(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-08-29
(54)【発明の名称】パイロット圧制御装置
(51)【国際特許分類】
F15B 11/08 20060101AFI20240822BHJP
F15B 11/042 20060101ALI20240822BHJP
【ＦＩ】
F15B11/08 A
F15B11/042
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2024508713
(86)(22)【出願日】2022-09-01
(85)【翻訳文提出日】2024-02-13
(86)【国際出願番号】 EP2022025409
(87)【国際公開番号】W WO2023036463
(87)【国際公開日】2023-03-16
(31)【優先権主張番号】P 2021145466
(32)【優先日】2021-09-07
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】505236469
【氏名又は名称】キャタピラー エス エー アール エル
(74)【代理人】
【識別番号】100092565
【弁理士】
【氏名又は名称】樺澤 聡
(74)【代理人】
【識別番号】100112449
【弁理士】
【氏名又は名称】山田 哲也
(72)【発明者】
【氏名】中嶌 秀樹
(72)【発明者】
【氏名】古賀 寿和
【テーマコード（参考）】
3H089
【Ｆターム（参考）】
3H089AA12
3H089AA22
3H089AA60
3H089BB17
3H089CC01
3H089CC08
3H089CC11
3H089DA03
3H089DA14
3H089DB05
3H089DB43
3H089DB63
3H089DB75
3H089EE15
3H089EE24
3H089EE31
3H089EE36
3H089FF07
3H089GG02
3H089JJ02
(57)【要約】
安価な構成でパイロット圧を確保できるパイロット圧制御装置を提供する。流体圧アクチュエータ（４）の駆動によりポンプ圧が所定圧以下に低下したときに、そのポンプ圧の低下の原因となっているスプール（８）の開口を絞るように制御するコントローラ（２６）を備える。蓄圧用のアキュムレータ（２２）を大型化することなく安価な構成でポンプ圧を保持でき、このポンプ圧からパイロット回路（１７）によってパイロット圧を確保できる。
【選択図】図１
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
コントロールバルブによりポンプから吐出された作動流体を制御して流体圧アクチュエータを駆動するメイン回路と、ポンプから吐出された作動流体の一部を減圧制御した圧力をパイロット圧力源として供給するパイロット回路とを備える流体圧回路のパイロット圧を制御するパイロット圧制御装置であって、流体圧アクチュエータの駆動によりポンプ圧が所定圧以下に低下したときに、そのポンプ圧の低下の原因となっているスプールの開口を絞るように制御するコントローラを備える
ことを特徴とするパイロット圧制御装置。
【請求項2】
コントローラは、流体圧アクチュエータの駆動によりポンプ圧が所定圧以下の状態が所定時間以上継続したときに、そのポンプ圧の低下の原因となっているスプールの開口を絞るように制御することを特徴とする請求項１記載のパイロット圧制御装置。
【請求項3】
流体圧アクチュエータの流体圧力を検出する圧力センサを備え、コントローラは、圧力センサにより検出された圧力に基づき、ポンプ圧の低下の原因となっているスプールを特定する
ことを特徴とする請求項１または２記載のパイロット圧制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、流体圧回路のパイロット圧を制御するパイロット圧制御装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、メインポンプからの吐出油の一部を減圧弁により設定圧力まで減圧することで、パイロットポンプを要することなくパイロット圧を生成する油圧回路がある。
【0003】
このような構成の場合、メインポンプからの吐出油の圧力が低下すると、必要なパイロット圧を維持できなくなることが懸念される。
【0004】
そこで、アキュムレータを配置することで、メインポンプの圧力が必要なパイロット圧力よりも下がった場合であっても、短時間であればアキュムレータに蓄えられた圧力により必要なパイロット圧を保持しているものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２００１－２０９０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、上述の構成の場合、パイロット圧の保持時間を長くするためには、アキュムレータの大型化が必要になる。アキュムレータの大型化は、システムの大型化やコストアップを招く。
