JP3352125B2

JP3352125B2 - 油圧回路の制御装置

Info

Publication number: JP3352125B2
Application number: JP29390692A
Authority: JP
Inventors: 春樹生形; 治彦川崎; 雅彦大関; 米秋高橋; 篤藤井
Original assignee: KYB Corp
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 1992-10-07
Filing date: 1992-10-07
Publication date: 2002-12-03
Anticipated expiration: 2017-12-03
Also published as: JPH06117404A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、建設車両であるパワ
ーショベルに用いるのに最適な油圧回路の制御装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】図４に示した従来の油圧回路は、１つの
可変ポンプＰで複数のアクチュエータａ₁ 、ａ₂ を駆動
するもので、これらアクチュエータ回路ごとに圧力補償
付流量制御弁１と、図示していないスプール弁に機能的
に保持された可変絞り２とを備えている。上記可変ポン
プＰはレギュレータ３によってその傾転角すなわち吐出
量が制御される。このレギュレータ３は、ピストン３ａ
でボトム側室３ｂとロッド側室３ｃとに区画されるとと
もに、ロッド側室３ｃにスプリング３ｄを介在させてい
る。そして、このボトム側室３ｂはシャトル弁４に接続
されているが、このシャトル弁４は両アクチュエータａ
₁ 、ａ₂ の高い方の負荷圧を選択するようにしている。
したがって、上記ボトム側室３ｂには、各アクチュエー
タの最高圧が導かれる。また、ロッド側室３ｃは可変ポ
ンプＰと圧力補償付流量制御弁１との間の圧力である可
変ポンプＰの吐出圧が導かれるようにしている。

【０００３】このようにしたレギュレータ３は、そのピ
ストン３ａがスプリング３ｄに抗して矢印５方向に移動
したとき、可変ポンプＰの吐出量を減少させ、ピストン
３ａが矢印５とは反対方向に移動したときには可変ポン
プＰの吐出量を増大させる。上記圧力補償付流量制御弁
１は、その一方のパイロット室１ａを上記可変絞り２の
上流側に接続し、他方のパイロット室１ｂを可変絞り２
の下流側に接続している。そして、この他方のパイロッ
ト室１ｂには、そこに作用する圧力以外にスプリング６
のバネ力も作用するようにしている。また、一方のパイ
ロット室１ａ側には、各アクチュエータの流量配分を制
御する制御機構からのパイロット圧が作用する制御パイ
ロット室１ｃも設けている。

【０００４】このようにした圧力補償付流量制御弁１
は、可変オリフィス２の開度に応じて、その前後の差圧
がスプリング６のバネ力に等しくなるように制御する。
いい換えれば、アクチュエータの負荷圧にかかわらず、
可変オリフィス２の開度に依存してその供給流量を一定
に保つようにする。また、可変ポンプＰの吐出圧は、レ
ギュレータ３のスプリング３ｄで決められた差圧分だ
け、負荷圧よりも高くなるように制御される。このこと
により、アクチュエータに流れる流量は、スプリング３
ｄによる差圧と可変絞り２の開度によって決まることに
なり、負荷の大小に影響されない、いわゆるロードセン
シング制御が可能になる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のようにした油圧
回路をパワーショベルに用いるときには次のような問題
がある。つまり、バケットを地上に下ろすために、アー
ムを鉛直姿勢まで振り下ろすときには、パワーショベル
のアームシリンダに自重落下によるカウンター負荷が作
用する。ところがこの鉛直姿勢からバケットを内側に掻
き込むときには、このアームシリンダに正方向の負荷が
作用する。そのために、このパワーショベルのアームシ
リンダは、上記のようにアームを鉛直姿勢まで振り下ろ
すときに、アームシリンダの戻り側の流量を絞るメータ
アウト流量制御が必要になる。そして、バケットを内側
に掻き込むときには、その供給流量を制御するメータイ
ン流量制御が必要になる。これに対応するために、上記
従来の油圧回路では、メータアウト側に絞りを設けると
ともに、可変絞り２の開度を小さくしてバケットが逸走
気味になるのを防止している。

