油圧ポンプの吐出油を前記第１配管を介して前記流量検出絞り部に導き、前記第１差圧減圧弁の出力圧を前記第２配管を介して前記ロードセンシング制御弁に目標ロードセンシング差圧として導くものとする。

このように本来ポンプユニット側にあるべきエンジン回転数検出手段とパイロット油圧源をコントロールバルブユニット側に含ませ、ポンプユニットとコントロールバルブを配管で接続して、第２油圧ポンプの吐出油と第１差圧減圧弁の出力圧を流量検出絞り部及びロードセンシング制御弁に導くことにより、流量制御弁の設定流量をコントロールバルブユニット側の性能のみで決定することが可能となり、ロードセンシングシステムでのアクチュエータスピードをコントロールバルブユニットのみの性能で管理することが可能となる。その結果、量産性を向上することができるとともに、同様の機器構成が、多機種にわたる場合でも、組み合わせの間違い等が発生することはなく、多機種同時生産性を向上させることができる。

（２）上記（１）において、好ましくは、前記ポンプユニットと前記コントロールバルブユニットとを接続する複数の配管は、更に、第３配管を有し、前記パイロット油圧源の圧力を前記第３配管を介して前記ロードセンシング制御弁の入口ポートに導く。

これによりコントロールバルブユニット側にあるパイロット油圧源の圧力をポンプユニット側のロードセンシング制御弁にて活用することが可能となる。

（３）また、上記（１）又は（２）において、好ましくは、前記油圧ポンプの吐出圧と前記複数のアクチュエータの最高負荷圧との差圧を絶対圧として出力する第２差圧減圧弁を更に備え、前記第２差圧減圧弁を前記コントロールバルブユニットに更に含ませ、前記ポンプユニットと前記コントロールバルブユニットとを接続する複数の配管は、更に、第４配管を有し、前記第２差圧減圧弁の出力圧を前記第４配管を介して前記ロードセンシング制御弁に制御差圧として導く。

これによりコントロールバルブユニット側で検出した複数のアクチュエータの最高負荷圧との差圧を絶対圧として出力し、この絶対圧をポンプユニット側のロードセンシング制御弁にて制御差圧として活用することができる。

（４）また、上記（１）〜（３）において、好ましくは、前記流量検出絞り部の下流側に設けられ、前記パイロット油圧源の圧力を一定圧力に保持するパイロットリリーフ弁を更に備え、前記パイロットリリーフ弁を前記コントロールバルブに更に含ませる。

これにより機器のレイアウトが簡素化される。

（５）また、上記目的を達成するために、本発明は、エンジンと、このエンジンにより駆動される可変容量型の第１油圧ポンプ及び固定容量型の第２油圧ポンプを含むポンプユニットと、前記第１油圧ポンプから吐出された圧油により駆動される複数のアクチュエータと、前記第１油圧ポンプから複数のアクチュエータに供給される圧油の流量を制御するコントロールバルブユニットと、前記第１油圧ポンプの吐出圧が前記複数のアクチュエータの最高負荷圧より高くなるよう制御するロードセンシング制御手段とを備え、前記コントロールバルブユニットは、複数の流量制御弁と、この複数の流量制御弁の前後差圧を前記油圧ポンプの吐出圧と前記複数のアクチュエータの最高負荷圧との差圧に制御する複数の圧力補償弁とを有する油圧駆動装置において、前記第２油圧ポンプの吐出流量を前後差圧に変換する流量検出絞り部と、この流量検出部の前後差圧を絶対圧として検出する第１差圧減圧弁とを含むエンジン回転数検出手段と、前記流量検出絞り部の下流側に形成されたパイロット油圧源とを備え、前記エンジン回転数検出手段とパイロット油圧源を前記コントロールバルブユニットに含ませ、前記ポンプユニット及び前記ロードセンシング制御手段と前記コントロールバルブユニットとを第１及び第２配管を含む複数の配管により接続し、前記第２油圧ポンプの吐出油を前記第１配管を介して前記流量検出絞り部に導き、前記第１差圧減圧弁の出力圧を前記第２配管を介して前記ロードセンシング制御手段に目標ロードセンシング差圧として導くものとする。

これにより上記（１）で述べたように、量産性と多機種同時生産性を向上させることができる。

本発明によれば、ロードセンシングシステムでのアクチュエータスピードをコントロールバルブユニットのみの性能で管理することが可能となるため、量産性を向上することができるとともに、同様の機器構成が、多機種にわたる場合でも、組み合わせの間違い等が発生することはなく、多機種同時生産性を向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。