【0007】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、安価な構成でパイロット圧を確保できるパイロット圧制御装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
請求項１記載の発明は、コントロールバルブによりポンプから吐出された作動流体を制御して流体圧アクチュエータを駆動するメイン回路と、ポンプから吐出された作動流体の一部を減圧制御した圧力をパイロット圧力源として供給するパイロット回路と、を備える流体圧回路のパイロット圧を制御するパイロット圧制御装置であって、流体圧アクチュエータの駆動によりポンプ圧が所定圧以下に低下したときに、そのポンプ圧の低下の原因となっているスプールの開口を絞るように制御するコントローラを備えるパイロット圧制御装置である。
【0009】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のパイロット圧制御装置におけるコントローラが、流体圧アクチュエータの駆動によりポンプ圧が所定圧以下の状態が所定時間以上継続したときに、そのポンプ圧の低下の原因となっているスプールの開口を絞るように制御するパイロット圧制御装置である。
【0010】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載のパイロット圧制御装置において、流体圧アクチュエータの流体圧力を検出する圧力センサを備え、コントローラが、圧力センサにより検出された圧力に基づき、ポンプ圧の低下の原因となっているスプールを特定するパイロット圧制御装置である。
【発明の効果】
【0011】
請求項１記載の発明によれば、蓄圧用のアキュムレータを大型化することなく安価な構成でポンプ圧を保持でき、このポンプ圧からパイロット回路によってパイロット圧を確保できる。
【0012】
請求項２記載の発明によれば、ポンプ圧の瞬間的な変化に応じてコントローラが頻繁にスプールの開口を絞ることを防止できる。
【0013】
請求項３記載の発明によれば、精度よくポンプ圧およびパイロット圧を制御することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】本発明に係るパイロット圧制御装置の一実施の形態を示す回路図である。
【図2】同上パイロット圧制御装置の制御ブロック図である。
【図3】同上パイロット圧制御装置による制御方法を示すフローチャートである。
【図4】（ａ）は同上パイロット圧制御装置を備える流体圧回路のポンプ圧およびアクチュエータの流体圧力の変化の一例を示すグラフ、（ｂ）は（ａ）の圧力変化を生じさせるレバー操作の一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0015】
【0016】
図１において、１は流体圧回路である。流体圧回路１は、ポンプ２を備える。ポンプ２は、エンジンやモータ等の原動機３により動作され、作動流体を流体圧回路１に供給するメインポンプである。すなわち、ポンプ２は、機械的動力を流体圧動力に変換する。ポンプ２により変換された流体圧動力は、流体圧アクチュエータ４により機械的動力に変換される。流体圧アクチュエータ４は、任意のものを任意の数用いてよい。図１において、流体圧アクチュエータ４は、流体圧モータ４ａ、および、流体圧シリンダ４ｂを例に挙げて示している。また、ポンプ２により流体圧回路１中に供給される作動流体は、図示されないタンクに貯留される。タンクは、流体圧回路１の戻り流体を受け取る。
【0017】
そして、流体圧回路１は、原動機３により作動されるポンプ２から吐出されて流体圧アクチュエータ４に供給される作動流体の流量および方向を、オペレータによるレバーやペダル等の操作体の操作に応じてコントロールバルブ５により制御することで、流体圧アクチュエータ４を動作させて動力を得るメイン回路６を備える。
【0018】
コントロールバルブ５は、ポンプ２の吐出ラインであるポンプライン７を備える。ポンプライン７を介して、ポンプ２がタンクと接続される。ポンプライン７には、流体圧アクチュエータ４の数に応じた複数のスプール８が配置されている。スプール８と流体圧アクチュエータ４とが、対をなす接続通路９，１０により接続され、スプール８の変位方向および変位量に応じて流体圧アクチュエータ４に供給される作動流体の方向および流量が制御される。
【0019】
スプール８は、オペレータの操作体の操作に応じて供給されるパイロット圧に応じて変位方向および変位量すなわち開口量（弁開度）が操作される。このパイロット圧力は、パイロット回路１７から供給される。パイロット回路１７は、ポンプライン７から分岐され、原動機３により作動されるポンプ２から吐出された作動流体の一部を減圧制御して供給する。一例として、パイロット回路１７は、ポンプ２から吐出された作動油の圧力を降下させパイロット１次圧を生成する減圧弁２０と、パイロット１次圧を保持するためのチェック弁２１と、パイロット１次圧平滑用のアキュムレータ２２と、スプール８に作用するパイロット圧（パイロット２次圧）を制御する電磁弁（電磁比例弁）２３と、を備える。減圧弁２０、チェック弁２１、および、アキュムレータ２２が、ポンプライン７から分岐されるパイロットライン２４に順次配置され、パイロットライン２４が、スプール８毎にその一端側と他端側とにそれぞれ配置された電磁弁２３へと分岐されている。すなわち、ポンプ２から吐出された作動油が減圧弁２０により減圧され、各スプール８のストロークを制御する各電磁弁２３へと分配供給されるように構成されている。