【０００６】ところが、上記可変絞り２の開度が小さ過
ぎると、アームシリンダの伸長速度に対してその供給流
量が追いつかず、キャビテーションが発生するという問
題が発生する。そこで、上記可変絞り２の開度を大きく
すると、今度は、負荷の小さいときに別の問題を発生す
る。つまり、メータアウト側の絞り開度を同じにしなが
ら、可変絞りの開度だけを大きくすると、負荷が小さい
ときに、供給量に対して戻り側の絞り抵抗が大きくなり
過ぎる。そのために、供給側からの押し込み圧が大きく
なり過ぎてエネルギーロスとなるという問題があった。

【０００７】また、この従来の油圧回路では、例えば、
パワーショベルのバケット背面を地面に押しつけながら
するいわゆる転圧作業ができない。つまり、この従来の
油圧回路は、可変絞り２の開度に比例した流量を流そう
とするために、アクチュエータが動けない状態、例えば
上記転圧作業などのときには、その回路圧がリリーフ圧
まで上昇してしまう。そのために転圧作業などのときに
圧力制御ができなくなるという問題もあった。この発明
の目的は、負荷の大小にかかわらず、メータアウト時の
キャビテーションを防止するとともに、エネルギーロス
も小さくでき、しかも圧力制御も可能な油圧回路の制御
装置を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、可変ポン
プと、この可変ポンプの吐出量を制御するレギュレータ
と、可変ポンプに接続したスプール弁と、このスプール
弁の上流側に接続するとともに電気信号に応じて絞り開
度をサーボ制御する制御弁と、この制御弁のストローク
を検出するストロークセンサーと、制御弁の上流側の圧
力を検出する第１圧力センサーと、制御弁の下流側の圧
力を検出する第２圧力センサーと、これら各センサーか
らの信号に応じて、レギュレータ及び制御弁の開度を制
御する信号を出力するコントローラとを備えている。

【０００９】上記コントローラは、第２圧力センサーか
らの圧力信号が設定圧以上かそれ未満かを判定する圧力
判定部と、高精度制御モードか通常制御モードかを選択
するモード判定部とを有し、前記圧力信号が設定圧未満
の場合には、設定圧と第２圧力センサーからの圧力信号
との偏差を算出して、その偏差をゼロに近づけるように
制御弁を制御し、前記圧力信号が設定圧以上で、かつ、
高精度制御モードの場合には、ストロークセンサーの出
力から制御弁の開度を算出するとともに、第１、２圧力
センサーの出力から制御弁前後差圧をそれぞれ算出し、
これら制御弁の開度及び制御弁前後差圧から推定流量を
算出して、指令流量と推定流量との偏差を算出し、その
偏差がゼロに近づくように制御弁を制御し、前記圧力信
号が設定圧以上で、かつ、通常制御モードの場合には、
指令流量に基づいて制御弁の開度を算出し、この開度と
フィードバックされた実開度との偏差を算出し、その偏
差がゼロに近づくように制御弁を制御することを特徴と
する。

【００１０】

【００１１】

【作用】第１の発明は、上記のように構成したので、第
２圧力センサーからの圧力信号が設定値以上であると圧
力判定部が判定すると、まず、第１演算部が指令流量に
応じて制御弁の開度を演算するとともに、その開度信号
を制御弁に入力して、当該開度を定める。制御弁の開度
が定まれば、そこに流れが発生するが、このときの制御
弁上流側の圧力を第１圧力センサーで検出し、下流側の
圧力を第２圧力センサーで検出する。また、このときの
制御弁の実際の開度は、ストロークセンサーからの信号
に基づいて第２演算部が把握する。したがって、この条
件下での流量は、上記第１、２圧力センサーからの圧力
信号と、ストロークセンサーからの開度信号によって推
定できる。

