JP6544285B2 - 産業車両 - Google Patents

Description

本発明は、産業車両に関する。

エンジンとモータジェネレータとで油圧機器を駆動させる産業車両としては、例えば、特許文献１に記載されている。特許文献１に記載の産業車両は、エンジン及びモータジェネレータを有する駆動ユニットで駆動される可変容量ポンプと、モータのみで駆動される可変容量ポンプとを備える。油圧機器へは２つの可変容量ポンプからの作動油が供給される。可変容量ポンプは、斜板の傾斜角度に応じて容量が変化する斜板式である。

再公表特許ＷＯ２０１１／０３４０６１号公報

ところで、可変容量ポンプとして、パイロット油圧に応じて斜板の傾斜角度が変化し、これにより、容量が変化するものを用いる場合がある。この種の可変容量ポンプは、作動油によってパイロット油圧を付与していない状態では、最大容量となっている。したがって、駆動ユニットを始動する際には、可変容量ポンプは最大容量となっており、駆動ユニットへの負荷が大きい。

本発明の目的は、エンジンとモータジェネレータとを有する駆動ユニットの負荷を軽減することができる産業車両を提供することにある。

上記課題を解決する産業車両は、油圧機器と、前記油圧機器に、パイロット油圧に応じた吐出量の作動油を供給する可変容量ポンプと、エンジン及びモータジェネレータを有し、前記可変容量ポンプの駆動源となる駆動ユニットと、前記油圧機器に、作動油を供給する固定容量ポンプと、前記固定容量ポンプの駆動源となるモータと、前記駆動ユニットの始動に際して、前記固定容量ポンプから作動油を吐出させ、当該作動油によって付与されるパイロット油圧で前記可変容量ポンプを最小容量とした状態で、前記駆動ユニットを始動させる制御部と、を備える。

これによれば、固定容量ポンプから吐出された作動油を用いて可変容量ポンプを最小容量としてから駆動ユニットを始動することができるため、駆動ユニットの負荷が軽減される。

上記産業車両について、前記制御部は、前記エンジンのアイドリングストップ時に前記可変容量ポンプを最小容量に維持する。
アイドリングストップ時には、短時間の間にエンジンが再び始動され得る。このため、アイドリングストップ時には、可変容量ポンプを最小容量に維持することで、アイドリングストップ解除時の駆動ユニットの負荷を軽減することができる。

本発明によれば、エンジンとモータジェネレータとを有する駆動ユニットの負荷を軽減することができる。

フォークリフトの概略構成図。 制御装置が行う処理を説明するための図。 駆動ユニットの始動時に制御装置が行う処理を示すフローチャート。

以下、産業車両の一実施形態について説明する。
図１に示すように、産業車両としてのフォークリフト１０は、荷役装置１１を備える。荷役装置１１は、左右一対のアウタマスト１２とインナマスト１３とからなる多段式のマスト１４を備える。アウタマスト１２には油圧式のティルトシリンダ１５が連結されている。インナマスト１３には油圧式のリフトシリンダ１６が連結されている。マスト１４は、ティルトシリンダ１５に対する作動油の給排によって車体の前後方向に前傾動作又は後傾動作を行う。インナマスト１３は、リフトシリンダ１６に対する作動油の給排によって車体の上下方向に昇降動作を行う。また、インナマスト１３には、リフトブラケット１７を介してフォーク１８が設けられている。フォーク１８は、リフトシリンダ１６の作動によってインナマスト１３がアウタマスト１２に沿って昇降動作を行うことにより、リフトブラケット１７とともに昇降動作を行う。

フォークリフト１０は、運転者に操作されるティルトレバー１９と、リフトレバー２０とを備える。マスト１４は、ティルトレバー１９の操作に応じて傾動する。マスト１４は、リフトレバー２０の操作に応じて昇降する。フォークリフト１０は、ティルトレバー１９の操作量を検出するティルトセンサ２１と、リフトレバー２０の操作量を検出するリフトセンサ２２と、ティルトセンサ２１及びリフトセンサ２２の検出結果が出力される制御装置２３と、を備える。制御部としての制御装置２３は、フォークリフト１０の制御を統括して行う。なお、制御装置２３は、複数のＥＣＵ（Electronic Control Unit）と、このＥＣＵに対して指令を与える指令部とで構成されるものでもよい。

フォークリフト１０は、上記したリフトシリンダ１６、及び、ティルトシリンダ１５や、油圧式のパワーステアリング装置、ブレーキ装置など、種々の油圧機器に対して作動油を供給する油圧機構３１を備える。油圧機構３１は、制御装置２３に制御されることで、各油圧機器への作動油の給排を行う。