図１は本発明の第１の実施の形態に係わる油圧駆動装置を示す図である。

図１において、本実施の形態に係わる油圧駆動装置は、エンジン１と、ポンプユニット１００と、コントロールバルブユニット４と、複数のアクチュエータ５ａ，５ｂ，５ｃと、オイルタンク１３とを備えている。ポンプユニット１００は、エンジン１により駆動されるメインポンプとしての可変容量型の油圧ポンプ２及びパイロットポンプとしての固定容量型の油圧ポンプ３と、油圧ポンプ２の傾転（容量）を制御するポンプ傾転制御機構８とを含んでいる。コントロールバルブユニット４は、複数のバルブセクション４ａ，４ｂ，４ｃと、インレットセクション４ｄと、第１及び第２コントロールセクション４ｅ，４ｆとから構成されている。バルブセクション４ａ，４ｂ，４ｃはアクチュエータ５ａ，５ｂ，５ｃに対応して３つ示したが、実際にはもっと多い（後述）。また、第１及び第２コントロールセクション４ｅ，４ｆは図示の都合上２つに分離して示したが、実際には１つのコントロールセクションで構成されている（後述）。

複数のバルブセクション４ａ，４ｂ，４ｃは、それぞれ、油圧ポンプ２からアクチュエータ５ａ，５ｂ，５ｃに供給される圧油の流量と方向をそれぞれ制御するクローズドセンタ型の複数の流量制御弁（メインスプール）１５ａ，１５ｂ，１５ｃと、これら複数の流量制御弁１５ａ，１５ｂ，１５ｃのメータイン絞り部の前後差圧を制御する複数の圧力補償弁１０ａ，１０ｂ，１０ｃとを含み、バルブセクション４ａは、更に、アクチュエータ５ａ，５ｂ，５ｃの駆動時に流量制御弁１５ａ，１５ｂ，１５ｃの負荷ポートより取り出された負荷圧のうちの最高の圧力（最高負荷圧力）を検出して、第１コントロールセクション４ｄの信号ライン７に出力するシャトル弁６ａを含み、バルブセクション４ｂは、更に、アクチュエータ５ｂ，５ｃの駆動時に流量制御弁１５ｂ，１５ｃの負荷ポートより取り出された負荷圧のうちの高圧側の圧力を検出して、シャトル弁６ａに出力するシャトル弁６ｂを含んでいる。

流量制御弁１５ａ，１５ｂ，１５ｃはそれぞれ図示しない操作レバーの操作により切り換え操作され、その操作レバーの操作量に応じてメータイン絞り部の開口面積が決まる。

複数の圧力補償弁１０ａ，１０ｂ，１０ｃは、それぞれ、流量制御弁１５ａ，１５ｂ，１５ｃのメータイン絞り部の上流に設置された前置きタイプ（ビフォアオリフィスタイプ）であり、圧力補償弁１０ａは１対の対向する受圧部３１ａ，３１ｂと開方向作動の受圧部３１ｃとを有し、受圧部３１ａ，３１ｂに流量制御弁１５ａの上流側及び下流側の圧力がそれぞれ導かれ、受圧部３１ｃに導かれる圧力（後述）を目標補償差圧として流量制御弁１５ａの前後差圧を制御する。圧力補償弁１０ｂ，１０ｃも同様に構成されている。これにより流量制御弁１５ａ，１５ｂ，１５ｃのメータイン絞り部の前後差圧は全て同じ値になるように制御され、負荷圧の大小に係わらず、流量制御弁１５ａ，１５ｂ，１５ｃのメータイン絞り部の開口面積に応じた比率で圧油を供給することができる。

インレットセクション４ｄは、メインのリリーフ弁１６と圧油供給油路１７と圧油排出油路１８とを含み、油圧ポンプ２からの吐出油は圧油供給油路１７を介して圧力補償弁１０ａ，１０ｂ，１０ｃ及び流量制御弁１５ａ，１５ｂ，１５ｃに供給され、流量制御弁１５ａ，１５ｂ，１５ｃから更にアクチュエータ５ａ，５ｂ，５ｃに供給される。圧油供給油路１７の最高圧力はリリーフ弁１６により設定圧力に制限される。流量制御弁１５ａ，１５ｂ，１５ｃを介したアクチュエータ５ａ，５ｂ，５ｃからの戻り油及びリリーフ弁１６からのリリーフ油は排出油路１８を経由してオイルタンク１３に戻される。

第１コントロールセクション１ｅは差圧減圧弁９を含んでいる。差圧減圧弁９は、出力圧を増やす側に位置する受圧部９ａと出力圧を減らす側に位置する受圧部９ｂ，９ｃを有し、受圧部９ａに油圧ポンプ２の吐出圧が導かれ、受圧部９ｂ，９ｃにそれぞれシャトル弁６ａから信号ライン７に出力された最高負荷圧と自己の出力圧が導かれ、これらの圧力のバランスで作動して油路２２とドレン油路３４の連通度合いを調整し、油圧ポンプ３（パイロットポンプ）の吐出油により第２コントロールセクション４ｆで作られるパイロット油圧源（後述）の圧力を元圧として、油圧ポンプ２の吐出圧と最高負荷圧との差圧（ＬＳ差圧）の絶対圧を生成し出力する。差圧減圧弁９の出力圧は圧力補償弁１０ａの受圧部３１ｃ及び圧力補償弁１０ｂ，１０ｃの同様な受圧部に目標補償差圧として導かれる。これにより量制御弁１５ａ，１５ｂ，１５ｃのメータイン絞り部の前後差圧はＬＳ差圧になるように制御されるため、油圧ポンプ２の吐出流量が要求流量に満たないサチュレーション状態になっても、流量制御弁１５ａ，１５ｂ，１５ｃのメータイン絞り部の開口面積に応じた比率で圧油を供給することができる。また、差圧減圧弁９の出力圧は油路３２経由してポンプユニット１００のポンプ傾転制御機構８にも制御差圧として導かれる。