【００１２】この第２演算部で推定した流量信号は、第
１演算部にフィードバックされる。推定流量信号を受け
た第１演算部は、先の指令流量とこの推定流量との偏差
を演算し、その偏差をゼロにするための信号を、制御弁
に出力する。制御弁は、第１演算部からの信号に基づい
てさらに開度を調整する。そして、第２演算部からの推
定流量信号は、第１演算部に常時フィードバックされる
とともに、第１演算部は上記偏差をゼロにするための信
号を出力し続け、実際の流量を指令流量に一致させるよ
うにする。

【００１３】また、制御弁の下流側の圧力が設定圧未満
であれば、アクチュエータが逸走気味と判定するととも
に、第３演算部を動作させる。この第３演算部は、キャ
ビテーションを防止するために、制御弁の開度を少し大
きくする信号を出力する。さらにこの第３演算部は、第
２圧力センサーからの信号を受けながら、上記設定圧と
実際の圧力との偏差を演算して、それをゼロにするため
の信号を制御弁に出力し続ける。

【００１４】

【発明の効果】第１の発明の装置によれば、制御弁の切
換えストロークや、その前後の差圧を電気的に検出し
て、この制御弁の開度を自由に設定できるので、例えば
アクチュエータが逸走気味になったとき、制御弁の開度
を少し大きくして、キャビテーションの発生を防止でき
る。しかも、負荷の小さいときには、この制御弁の開度
を十分に小さくして、アクチュエータに対する押し込み
圧を低く保ち、そのエネルギーロスを少なくすることが
できる。また、可変ポンプとスプール弁との間に接続す
るとともに、電気信号に応じて絞り開度をサーボ制御す
る制御弁いわゆるスプール弁の上流側に制御弁を設けた
ので、高精度制御モードか通常制御モードかを容易に設
定することができる。さらに、制御弁の上流側の圧力を
一定に保つような制御も可能なので、パワーショベルの
背面を地面におしつけながらするいわゆる転圧作業もで
きる。その上、上記各制御をコントローラが自動的にお
こなうので、制御指令さえしっかりしていれば、目的の
制御が正確にできる。

【００１５】

【実施例】図１〜図３に示した第１実施例は、可変ポン
プＰでアクチュエータａを駆動すること従来と同様であ
る。そして、可変ポンプＰに接続したメイン通路１４
は、制御弁１１とスプール弁１２とを備えている。上記
可変ポンプＰはレギュレータ１３によってその傾転角す
なわち吐出量が制御されるが、このレギュレータ１３
は、コントローラＣで電気的にコントロールされる。ま
た、制御弁１１は、サーボ弁機構とするとともに、その
一方の側にスプリング１５を作用させ、他方の側に電磁
制御部１１ａを備えている。この電磁制御部１１ａは、
コントローラＣからの出力信号に応じて、制御弁１１を
スプリング１５に抗して作動させ、その開度を制御す
る。ただし、この制御弁１１は、図示のノーマル位置に
あるときその開度が最大になるようにしている。

【００１６】さらに、上記コントローラＣには、ストロ
ークセンサー１７、第１圧力センサー１８及び第２圧力
センサー１９を接続している。ストロークセンサー１７
は、制御弁１１のストロークを検出するとともに、その
信号をコントローラＣに入力する。コントローラＣは、
ストロークセンサー１７からのストローク信号によっ
て、制御弁１１の開度を演算する。また、第１圧力セン
サー１８は、制御弁１１の上流側の圧力を検出し、第２
圧力センサー１９はその下流側の圧力を検出するととも
に、それらの検出信号をコントローラＣに入力する。

【００１７】上記スプール弁１２は、その両側に設けた
パイロット室１２ａ、１２ｂを、パイロット操作弁２０
に接続し、このパイロット操作弁２０からの圧力信号に
応じて切換わるようにしている。そして、上記両パイロ
ット室１２ａ、１２ｂのそれぞれにはセンタリングスプ
リング１２ｃ、１２ｄを設け、通常は、図示の中立位置
を保つようにしている。そして、上記パイロット室１２
ａあるいは１２ｂのうちのいずれか高い方の圧力がシャ
トル弁２１で選択されるとともに、この選択された圧力
は第３圧力センサー２２で電気的に検出されてコントロ
ーラＣに入力される。