【0020】
このパイロット回路１７により設定されるパイロット圧は、コントローラ（ＥＣＭ）２６を介して設定される。コントローラ２６は、電磁弁２３のソレノイドと電気的に接続されている。オペレータの操作等に応じてコントローラ２６から電磁弁２３のソレノイドに対して電気信号である制御信号が出力され、この制御信号による電磁弁２３のソレノイドの通電量（電流）の増減に応じてスプール８の変位量が増減されるように制御される。
【0021】
【0022】
圧力センサ２９は、流体圧モータ４ａの一方向および他方向への回転時（正逆回転時）のそれぞれの負荷圧、および、流体圧シリンダ４ｂのロッド圧、ヘッド圧を検出する。
【0023】
そして、コントローラ２６は、流体圧アクチュエータ４の駆動によりポンプ圧が所定の圧力以下に低下したときに、そのポンプ圧の低下の原因となっているスプール８の開口を絞るように電磁弁２３を制御する。これらコントローラ２６、ポンプ圧センサ２８、圧力センサ２９、および、電磁弁２３により、パイロット圧制御装置３０が構成されている。
【0024】
本実施の形態において、流体圧回路１は、例えば油圧ショベル等の作業機械に用いられる油圧回路である。この場合、流体圧アクチュエータ４は、流体圧モータ４ａが作業機械の走行用、旋回用に用いられ、流体圧シリンダ４ｂがブーム、アーム（スティック）、バケット等からなる作業機の動作用等に用いられる。
【0025】
【0026】
概略として、コントローラ２６は、ポンプ圧センサ２８および圧力センサ２９によってポンプ圧およびアクチュエータ圧をそれぞれモニタリングし、流体圧アクチュエータ４の駆動によりポンプ圧が必要なパイロット圧以下に低下したときには、そのポンプ圧の低下の原因または主要因となっている流体圧アクチュエータ４への作動流体の方向・流量を制御するスプール８を特定し、そのスプール８の開口を絞る制御信号を生成してそのスプール８に対応する電磁弁２３のソレノイドに出力することでポンプ圧の低下を抑制し、パイロット圧を確保する。
【0027】
より詳細に、まず、コントローラ２６は、図２に示されるように、ポンプ圧センサ２８の出力に基づき、ポンプ圧を確認し、ポンプ圧状態を判断する。
【0028】
具体的に、図３に示されるステップＳ１において、コントローラ２６は、ポンプ圧が予め設定された所定圧以下であるか否かを判断する。所定圧は、予め設定された必要なパイロット圧であり、例えば４ＭＰａ等である。ステップＳ１において、ポンプ圧が予め設定された所定圧以下であると判断した場合（フローチャートのＹＥＳの場合）、コントローラ２６は、ステップＳ２において、予め設定された所定時間経過したか否かを判断する。所定時間は、アキュムレータ２２の吐出時間を基に予め設定されている。ステップＳ２において、所定時間が経過したと判断した場合（フローチャートのＹＥＳの場合）、つまり、ポンプ圧が所定圧以下の状態が所定時間以上継続したと判断した場合、ステップＳ３に進む。一方、ステップＳ１において、ポンプ圧が所定圧以下でないと判断した場合（フローチャートのＮＯの場合）、および、ステップＳ２において、所定時間が経過していないと判断した場合（フローチャートのＮＯの場合）、それぞれステップＳ１に戻る。
【0029】
次いで、図２に示されるように、コントローラ２６は、圧力センサ２９の出力に基づき、流体圧アクチュエータ４の流体圧力（負荷圧）、すなわちアクチュエータ圧を確認し、アクチュエータ圧状態を判断する。具体的に、図３に示されるステップＳ３において、コントローラ２６は、各流体圧アクチュエータ４の流体圧力（負荷圧）を圧力センサ２９の出力からそれぞれ検出し、それぞれの流体圧力に対して予め設定された所定の閾値圧以下であるか否かを判断する。
【0030】
そして、図２に示されるように、コントローラ２６は、ポンプ圧状態とアクチュエータ圧状態とに基づきアクチュエータ制御を実施する。
【0031】
具体的に、図３に示されるステップＳ３で確認したアクチュエータ圧に基づき、コントローラ２６は、ステップＳ４において、ポンプ圧低下の原因または主要因となっている流体圧アクチュエータ４への作動流体の方向・流量を制御する対象スプールを特定する。
【0032】
さらに続いて、ステップＳ５において、コントローラ２６は、ステップＳ４で特定した対象となるスプール８の電磁弁２３のソレノイドへの指令値、すなわち制御信号を変更することにより、対象となるスプール８の開口を絞り、流体圧アクチュエータ４のアクチュエータ圧を増加させる。このとき、動作を滑らかにするために、スプール８はスムーズに絞るようにする。例えば、コントローラ２６は、対象の流体圧アクチュエータ４の動作が急に変動しないように、スプール８を急な圧力変化が生じない程度の所定の時間を掛けて絞るように電磁弁２３のソレノイドへの指令値を設定する。このとき、コントローラ２６は、このスプール８の絞り動作によって、対象の流体圧アクチュエータ４については多少の速度犠牲は生じるものの、オペレータが違和感やストレスを覚えない程度の速度低下に留めるようにする。