第２コントロールセクション４ｆは、流量検出弁１１と差圧減圧弁１４とを含み、流量検出弁１１は流量検出絞り部としての可変の絞り部１１ａを有しかつその絞り部１１ａが油路２１に配置されている。油路２１は、流量検出弁１１の絞り部１１ａを境としてその上流側の油路２１ａと下流側の油路２１ｂとに分けられ、上流側の油路２１ａはパイロットポンプ３に接続され、パイロットポンプ３からの吐出油は油路２１ａ、流量検出弁１１の絞り部１１ａを経由して油路２１ｂへと流れる。油路２１ｂはコントロールバルブユニット４の外側においてパイロットリリーフ弁１２と接続され、このリリーフ弁１２により予め設定した設定圧力が保持されることで油路２１ｂとその下流側（つまり流量検出弁１１の絞り部１１ａの下流側）にパイロット油圧源２５を形成しており、このパイロット油圧源２５は、例えば流量制御弁１５ａ，１５ｂ，１５ｃを切換操作するためのパイロット圧を生成するリモコン弁（図示せず）へと接続されている。また、パイロット油圧源としての油路２１ｂは油路２２を介して差圧減圧弁９に、油路２２，２３を介して差圧減圧弁１４に接続されパイロット一次圧を供給する。パイロットリリーフ弁１２からのリリーフ油はオイルタンク１３に戻される。

流量検出弁１１及び差圧減圧弁１４は、油圧ポンプ（パイロットポンプ）３の吐出流量に基づいてエンジン１の回転数を検出し、エンジン回転数に依存する圧力を絶対圧として出力するエンジン回転数検出手段を構成するものであり、流量検出弁１１は油路２１を流れる圧油の流量を絞り部１１ａの前後差圧に変換し、差圧減圧弁１４は、その前後差圧を絶対圧として検出し、出力する。油路２１を流れる圧油の流量はパイロットポンプ３の吐出流量であり、この吐出流量はエンジン１の回転数によって変化するため、油路２１を流れる圧油の流量（絞り部１１ａの前後差圧）を検出することによりエンジン１の回転数を検出することができる。

また、絞り部１１ａは開口面積が連続的に変化する可変絞り部として構成されており、流量検出弁１１は、更に、開方向作動の受圧部１１ｂと絞り方向作動の受圧部１１ｃ及びバネ１１ｄを有し、受圧部１１ｂに可変絞り部１１ａの上流側圧力（油路２１ａの圧力）が導かれ、受圧部１１ｃに可変絞り部１１ａの下流側圧力（油路２１ｂの圧力）が導かれ、可変絞り部１１ａ自身の前後差圧に依存してその開口面積を変化させる構成となっている。

差圧減圧弁１４は、出力圧を増やす側に位置する受圧部１４ａと出力圧を減らす側に位置する受圧部１４ｂ，１４ｃを有し、受圧部１４ａに流量検出弁１１の絞り部１１ａの上流側圧力が導かれ、受圧部１４ｂ，１４ｃにそれぞれ絞り部１１ａの下流側圧力と自己の出力圧が導かれ、これらの圧力のバランスにより作動して油路２３とドレン油路３５の連通度合いを調整し、油路２１ｂ（パイロット油圧源）の圧力を元圧として絞り部１１ａの前後差圧の絶対圧を生成し出力する。この差圧減圧弁１４の出力圧は油路３３を経由してポンプユニット１００のポンプ傾転制御機構８に目標ロードセンシング差圧として導かれる。絶対圧生成時の余剰の圧油はドレン油路３４を経由してオイルタンク１３に戻される。