フォークリフト１０は、油圧機構３１を介して油圧機器に対して作動油を供給する可変容量ポンプ４１及び固定容量ポンプ５１と、可変容量ポンプ４１の駆動源となる駆動ユニット４２と、固定容量ポンプ５１の駆動源となるモータ５２と、を備える。また、フォークリフト１０は、作動油が貯留されたオイルタンクＴを備える。

駆動ユニット４２は、モータジェネレータ４３及びエンジン４４を備える。モータジェネレータ４３は、電動機としての機能と、発電機としての機能とを併せ持つ。駆動ユニット４２は、エンジン４４、及び、エンジン４４の出力を補うモータジェネレータ４３の２つの駆動源によって可変容量ポンプ４１を駆動させる。

フォークリフト１０は、モータジェネレータ４３及びモータ５２の電力源となる蓄電装置３２と、蓄電装置３２の直流電力を交流電力に変換してモータジェネレータ４３に供給するインバータ４５と、蓄電装置３２の直流電力を交流電力に変換してモータ５２に供給するインバータ５３と、を備える。蓄電装置３２は、複数の二次電池セルをモジュール化したバッテリである。なお、蓄電装置３２は、フォークリフト１０を走行させる走行用モータの電力源として兼用されていてもよいし、モータジェネレータ４３及びモータ５２の専用の電力源であってもよい。

可変容量ポンプ４１は、斜板４６を備え、斜板４６の傾斜角度に応じて容量が変わる斜板式である。フォークリフト１０は、斜板４６に連結されたピストンを有する油圧シリンダ４７を備える。油圧シリンダ４７は、パイロット油圧に応じてピストンが移動し、ピストンと一体となって斜板４６の傾斜角度が変化する。したがって、可変容量ポンプ４１は、パイロット油圧に応じて１回転あたりの容量（吐出量）が変化するポンプである。

駆動ユニット４２、及び、モータ５２は、制御装置２３によって制御される。詳細にいえば、制御装置２３は、燃料噴射量などを制御することで、エンジン４４の出力を制御する。また、制御装置２３は、各インバータ４５，５３を制御することで、モータジェネレータ４３及びモータ５２の出力を制御する。

フォークリフト１０は、可変容量ポンプ４１に接続された第１油路６１と、固定容量ポンプ５１に接続された第２油路６２と、第１油路６１に供給された作動油と第２油路６２に供給された作動油とが合流する合流油路６３と、を備える。第１油路６１と、合流油路６３とは、第１逆止弁６４を介して接続されている。第２油路６２と、合流油路６３とは、第２逆止弁６５を介して接続されている。第１逆止弁６４及び第２逆止弁６５は、合流油路６３から各油路６１，６２への作動油の逆流を防止するためのものである。

フォークリフト１０は、合流油路６３と油圧機構３１とを接続する接続油路６６を備える。可変容量ポンプ４１、及び、固定容量ポンプ５１から供給された作動油は、合流油路６３及び接続油路６６を流れ、油圧機構３１に供給される。油圧機構３１では、油圧機器に対して作動油を供給する。これにより、油圧機器が駆動する。

フォークリフト１０は、コントロール弁６８と、合流油路６３とコントロール弁６８とを接続する第１パイロット油路６７と、コントロール弁６８と油圧シリンダ４７とを接続する第２パイロット油路６９と、を備える。各パイロット油路６７，６９には、合流油路６３に流れる作動油、すなわち、可変容量ポンプ４１から吐出された作動油、及び、固定容量ポンプ５１から吐出された作動油が流れる。コントロール弁６８が制御装置２３に制御されることで、パイロット油路６７，６９を介した油圧シリンダ４７への作動油の給排が制御される。

次に、制御装置２３が行う制御について作用とともに説明する。
制御装置２３は、リフトレバー２０やティルトレバー１９などの操作量などから、油圧負荷（必要な作動油の流量）を演算し、油圧負荷に応じて可変容量ポンプ４１と固定容量ポンプ５１を制御する。

図２に示すように、制御装置２３は、固定容量ポンプ５１の駆動によって、油圧機器の駆動に必要な作動油の流量（油量）を確保できる場合、モータ５２を駆動して、固定容量ポンプ５１から作動油を吐出させる。固定容量ポンプ５１から吐出される作動油の吐出量は、モータ５２の出力を変更することで変更可能である。制御装置２３は、油圧負荷の上昇に応じてモータ５２の出力を上昇させることで油圧機器に応じた作動油を供給する。