【００１８】上記コントローラＣは、図２に示す要素を
持っている。まず、第２圧力センサー１９からの圧力信
号を受けて、それが設定圧以上かあるいはそれ未満かを
判定する圧力判定部２３を有する。この圧力判定部２３
で上記圧力信号が設定圧以上と判定されると、その信号
がモード判定部２４に出力される。このモード判定部２
４には、モード入力部２５から高精度制御モードかある
いは通常制御モードかの信号が入力され、その信号に応
じて第１演算部２６を動作させるか、第４演算部２９を
動作させるかを決める。

【００１９】上記第１演算部２６は、このコントローラ
Ｃに入力された指令流量信号をもとにして、制御弁１１
の開度を演算し、それを制御弁１１及びレギュレータ１
３に入力する。このようにして制御弁１１に流れが発生
すると、その前後に差圧が発生するが、そのときの圧力
は第１、２圧力センサー１８、１９で検出されて第２演
算部２７に入力する。そして、この第２演算部２７に
は、ストロークセンサー１７からの信号も入力している
が、このストロークセンサー１７からの信号に基づいて
第２演算部２７が制御弁１１の開度を演算する。

【００２０】第２演算部２７は、上記各センサ１７〜１
９からの信号に基づいて、この制御弁１１を流れる流量
を推定するとともに、その推定流量信号を第１演算部２
６にフィードバックする。第２演算部２７から推定流量
信号を受けた第１演算部２６は、上記指令流量とこの推
定流量との偏差を演算し、その偏差をゼロにするための
信号を制御弁１１の電磁制御部１１ａに出力する。

【００２１】また、第４演算部２９は、コントローラＣ
に入力された制御弁１１に対するストローク指令値に応
じて、その制御弁１１の電磁制御部１１ａに信号を出力
する。この信号に応じて制御弁１１がストロークして、
その開度を決めるが、そのストローク量をストロークセ
ンサー１７で検出して第４演算部２９に入力する。スト
ロークセンサー１７から入力された信号を受けた第４演
算部２９は、上記指令値と実際のストローク量との偏差
を演算し、その偏差をゼロにするための信号を制御弁１
１の電磁制御部１１ａに出力する。上記圧力判定部２３
で、第２圧力センサー１９からの圧力信号が設定圧以下
と判定されると、第３演算部２８が動作する。この第３
演算部２８は、上記設定圧と第２圧力センサー１９から
のフィードバック信号との偏差を演算し、その偏差をゼ
ロにするための信号を制御弁１１の電磁制御部１１ａに
出力する。

【００２２】次に、上記のようにした第１実施例の作用
を説明する。まず、モード入力部２５を操作して、高精
度制御モードか通常制御モードかを設定するとともに、
そのときの作業に応じて指令流量を入力する。上記のよ
うに指令流量が入力されると、それに応じて第１演算部
２６が制御弁１１の開度を制御弁のストロークに換算
し、そのストローク信号を電磁制御部１１ａに入力して
制御弁１１をストロークさせる。このように制御弁１１
がストロークして開弁すると、そこに流れが発生する
が、このときの制御弁１１の下流側の圧力が、設定圧以
上になっているか否かを圧力判定部２３が判定する。

【００２３】そこで、まず最初に、上記制御弁下流側の
圧力が設定圧以上であって、高精度モードに設定されて
いる場合について説明する。この場合には、ストローク
センサー１７からの信号で制御弁１１の開度が測られる
とともに、第１、２圧力センサー１８、１９で制御弁１
１前後の差圧が検出される。したがって、第２演算部２
７は、制御弁１１の開度とその前後の差圧をもとにし
て、スプール弁１２に流れる流量を演算し、それを推定
する。この第２演算部２７で推定された流量信号が第１
演算部２６にフィードバックされるとともに、第１演算
部２６では、上記指令流量とこの推定流量との偏差を演
算するとともに、その偏差をゼロにするめための信号を
上記電磁制御部１１ａに出力する。このように第１演算
部２６と第２演算部２７との信号のやり取りを繰り返す
ことによって、制御弁１１を流れる流量を指令流量に正
確に一致させることができる。