ポンプユニット１００のポンプ傾転制御機構８は、馬力制御傾転アクチュエータ８ａと、ＬＳ制御弁８ｂと、ＬＳ制御傾転アクチュエータ８ｃとを備えている。馬力制御傾転アクチュエータ８ａはメインの油圧ポンプ２の吐出ポートに接続され、油圧ポンプ２の吐出圧が高くなると油圧ポンプ２の傾転量を減らすことで油圧ポンプ２の吸収馬力を減じるように機能する。ＬＳ制御弁８ｂとＬＳ制御傾転アクチュエータ８ｃは油圧ポンプ２の吐出圧が複数のアクチュエータ５ａ，５ｂ，５ｃの最高負荷圧より高くなるよう制御するロードセンシング制御手段を構成するものであり、ＬＳ制御弁８ｂは対向する受圧部８ｄ，８ｅを有し、受圧部８ｄはＬＳ制御傾転アクチュエータ８ｃを増圧し油圧ポンプ２の傾転量を減らす側に位置し、受圧部８ｅは、アクチュエータ８ｃを減圧し油圧ポンプ２の傾転量を増やす側に位置している。受圧部８ｄには差圧減圧弁９の出力圧（油圧ポンプ２の吐出圧とアクチュエータ５ａ，５ｂ，５ｃの最高負荷圧との差圧）が制御差圧として導かれ、受圧部８ｅには差圧減圧弁１４の出力圧がロードセンシング制御の目標差圧（目標ロードセンシング差圧）として導かれる。これによりＬＳ制御弁８ｂとＬＳ制御傾転アクチュエータ８ｃは、油圧ポンプ２の吐出圧が複数のアクチュエータ５ａ，５ｂ，５ｃの最高負荷圧より目標ロードセンシング差圧だけ高くなるよう油圧ポンプ２の傾転量（押しのけ容積）を制御する。

ここで、目標ロードセンシング差圧は差圧減圧弁１４の出力圧により設定されており、差圧減圧弁１４の出力圧はエンジン１の回転数に応じて変化する流量検出弁１１の絞り部１１ａの前後差圧である。その結果、エンジン回転数に応じて油圧ポンプ２の吐出圧と最高負荷圧との差圧（目標補償差圧）も変化し、流量制御弁１５ａ，１５ｂ，１５ｃの前後差圧も変化し、エンジン回転数に応じたアクチュエータスピードの設定が可能となる。また、流量検出弁１１の絞り部１１ａは可変であり、上記のように自身の前後差圧に依存してその開口面積を変化させるよう構成されている。この可変絞り部１１ａの前後差圧を目標ロードセンシング差圧として用いることにより、エンジン回転数に応じたサチュレーション現象の改善が図れ、エンジン回転数を低く設定した場合に良好な微操作性が得られる。なお、この点は特開平１０−１９６６０４号公報に詳しい。

図２は、機器の設置レイアウト及び配管接続関係を示す車体レイアウト図である。

図２において、本実施の形態に係わる建設機械は油圧ショベルであり、この油圧ショベルは、左右の履帯１１０Ｌ，１１０Ｒを含む下部走行体に装荷された上部旋回体１１２を備え、上部旋回体１１２の前部中央部には模式的に示すフロント作業機１１４が上下回動自在に取り付けられている。また、上部旋回体１１２にはエンジン１、ポンプユニット１００、コントロールバルブユニット４、パイロットリリーフ弁１２、オイルタンク１３が配置されている。エンジン１とポンプユニット１００は車体後部に配置され、コントロールバルブユニット４、パイロットリリーフ弁１２、オイルタンク１３は、エンジン１及びポンプユニット１００より前方に配置されている。

コントロールバルブユニット４は、メインポンプポートＰｓ、タンクポートＴ、パイロットポンプポートＰｐｈｉ、第１パイロット圧ポートＰｉ、第２パイロット圧ポートＰｐｌｏ、ドレンポートＤＲ、制御差圧ポートＰｌｓ、目標差圧ポートＰｇｒの各ポートを有し、メインポンプポートＰｓにおいてメイン供給配管１２１を介してポンプユニット１００と接続され、タンクポートＴにおいてメイン戻り配管１２２を介してオイルタンク１３と接続され、パイロットポンプポートＰｐｈｉ、第１パイロット圧ポートＰｉ、制御差圧ポートＰｌｓ、目標差圧ポートＰｇｒの各ポートにおいて、それぞれ、パイロット配管１２４，１２５及び制御圧配管１２６，１２７を介してポンプユニット１００と接続され、第２パイロット圧ポートＰｐｌｏにおいてパイロット配管１２８を介してパイロットリリーフ弁１２と接続され、ドレンポートＤＲにおいてドレン配管１２９を介してオイルタンク１３と接続されている。コントロールバルブユニット４は、更に、複数のアクチュエータポート（図３参照）を有し、これらのアクチュエータポートは図示しないメイン配管を介してアクチュエータ５ａ，５ｂ，５ｃに接続されている。図２では、図示の簡略化のため、それらの配管の図示は省略している。

図１に戻り、メインポンプポートＰｓは圧油供給油路１７の入力ポートであり、圧油供給油路１８はメイン供給配管１２１を介してポンプユニット１００のメインの油圧ポンプ２に接続されている。タンクポートＴは圧油排出油路１８の出力ポートであり、圧油排出油路１８はメイン戻り配管１２２を介してオイルタンク１３に接続されている。