制御装置２３は、固定容量ポンプ５１の駆動によって必要な油量を確保できなくなった場合、モータ５２に代えて駆動ユニット４２を駆動して、可変容量ポンプ４１から作動油を吐出させる。制御装置２３は、エンジン４４の駆動によって必要な油量を確保できる場合、エンジン４４を駆動して作動油を供給する。また、制御装置２３は、蓄電装置３２の残容量（充電率）を監視し、蓄電装置３２を充電する必要があると判定した場合には、油圧機器の駆動に必要な出力よりもエンジン４４の出力を大きくして、モータジェネレータ４３に発電を行わせる。なお、蓄電装置３２の残容量は、図示しない電流センサ及び電圧センサで検出された蓄電装置３２の電流及び電圧から演算される。

制御装置２３は、エンジン４４の駆動によって必要な油量を確保できなくなった場合、モータジェネレータ４３を力行させて、エンジン４４の補助を行わせる。可変容量ポンプ４１から吐出される作動油の吐出量は、駆動ユニット４２の出力、及び、斜板４６の傾斜角度を変更することで変更可能である。制御装置２３は、油圧負荷の上昇に応じて駆動ユニット４２の出力、及び、斜板４６の傾斜角度を変更することで油圧負荷に応じた作動油を供給する。制御装置２３は、必要な油量を駆動ユニット４２の駆動によって確保できなくなった場合、駆動ユニット４２に加えて、モータ５２も駆動させることで、固定容量ポンプ５１及び可変容量ポンプ４１の両方から作動油を吐出させる。

ところで、油圧シリンダ４７にパイロット油圧が付与されていない場合、可変容量ポンプ４１は最大容量となっている。すなわち、合流油路６３に作動油が供給されていない状態では可変容量ポンプ４１は最大容量となっている。また、冬季など環境温度が低い場合には、作動油の温度が環境温度に合わせて低下しており、粘度が増加している。更に、環境温度が低い場合、蓄電装置３２の出力が低下している場合がある。これらの要因により、駆動ユニット４２を始動する際には、駆動ユニット４２に過剰な負荷が生じ得る。本実施形態では、駆動ユニット４２を始動する際に、以下の制御を行うことで、駆動ユニット４２の負荷を軽減させている。

図３に示すように、制御装置２３は、駆動ユニット４２を始動させる際には、まず、モータ５２を駆動させることで固定容量ポンプ５１から作動油を吐出させる（ステップＳ１１）。固定容量ポンプ５１から吐出された作動油は、第２油路６２を介して合流油路６３に流れる。

次に、制御装置２３は、コントロール弁６８を制御して、油圧シリンダ４７へ作動油を導入し、可変容量ポンプ４１が最小容量となるようにパイロット油圧を付与させる（ステップＳ１２）。

次に、制御装置２３は、駆動ユニット４２を始動させることで、可変容量ポンプ４１から作動油を吐出させる（ステップＳ１３）。すなわち、固定容量ポンプ５１→可変容量ポンプ４１の順番でポンプを駆動させることで、固定容量ポンプ５１から供給された作動油を利用して、最小容量になった可変容量ポンプ４１を駆動している。なお、ここでいう最小容量とは、駆動ユニット４２の負荷が最小となる容量（最小負荷容量）を示す。

次に、制御装置２３は、解除条件が成立したか否かを判定する（ステップＳ１４）。制御装置２３は、解除条件が成立するまでは、可変容量ポンプ４１を最小容量に維持する。解除条件としては、例えば、エンジン４４の回転数が所定回転数に達することが挙げられる。所定回転数とは、例えば、アイドリング時の回転数である。解除条件が成立すると、制御装置２３は、可変容量ポンプ４１の容量を油圧負荷に応じた容量とし（ステップＳ１５）、処理を終了する。

また、エンジン４４が一時的に停止したアイドリングストップ時には、短時間の間にエンジン４４が再始動され得る。エンジン４４の再始動の度に、固定容量ポンプ５１から吐出された作動油を利用して可変容量ポンプ４１を最小容量にしていると、エンジン４４の再始動に時間を要する。このため、制御装置２３は、図３に示す制御にてエンジン４４が始動された後、エンジン４４がアイドリングストップされた場合、コントロール弁６８を制御して、可変容量ポンプ４１を最小容量に維持する。この際、制御装置２３は、モータ５２を駆動させることで固定容量ポンプ５１から作動油を吐出させ、この作動油によりパイロット油圧が付与される。

エンジン４４が短時間の間に再始動され得る状況のときには、可変容量ポンプ４１を最小容量に維持することで、エンジン４４の再始動に要する時間を軽減でき、モータ５２の負荷も軽減することができる。

なお、エンジン４４をアイドリングストップさせるか否かの判定は、例えば、油圧負荷やエンジン４４の温度などから制御装置２３によって判定される。
したがって、上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。