【００２４】また、回路圧が設定圧以上で、しかも通常
モードに設定されているときには、上記指令流量信号に
応じて、第４演算部２９が制御弁１１の開度を演算し、
その演算信号を電磁制御部１１ａに出力する。制御弁１
１は、この演算信号に基づいてストロークして開くが、
このときの開度が第４演算部２９にフィードバックされ
る。このようにフィードバック信号を受けた第４演算部
２９は、演算した開度とフィードバックされた開度との
偏差を演算し、その偏差をゼロにするための信号を電磁
制御部１１ａに出力する。これによって、制御弁１１
に、指令値に応じた一定の開度を保たせるとともに、そ
の開度に応じた流量を確保できる。

【００２５】圧力判定部２３で、回路圧が設定圧未満で
あると判定されたら、第３演算部２８が動作する。つま
り、この第３演算部２８は、あらかじめ上記設定圧を記
憶し、第２圧力センサー１９からの圧力信号と上記設定
圧との偏差を演算する。そして、その偏差がゼロになる
ように制御弁１１を制御するが、この場合には、制御弁
１１の開度を少し大きくして、その上流側の圧力を設定
圧まで上昇させるようにする。また、第２圧力センサー
１９からの出力信号が設定圧になったら、制御弁１１の
開度を再び小さくして、その押し込み圧の上昇を防止す
る。

【００２６】図３に示した第２実施例は、スプール弁１
２に、図示の中立位置において開度を最大にするブリー
ドオフ絞り１２ｅを設けている。このブリードオフ絞り
１２ｅは、パラレル通路３０を介してメイン通路１４に
連通させている。そして、このメイン通路１４には、メ
イン通路１４からアクチュエータへの流通のみを許容す
るロードチェック弁３１を設けている。このようにした
ブリードオフ絞り１２ｅは、スプール弁１２が中立位置
にあるとき、その開度を最大に維持して、パラレル通路
３０を通過した流体をタンクＴに戻す。

【００２７】そして、スプール弁１２がこの中立位置か
ら切換わるにしたがって、ブリードオフ絞り１２ｅの開
度が小さくなるが、その切換え量が微少の範囲では、メ
イン通路１４がアクチュエータ側とこのブリードオフ絞
り１２ｅとの両方に連通することになる。ただし、上記
微少切換え範囲とは、アクチュエータの種類によって異
なる。例えば、慣性力の大きいパワーショベルの旋回モ
ータの場合には、スプール弁１２が８０％切換わったと
きでも、このブリードオフ絞り１２ｅが開いているよう
にしている。反対に慣性力が小さいアクチュエータの場
合には、スプール弁１２がわずかに切換わった時点で、
このブリードオフ絞り１２ｅを閉じるようにしている。

【００２８】次に、この第２実施例の作用を説明する。
パイロット操作弁２０のパイロット圧がコントローラＣ
に入力されるが、このパイロット圧の大きさは、スプー
ル弁１２の切換え量すなわち当該アクチュエータの要求
流量に比例する。そして、コントローラＣは、スプール
弁１２の要求流量を演算し、その要求流量に見合った流
量を可変ポンプＰが吐出するようにレギュレータ１３を
制御する。また、パイロット操作弁２０からの出力信号
が小さく、スプール弁１２の切換え量が小さいときには
次のようにする。つまり、パイロット操作弁２０の出力
信号を第３圧力センサー２２で検出して、それをコント
ローラＣに入力する。