また、パイロットポンプポートＰｐｈｉは油路２１（油路２１ａ）の入力ポートであり、油路２１（油路２１ａ）はパイロット配管１２４を介してパイロットポンプ３に接続され、パイロットポンプ３の吐出油はパイロット配管１２４及び油路２１ａを介して流量検出弁１１の絞り部１１ａに導かれる。第１パイロット圧ポートＰｉは油路２２の出力ポートであり、油路２２はパイロット配管１２５を介してポンプユニット１００のＬＳ制御弁８ｂの入口ポートに接続され、油路２１ｂ（パイロット油圧源）の圧力は油路２２及びパイロット配管１２５を介してＬＳ制御弁８ｂの入口ポートに導かれる。制御差圧ポートＰｌｓは油路３２の出力ポートであり、油路３２はパイロット管路１２６を介してＬＳ制御弁８ｂの受圧部８ｄに接続され、差圧減圧弁９の出力圧は油路３２及びパイロット管路１２６を介してＬＳ制御弁８ｂの受圧部８ｄに導かれる。目標差圧ポートＰｇｒは油路３３の出力ポートであり、油路３３はパイロット配管１２７を介してＬＳ制御弁８ｂの受圧部８ｅに接続され、差圧減圧弁１４の出力圧は油路３３及びパイロット配管１２７を介してＬＳ制御弁８ｂの受圧部８ｅに導かれる。第２パイロット圧ポートＰｐｌｏは油路２１ｂの出力ポートであり、油路２１ｂはパイロット配管１２８を介してパイロットリリーフ弁１２やリモコン弁に接続されている。パイロット配管１２８は油路２１ｂとともにパイロットパイロット油圧源２５を形成している。ドレンポートＤＲはドレン油路３４，３５の出力ポートであり、ドレン油路３４，３５はドレン配管１２９を介してオイルタンク１３に接続されている。

図３はコントロールバルブユニット４の外観を示す図である。コントロールバルブユニット４は、バルブセクション４ａ，４ｂ，４ｃを含む複数のバルブセクション４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｈ，４ｉ，４ｊ，４ｋ，４ｍと、インレットセクション４ｄと、コントロールセクション４ｅ，４ｆを含む１つのコントロールセクション４ｎとで構成されている。バルブセクション４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｈ，４ｉ，４ｊ，４ｋ，４ｍは、それぞれ、ブーム、アーム、旋回、バケット、予備、スイング、走行右、走行左、ブレード用であり、圧力補償弁１０ａ，１０ｂ，１０ｃ等の圧力補償弁と流量制御弁１５ａ，１５ｂ，１５ｃ等の流量制御弁を内蔵している。また、各バルブセクションにはそれぞれの流量制御弁を対応するアクチュエータに接続するためのアクチュエータポートＡｐ１，Ａｐ２が設けられている。図１では、図示の簡略化のため、バケット、予備、スイング、走行右、走行左、ブレード用のバルブセクション４ｈ，４ｉ，４ｊ，４ｋ，４ｍとそれらのアクチュエータは省略している。インレットセクション４ｄにはメインポンプポートＰｓとタンクポートＴが設けられ、コントロールセクション４ｎにはパイロットポンプポートＰｐｈｉ、第１パイロット圧ポートＰｉ、第２パイロット圧ポートＰｐｌｏ、ドレンポートＤＲ、制御差圧ポートＰｌｓ、目標差圧ポートＰｇｒの各ポートが設けられている。また、インレットセクション４ｄはメインのリリーフ弁１６を内蔵し、コントロールセクション４ｎは差圧減圧弁９、流量検出弁１１、差圧減圧弁１４を内蔵している。

次に、以上のように構成した本実施の形態の作用効果を説明する。

本実施の形態においては、エンジン回転数に応じたロードセンシング制御が可能となり、エンジン回転数に応じたアクチュエータ速度の制御が可能となる。つまり、エンジン回転数が低下すれば差圧減圧弁１４の出力圧である目標ロードセンシング差圧が低下し、ロードセンシング制御される油圧ポンプ２の吐出圧と最高負荷圧との差圧も低下するため、流量制御弁１５ａ，１５ｂ，１５ｃの前後差圧も低下し、アクチュエータヘ５ａ，５ｂ，５ｃに供給される流量は減少する。エンジン回転数が増大すれば差圧減圧弁１４の出力圧である目標ロードセンシング差圧が増大し、ロードセンシング制御される油圧ポンプ２の吐出圧と最高負荷圧との差圧も増大するため、流量制御弁１５ａ，１５ｂ，１５ｃの前後差圧も増大し、アクチュエータヘ５ａ，５ｂ，５ｃに供給される流量は増加する。

各アクチュエータヘ５ａ，５ｂ，５ｃに供給される流量は、流量制御弁１５ａ，１５ｂ，１５ｃの開口面積とその前後差圧により決定されるため、流量制御弁の開口面積をＡn、流量制御弁の前後差圧をＰls、流量をＱnとすると、流量Ｑnは以下の式で定義される。