（１）駆動ユニット４２を始動するに際して、固定容量ポンプ５１から吐出された作動油によって可変容量ポンプ４１を最小容量にしてから駆動ユニット４２を始動している。このため、駆動ユニット４２の負荷を軽減することができる。駆動ユニット４２の負荷が軽減されることで、駆動ユニット４２の始動性が向上される。固定容量ポンプ５１は、１回転あたりの容量（吐出量）が固定であり、モータ５２の負荷が過剰に大きくなることがない。駆動ユニット４２の始動に際して、固定容量ポンプ５１を用いて作動油を供給しても、モータ５２の負荷は軽微である。したがって、可変容量ポンプ４１のみで油圧機器に作動油を供給する場合に比べて、フォークリフト１０全体の負荷が軽減されている。

（２）アイドリングストップ時には、可変容量ポンプ４１が最小容量で維持されるため、アイドリングストップが解除された際の駆動ユニット４２の負荷が軽減される。
（３）複数のポンプによって作動油を供給する産業車両において、少なくとも１つをモータ５２のみで駆動する固定容量ポンプ５１としている。このため、エンジン４４が停止していても作動油を油圧機器に供給することができる。

（４）可変容量ポンプ４１と固定容量ポンプ５１とを併用している。固定容量ポンプ５１は、可変容量ポンプ４１に比べて、安価であり、小型である。したがって、固定容量ポンプ５１に代えて可変容量ポンプ４１を用いる場合に比べて、製造コストの低減や、省スペース化が図られる。

なお、実施形態は、以下のように変更してもよい。
○制御装置２３は、エンジン４４の回転数が所定回転数に達することに代えて、エンジン４４を始動してから所定時間が経過することを解除条件としてもよい。

○可変容量ポンプ４１としては、パイロット油圧によって容量が変化するものであれば、斜板式とは異なるものであってもよい。
○可変容量ポンプ４１は、複数設けられていてもよい。

○産業車両としては、油圧ショベルなどの建機であってもよい。この場合、油圧機器としては、ブームを駆動するブームシリンダ、アームを駆動するアームシリンダ、バケットを駆動するバケットシリンダなどが挙げられる。

○油圧機器は、実施形態に挙げたものに限られず、油圧モータなどであってもよい。また、アタッチメントが装備されている場合、アタッチメントを動作させる油圧シリンダであってもよい。なお、アタッチメントとしては、例えば、フォーク１８を左右方向に移動させるシフターや、対象物を挟むクランプなどが挙げられる。

○アイドリングストップ時のような一時的なエンジン４４の停止の際に、油圧シリンダ４７にパイロット油圧が付与されなくなるようにコントロール弁６８を制御してもよい。この場合、エンジン４４を再始動する度に、固定容量ポンプ５１から吐出される作動油を用いて、可変容量ポンプ４１を最小容量にする。

○モータ５２への出力（供給電力）［ｋｗ］に上限を設定し、この上限を蓄電装置３２の残容量に応じて変更してもよい。モータ５２への出力に上限を設定することで、可変容量ポンプ４１と固定容量ポンプ５１の仕事比率を決定できる。蓄電装置３２の残容量が少ないときには、モータ５２の仕事利率を低くすることで、蓄電装置３２の残容量が尽きることを抑止することができる。

○モータ５２は、合流油路６３で合流した作動油の圧力に対して圧力補償されるように制御されてもよい。可変容量ポンプ４１は、油圧負荷に応じて容量を変更させるため、これに伴い、油圧機器に供給される作動油の圧力が変動しやすい。可変容量ポンプ４１の容量の変更に合わせてモータ５２の回転数を調整することで、合流油路６３で合流した作動油の圧力の変動を少なくすることができる。

○産業車両は、油圧モータの駆動によって走行するものでもよい。

１０…フォークリフト、１５…ティルトシリンダ、１６…リフトシリンダ、２３…制御装置、４１…可変容量ポンプ、４２…駆動ユニット、４３…モータジェネレータ、４４…エンジン、４６…斜板、４７…油圧シリンダ、５１…固定容量ポンプ、５２…モータ。

Claims (2)

1. 油圧機器と、
   前記油圧機器に、パイロット油圧に応じた吐出量の作動油を供給する可変容量ポンプと、
   エンジン及びモータジェネレータを有し、前記可変容量ポンプの駆動源となる駆動ユニットと、
   前記油圧機器に、作動油を供給する固定容量ポンプと、
   前記固定容量ポンプの駆動源となるモータと、
   前記駆動ユニットの始動に際して、前記固定容量ポンプから作動油を吐出させ、当該作動油によって付与されるパイロット油圧で前記可変容量ポンプを最小容量とした状態で、前記駆動ユニットを始動させる制御部と、を備える産業車両。
2. 前記制御部は、前記エンジンのアイドリングストップ時に前記可変容量ポンプを最小容量の状態に維持する請求項１に記載の産業車両。

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