【００２９】第３圧力センサー２２からの信号を受けた
コントローラＣは、制御弁１１の開度を、可変ポンプＰ
の最低設定流量が流れるように制御する。この状態から
パイロット操作弁２０を操作してスプール弁１２を、さ
らにストロークさせると、ブリードオフ絞り１２ｅの開
度が小さくなるとともに、アクチュエータに連通するス
プール弁１２の入力ポート側の開度が大きくなる。ただ
し、このスプール弁１２に供給される流量は、制御弁１
１で制御された最低設定流量に保たれる。このように供
給流量を一定に保ちながらブリードオフ絞り１２ｅの開
度が小さくなれば、その上流側の圧力が上昇する。そし
て、この上昇した上流側の圧力が、アクチュエータ側の
負荷圧である上記入力ポート側の圧力よりも高くなれ
ば、メイン通路１４の圧油がロードチェック弁３１を押
し開いてアクチュエータ側に流れる始める。逆の言い方
をすれば、アクチュエータの負荷圧が高ければ高いほ
ど、アクチュエータに供給される流量が少なくなって、
ブリードオフ流量が多くなる。

【００３０】したがって、パワーショベルのバケット背
面を地面に押しつけながらするいわゆる転圧作業時に
は、圧力制御をしながらバケットの押しつけ力を制御で
きる。なお、パイロット操作弁２０の出力信号が小さ
く、スプール弁１２が中立位置にあるときには、ブリー
ドオフ絞り１２ｅの開度が最大に保たれるので、当該ア
クチュエータのシステム圧が低くなる。そのためにアク
チュエータ側の負荷圧が高ければ、その圧力を受けたロ
ードチェック弁が閉状態を維持し、アクチュエータへ流
量が供給されない。第２実施例が、このブリードオフ絞
りを利用して圧力制御ができること以外は第１実施例と
同様である。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の回路図である。

【図２】コントローラのブロック図である。

【図３】第２実施例の回路図である。

【図４】従来の回路図である。

【符号】

Ｐ可変ポンプａアクチュエータ１１制御弁１２スプール弁１２ｅブリードオフ絞り１３レギュレータＣコントローラ１７ストロークセンサ１８第１圧力センサー１９第２圧力センサー２０スプール弁の操作手段としてのパイロット操作
弁２３圧力判定部２６第１演算部２７第２演算部２８第３演算部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者高橋米秋埼玉県浦和市辻８−７−24 カヤバ工業株式会社浦和工場内 (72)発明者藤井篤埼玉県浦和市辻８−７−24 カヤバ工業株式会社浦和工場内 (56)参考文献特開平２−72201（ＪＰ，Ａ) 特開平２−76906（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−43004（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−43006（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−102806（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−174703（ＪＰ，Ａ) 国際公開92／14944（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F15B 11/00 F15B 11/02 F15B 11/05 E02F 9/22

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】可変ポンプと、この可変ポンプの吐出
量を制御するレギュレータと、可変ポンプに接続したス
プール弁と、可変ポンプとスプール弁との間に接続する
とともに電気信号に応じて絞り開度をサーボ制御する制
御弁と、この制御弁のストロークを検出するストローク
センサーと、制御弁の上流側の圧力を検出する第１圧力
センサーと、制御弁の下流側の圧力を検出する第２圧力
センサーと、これら各センサーからの信号に応じて、上
記レギュレータ及び制御弁の開度を制御する信号を出力
するコントローラとを備え、このコントローラは、第２
圧力センサーからの圧力信号が設定圧以上かそれ未満か
を判定する圧力判定部と、高精度制御モードか通常制御
モードかを選択するモード判定部とを有し、前記圧力信
号が設定圧未満の場合には、設定圧と第２圧力センサー
からの圧力信号との偏差を算出して、その偏差をゼロに
近づけるように制御弁を制御し、前記圧力信号が設定圧
以上で、かつ、高精度制御モードの場合には、ストロー
クセンサーの出力から制御弁の開度を算出するととも
に、第１、２圧力センサーの出力から制御弁前後差圧を
それぞれ算出し、これら制御弁の開度及び制御弁前後差
圧から推定流量を算出して、指令流量と推定流量との偏
差を算出し、その偏差がゼロに近づくように制御弁を制
御し、前記圧力信号が設定圧以上で、かつ、通常制御モ
ードの場合には、指令流量に基づいて制御弁の開度を算
出し、この開度とフィードバックされた実開度との偏差
を算出し、その偏差がゼロに近づくように制御弁を制御
することを特徴とする油圧回路の制御装置。