Ｑn＝ｃＡn｛（２／ρ）Ｐls｝^１／２
ここで、ｃは流量係数、ρは作動油の密度である。

また、差圧減圧弁１４より出力され、LS制御弁８ｂに設定される目標ロードセンシング差圧をＰgrとすると、ポンプ傾転制御機構８のＬＳ制御弁８ｂとＬＳ制御傾転アクチュエータ８ｃによって油圧ポンプ２の吐出圧力と最高負荷圧との差圧はその目標ロードセンシング差圧Ｐgrに等しくなるよう制御され、圧力補償弁１０ａ，１０ｂ，１０ｃによって流量制御弁の前後差圧Ｐlsは油圧ポンプ２の吐出圧力と最高負荷圧との差圧に等しくなるよう制御されるため、流量制御弁の前後差圧Ｐlsは目標ロードセンシング差圧Ｐgrに等しくなるように制御される（Ｐls＝Ｐgr）。流量Ｑnは結果として下式になる。

Ｑn＝ＣＡn｛（２／ρ）Ｐgr｝^１／２
上式において、流量Ｑnは流量制御弁１５ａ，１５ｂ，１５ｃの開口面積Ａnと差圧減圧弁１４の出力圧Ｐgrで決定され、差圧減圧弁１４の出力圧Ｐgrは流量検出弁１１の前後差圧の絶対圧である。流量制御弁１５ａ，１５ｂ，１５ｃと流量検出弁１１及び差圧減圧弁１４（エンジン回転数検出手段）は同じコントロールバルブユニット４に設けられている。この機器構成により、流量Ｑnをコントロールバルブユニット４の性能のみで決定することが可能となる。

以上の点を従来技術と対比して説明する。

図４は、従来の油圧駆動装置の一例を比較例１として示す、図２と同様な車体レイアウト図である。図中、図２と同様の部分には同じ符号を付している。

図４において、比較例１の油圧駆動装置は、ポンプユニット１００及びコントロールバルブユニット１４０と、コントロールバルブユニット１４０とは別体のエンジン回転数検出ユニット１５０とを備えている。コントロールバルブユニット１４０は、図１に示したコントロールバルブユニット４から第２コントロールセクション４ｆを削除した構成をしており、エンジン回転数検出ユニット１５０は図１に示したコントロールバルブユニット４の第２コントロールセクション４ｆに相当する構成を有している。エンジン回転数検出ユニット１５０はポンプユニット１００と及びパイロットリリーフ弁１２とパイロット配管１３１，１３２を介して接続され、ポンプユニット１００のパイロットポンプ３から供給される圧油を元に、図１で説明したように流量検出弁１１の下流側の油路２１ｂにパイロット油圧源を形成し、この油圧源の圧力がパイロット一次圧としてパイロット配管１３３，１３４を介しポンプユニット１００のＬＳ制御弁８ｂとコントロールバルブユニット１４０の差圧減圧弁９に供給される。また、エンジン回転数検出ユニット１５０は、図１で説明したように流量検出弁１１と差圧減圧弁１４によりエンジン回転数に応じた圧力を絶対圧として生成し、この圧力（差圧減圧弁１４の出力圧）が目標ロードセンシング差圧としてパイロット配管１３５を介してポンプユニット１００のＬＳ制御弁８ｂに供給される。

図５は、特開平５−９９１２６号公報に記載の油圧駆動装置を比較例２として示す、図２と同様な車体レイアウト図である。図中、図２と同様の部分には同じ符号を付している。

図５において、比較例２の油圧駆動装置は、ポンプユニット１００及びコントロールバルブユニット２４０と、ポンプユニット１００に一体化されたポンプ容量制御弁１６０を備えている。コントロールバルブユニット１４０は、図１に示したコントロールバルブユニット４から第１コントロールセクション４ｅと第２コントロールセクション４ｆを削除した構成をしており、圧力補償弁にはポンプ吐出圧力と最大負荷圧力とが対向して別々に与えられる。また、その最大負荷圧力はパイロット配管１３６を介してポンプユニット１００のポンプ容量制御弁１６０に導かれる。ポンプ容量制御弁１６０はパイロットリリーフ弁１２とパイロット配管１３７を介して接続され、ポンプユニット１００のパイロットポンプから供給される圧油を元にパイロット油圧源を生成すると共に、エンジン回転数に応じた圧力を生成し、この圧力により目標ロードセンシング差圧を調整して油圧ポンプを容量制御する。

以上のように構成した従来技術では、いずれも、目標ロードセンシング差圧Ｐgrは、コントロールバルブユニットとは別体のエンジン回転数検出ユニット１５０又はポンプ容量制御弁１６０（ポンプユニットの一部）で設定され、開口面積Ａはコントロールバルブユニットのメインスプール（流量制御弁）で設定されている。このように設定したい流量Qaは、異なる２つの油圧機器（ポンプユニットとコントロールバルブ）のそれぞれの仕様（ＰgrとＡ）により決定される。