【0033】
この後、コントローラ２６は、ポンプ圧センサ２８の出力に基づき、ポンプ圧を確認し、ポンプ圧状態を判断する。
【0034】
具体的に、コントローラ２６は、ステップＳ６において、ポンプ圧が予め設定された所定圧以上であるか否かを判断する。所定圧は、予め設定された必要なパイロット圧であり、例えば４ＭＰａである。この所定圧は、ステップＳ１の判断時に使用した所定圧と同一でもよいし、異なっていてもよい。ステップＳ６において、ポンプ圧が予め設定された所定圧以上であると判断した場合（フローチャートのＹＥＳの場合）、コントローラ２６は、ステップＳ７において、予め設定された所定時間経過したか否かを判断する。所定時間は、アキュムレータ２２に再度蓄圧されるまでの時間に応じて設定されており、ステップＳ２の判断時に使用した所定時間と同一でもよいし、異なっていてもよい。ステップＳ７において、所定時間が経過したと判断した場合（フローチャートのＹＥＳの場合）、つまり、ポンプ圧が所定圧以上の状態が所定時間以上継続したと判断した場合、制御を終了する。一方、ステップＳ６において、ポンプ圧が所定圧以上でないと判断した場合（フローチャートのＮＯの場合）、および、ステップＳ７において、所定時間が経過していないと判断した場合（フローチャートのＮＯの場合）、それぞれステップＳ６に戻る。
【0035】
一例として、図４（ａ）および図４（ｂ）のグラフを参照すると、作業機械において、左右の走行ペダルの操作入力ＯＰ１，ＯＰ２によって機体が走行しているとき（図中では０でないとき）に、作業機のアームアウト（スティックアウト）のための操作入力ＯＰ３がフル入力されると、流体圧アクチュエータ４のロッド圧ＰＡおよびポンプ圧ＰＰが急激に大きく低下し、所定圧ＰＴＨ以下となる。本実施の形態では、このような状態の継続時間Ｔが所定時間以上となった場合に、その原因となっているスプール８、この例では、アーム操作用の流体圧アクチュエータ４に供給される作動流体の方向・流量を制御するスプール８の開口を絞ることにより、流体圧アクチュエータ４のロッド圧ＰＡおよびポンプ圧ＰＰを所定圧ＰＴＨ以上に復帰させる。
【0036】
すなわち、一実施の形態によれば、コントローラ２６が、流体圧アクチュエータ４の駆動によりポンプ圧が所定圧以下に低下したときに、そのポンプ圧の低下の原因となっているスプール８の開口を絞るように制御することで、蓄圧用のアキュムレータ２２を大型化することなく、つまり安価な構成でポンプ圧を保持でき、このポンプ圧からパイロット回路１７によってパイロット圧を確保できる。
【0037】
このとき、コントローラ２６は、流体圧アクチュエータ４の駆動によりポンプ圧が所定圧以下の状態が所定時間以上継続したときに、そのポンプ圧の低下の原因となっているスプール８の開口を絞るように制御するため、ポンプ圧の瞬間的な変化に応じてコントローラ２６が頻繁にスプール８の開口を絞ることを防止できる。
【0038】
また、スプール８の開口を絞る際には、スムーズに絞ることで流体圧アクチュエータ４の動作を滑らかにすることができるとともに、流体圧アクチュエータ４の動作にオペレータが違和感を抱かないようにすることができる。
【0039】
コントローラ２６は、圧力センサ２９により検出された流体圧アクチュエータ４の流体圧力に基づき、ポンプ圧の低下の原因となっているスプール８を特定するので、精度よくポンプ圧およびパイロット圧を制御することが可能となるとともに、制御対象となるスプール８を、ポンプ圧、および、流体圧アクチュエータ４の流体圧力をモニタしておくことで容易に検出できるため、制御パラメータの調整を簡略化できる。
【0040】
また、ポンプ圧が所定圧以上となっても、アキュムレータ２２に再度蓄圧されるまでの時間は制御を継続するので、ポンプ圧が所定圧以上となってからすぐに再度ポンプ圧が所定圧以下に低下することを防止できる。
【0041】
なお、上記一実施の形態において、コントローラ２６は、ポンプ圧が所定圧以下に低下したときの主要因となっているスプール８の開口を絞るように制御したが、複数の流体圧アクチュエータ４の駆動がポンプ圧の低下の原因となっている場合には、主要因となっている一つのスプール８の開口を絞るように制御するに限らず、複数のスプール８の少なくともいずれかの開口を絞るように制御してもよい。
【0042】
さらに、スプール８の開口量を制御するため電磁弁２３を設けて、コントローラ２６が電磁弁２３の制御信号を生成することでスプール８の開口量を調整可能な構成としたが、これに限らず、スプール８自体を電磁比例弁として、コントローラ２６がスプール８の制御信号を生成することでスプール８の開口量を直接的に調整可能な構成としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【0043】
本発明は、流体圧回路、および、それを備える作業機械等の製造業、販売業等に携わる事業者にとって産業上の利用可能性がある。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【国際調査報告】