このように従来技術では、流量制御弁で設定したい流量は、別個の油圧機器の仕様により設定されるため、その流量、つまり油圧ショベルのアクチュエータスピードはそれぞれの油圧機器の性能のばらつきの影響を受け、量産性が低下てしまう。また、同様の機器構成が、多機種にわたる場合、それぞれの組合せ間違い等による多機種同時生産性の低下が発生する。

これに対し、本実施の形態では、流量制御弁１５ａ，１５ｂ，１５ｃで設定したい流量（ロードセンシングシステムでの油圧ショベルのアクチュエータスピード）をコントロールバルブユニット４の性能のみで管理することが可能となるため、量産性を向上することができる。また、同様の機器構成が、多機種にわたる場合でも、性能を決めるための機器の組み合わせが不要であるため、組み合わせの間違い等が発生することはなく、多機種同時生産性の低下を防止することができる。

本発明の第２の実施の形態を図６及び図７を用いて説明する。図６は、第２の実施の形態に係わる油圧駆動装置を油圧回路図で示す示す図であり、図７は、その油圧駆動装置の機器の設置レイアウト及び配管接続関係を示す車体レイアウト図である。図中、図１及び図２に示した部分と同様の部分には同じ符号を付している。

図６において、本実施の形態の図１に示した第１の実施の形態との相違点は、第１の実施の形態ではコントロールバルブユニット４の外にあったパイロットリリーフ弁１２をコントロールバルブユニット４Ａに内蔵させた点である。

本実施の形態によっても第１の実施の形態と同様の効果が得られる。また、本実施の形態によれば、図７に示される如く、主たる油圧機器が、エンジン１と、ポンプユニット１００と、コントロールバルブユニット４Ａと、オイルタンク１３の４点となり、油圧機器のレイアウトがより簡素化される効果がある。

なお、本発明は上記実施の形態に限られず、種々の変形、応用が可能なものである。例えば、上記実施の形態では、ロードセンシング制御手段をＬＳ制御弁８ｂとＬＳ制御傾転アクチュエータ８ｃとで油圧的に構成したが、圧力センサと、コントローラと、電磁弁とで電気油圧的に構成してもよい。例えば、差圧減圧弁９，１４の出力圧を配管を介して圧力センサに導いてその圧力を圧力センサで検出し、圧力センサの出力をコントローラに送り、コントローラで油圧ポンプ２の吐出圧と複数のアクチュエータ５ａ，５ｂ，５ｃの最高負荷圧との差圧（差圧減圧弁９の出力圧）が目標ロードセンシング差圧（差圧減圧弁１４の出力圧）に保たれるよう油圧ポンプ２の傾転量を制御するための制御信号を演算し、この制御信号を電磁弁に送り、油圧ポンプ２の傾転量を制御する。この場合も、流量制御弁の設定流量はコントロールバルブユニット側の性能のみで決定することができるので、上記実施の形態と同様、量産性と多機種同時生産性を向上させることができる。

本発明の第１の実施の形態に係わる油圧駆動装置を油圧回路図で示す示す図である。本実施の形態の機器の設置レイアウト及び配管接続関係を示す車体レイアウト図である。コントロールバルブユニットの外観を示す図である。従来の油圧駆動装置の一例を比較例１として示す、図２と同様な車体レイアウト図である。特開平５−９９１２６号公報に記載の油圧駆動装置を比較例２として示す、図２と同様な車体レイアウト図である。本発明の第２の実施の形態に係わる油圧駆動装置を油圧回路図で示す示す図である。本実施の形態の機器の設置レイアウト及び配管接続関係を示す車体レイアウト図である。

符号の説明

１エンジン
２油圧ポンプ（メインポンプ）
３油圧ポンプ（パイロットポンプ）
４コントロールバルブユニット
４ａ，４ｂ，４ｃバルブセクション
４ｄインレットセクション
４ｅ第１コントロールセクション
４ｆ第２コントロールセクション
５ａ，５ｂ，５ｃアクチュエータ
６ａ，６ｂシャトル弁
７信号ライン
８ポンプ傾転制御機構
８ａ馬力制御傾転アクチュエータ
８ｂＬＳ制御弁
８ｃＬＳ制御傾転アクチュエータ
８ｄ受圧部
９差圧減圧弁（第１差圧減圧弁）
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ圧力補償弁
１１流量検出弁
１１ａ可変の絞り部（流量検出絞り部）
１１ｂ，１１ｃ受圧部
１１ｄバネ
１２パイロットリリーフ弁
１３オイルタンク
１４差圧減圧弁（第２差圧減圧弁）
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ受圧部
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ流量制御弁
１６メインリリーフ弁
１７圧油供給油路
１８圧油排出油路
２１油路
２１ａ油路
２１ｂ油路（パイロット油圧源）
２２，２３油路
２５パイロット油圧源
３１ａ，３１ｂ，３１ｃ受圧部
３３油路
３４ドレン油路
３５ドレン油路
１００ポンプユニット
１１０Ｌ，１１０Ｒ履帯
１１２上部旋回体
１１４フロント作業機
１２１メイン供給配管
１２２メイン戻り配管
１２４〜１２６パイロット配管
１２８パイロット配管
１２９ドレン配管

Claims

エンジンと、このエンジンにより駆動される可変容量型の第１油圧ポンプ及び固定容量型の第２油圧ポンプを含むポンプユニットと、前記第１油圧ポンプから吐出された圧油により駆動される複数のアクチュエータと、前記第１油圧ポンプから複数のアクチュエータに供給される圧油の流量を制御するコントロールバルブユニットとを備え、前記ポンプユニットは、前記第１油圧ポンプの吐出圧が前記複数のアクチュエータの最高負荷圧より高くなるよう制御するロードセンシング制御弁を含むロードセンシング制御手段を内蔵し、前記コントロールバルブユニットは、複数の流量制御弁と、この複数の流量制御弁の前後差圧を前記油圧ポンプの吐出圧と前記複数のアクチュエータの最高負荷圧との差圧に制御する複数の圧力補償弁とを有する油圧駆動装置において、
前記第２油圧ポンプの吐出流量を前後差圧に変換する流量検出絞り部と、この流量検出部の前後差圧を絶対圧として検出する第１差圧減圧弁とを含むエンジン回転数検出手段と、
前記流量検出絞り部の下流側に形成されたパイロット油圧源とを備え、
前記エンジン回転数検出手段とパイロット油圧源を前記コントロールバルブユニットに含ませ、
前記ポンプユニットと前記コントロールバルブユニットとを第１及び第２配管を含む複数の配管により接続し、前記第２油圧ポンプの吐出油を前記第１配管を介して前記流量検出絞り部に導き、前記第１差圧減圧弁の出力圧を前記第２配管を介して前記ロードセンシング制御弁に目標ロードセンシング差圧として導くことを特徴とする油圧駆動装置。
請求項１記載の油圧駆動装置において、
前記ポンプユニットと前記コントロールバルブユニットとを接続する複数の配管は、更に、第３配管を有し、前記パイロット油圧源の圧力を前記第３配管を介して前記ロードセンシング制御弁の入口ポートに導くことを特徴とする油圧駆動装置。
請求項１又は２記載の油圧駆動装置において、
前記油圧ポンプの吐出圧と前記複数のアクチュエータの最高負荷圧との差圧を絶対圧として出力する第２差圧減圧弁を更に備え、
前記第２差圧減圧弁を前記コントロールバルブユニットに更に含ませ、
前記ポンプユニットと前記コントロールバルブユニットとを接続する複数の配管は、更に、第４配管を有し、前記第２差圧減圧弁の出力圧を前記第４配管を介して前記ロードセンシング制御弁に制御差圧として導くことを特徴とする油圧駆動装置。
請求項１〜３のいずれか１項記載の油圧駆動装置において、
前記流量検出絞り部の下流側に設けられ、前記パイロット油圧源の圧力を一定圧力に保持するパイロットリリーフ弁を更に備え、
前記パイロットリリーフ弁を前記コントロールバルブに更に含ませたことを特徴とする油圧駆動装置。
エンジンと、このエンジンにより駆動される可変容量型の第１油圧ポンプ及び固定容量型の第２油圧ポンプを含むポンプユニットと、前記第１油圧ポンプから吐出された圧油により駆動される複数のアクチュエータと、前記第１油圧ポンプから複数のアクチュエータに供給される圧油の流量を制御するコントロールバルブユニットと、前記第１油圧ポンプの吐出圧が前記複数のアクチュエータの最高負荷圧より高くなるよう制御するロードセンシング制御手段とを備え、前記コントロールバルブユニットは、複数の流量制御弁と、この複数の流量制御弁の前後差圧を前記油圧ポンプの吐出圧と前記複数のアクチュエータの最高負荷圧との差圧に制御する複数の圧力補償弁とを有する油圧駆動装置において、
前記第２油圧ポンプの吐出流量を前後差圧に変換する流量検出絞り部と、この流量検出部の前後差圧を絶対圧として検出する第１差圧減圧弁とを含むエンジン回転数検出手段と、
前記流量検出絞り部の下流側に形成されたパイロット油圧源とを備え、
前記エンジン回転数検出手段とパイロット油圧源を前記コントロールバルブユニットに含ませ、
前記ポンプユニット及び前記ロードセンシング制御手段と前記コントロールバルブユニットとを第１及び第２配管を含む複数の配管により接続し、前記第２油圧ポンプの吐出油を前記第１配管を介して前記流量検出絞り部に導き、前記第１差圧減圧弁の出力圧を前記第２配管を介して前記ロードセンシング制御手段に目標ロードセンシング差圧として導くことを特徴とする油圧駆動装置。