JP2001271758A - エンジン回転数センシング機能を有する油圧回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エンジンの回転数に応じて、このエンジンで
駆動する可変容量ポンプの吸収トルクを制御可能な油圧
回路を提供する。 【解決手段】 エンジン回転数の代用値として、同じエ
ンジン(1)で駆動する固定容量ポンプ(3)の吐出流量を、
絞り差圧によって間接的に検出し、この圧力を可変容量
ポンプ(2)の制御手段(2b)へ導入する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジン回転セン
シング機能を有する油圧回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の可変容量ポンプを備えた油圧回路
として、油圧ショベルの油圧回路を例に挙げこの油圧回
路について図７を参照して以下に説明する。

【０００３】図７に、一般的な油圧ショベルの油圧回路
図を例示する。エンジン１で駆動される可変容量ポンプ
２（ここでは便宜上斜板式ポンプとする）及び固定容量
ポンプ３がそれぞれ図示しない油圧回路へ圧油を供給し
ている。可変容量ポンプ２は、可変容量ポンプ２及び固
定容量ポンプ３の合計の吸収トルクを予め設定した略一
定の所定値に保てるように、ポンプ容量を制御する要素
として、シリンダ２ａ及びトルク一定制御弁２ｂを有す
る。

【０００４】シリンダ２ａは油圧によって、可変容量ポ
ンプ２の容量を司る斜板の傾転角度を調整自在としてい
る。シリンダ２ａは、ボトム側の油圧が上昇して図中左
方向へ伸長すれば可変容量ポンプ２の容量を減少させ、
ボトム側の油圧が下降して図中右方向へ付勢するばねの
力で収縮すれば可変容量ポンプ２の容量を増大させる。
トルク一定制御弁２ｂは、可変容量ポンプ２と固定容量
ポンプ３との吐出油圧に応じて可変容量ポンプ２の吐出
油圧を減圧して供給することにより、シリンダ２ａのボ
トム側の油圧を調整して可変容量ポンプ２の容量を増減
させることで、可変容量ポンプ２と固定容量ポンプ３と
の合計の吸収トルクが、略一定の所定値になるように制
御している。これにより、負荷圧力の低いときには可変
容量ポンプ２の容量が増大し、負荷圧力の高いときには
可変容量ポンプ２の容量が減少して、吸収トルクが負荷
によらず一定値になる。したがって作業条件に合わせて
吸収トルクの値（＝吐出圧力×容量）を設定すれば、負
荷変動によるエンストを避けながらある程度有効にエン
ジン１の出力を油圧に変換できる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来技術では、エンジン１の出力トルクに対するポンプ
２，３の吸収トルク設定値の選定が問題になる。一般に
エンジンの出力トルクは回転数によって変動するもので
あり、設定値を例えばエンジン１の最大トルク近傍まで
上げたとする。そうすると大半の運転領域では負荷をか
けたときに、エンジン１のトルクが不足するため、エン
ジン１の回転数が低下して最悪の場合エンストする。ま
た設定値を例えばローアイドルでの低い出力トルクに合
わせたとする。そうすると大半の運転領域では、出力ト
ルクに対し可変容量ポンプ２の吸収トルクが過度に小さ
くなり、エンジン１の出力の内わずかしか油圧動力とし
て引き出せない。

【０００６】これに対し、従来技術では図７に示すよう
な対策を講じている。エンジン１の回転数を検出する回
転検出センサ５０と、回転検出センサ５０の検出した値
を信号入力してこれに応じた制御信号を出力するコント
ローラ６０と、前記制御信号に応じて電磁比例力により
トルク一定制御弁２ｂに推力を与え制御特性を変化させ
るソレノイド２ｃとを設ける。これにより、エンジン１
の回転数変化に伴って変動する出力トルクの値に準ずる
ように、ポンプ２，３の吸収トルク設定値を回転数に合
わせて自在に調整可能とし、広範な回転数領域で吸収ト
ルク過大によるエンスト及び回転数低下を避けながらエ
ンジン１の出力を有効に油圧動力として引き出すような
制御ができる。しかしながら以上述べた形態では、回転
検出センサ５０及びコントローラ６０を設け、かつトル
ク一定制御弁２ｂもソレノイド２ｃを有する電磁比例制
御弁とする必要があるので製造コストが増大する。

【０００７】本発明は、上記の問題点に着目してなされ
たものであり、負荷変動に対して容量を変化させること
で吸収トルクを設定値に保つポンプ制御において、エン
ジンの回転数の設定に応じてこの吸収トルクの設定値を
増減させることにより、広範な回転数領域でエンスト及
び回転数低下を避けながらエンジンの出力を有効に油圧
動力として引き出す油圧回路を安価に提供することを目
的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段、作用及び効果】上記の目
的を達成するために、本発明は、エンジンと、このエン
ジンによって駆動するとともに、吸収トルクが所定の目
標値となるように容量を制御する容量制御手段を備えた
可変容量ポンプと、このエンジンによって駆動する固定
容量ポンプとを有する油圧回路において、固定容量ポン
プの吐出通路に設けた絞りの直上流と直下流との圧力を
容量制御手段に導入することにより、固定容量ポンプの
吐出流量の変化に応じて前記可変容量ポンプの吸収トル
ク目標値を制御可能とすることで、エンジン回転センシ
ング機能を有する油圧回路としたことを特徴とする。

【０００９】上記構成によると、絞りの前後差圧を容量
制御手段に導入することにより、エンジンの回転数条件
に応じてポンプの吸収トルク設定値を変えながらトルク
一定制御を行うことができる。したがって、例えばエン
ジンの回転数下降（上昇）に伴って減少（増大）するよ
うなポンプの吸収トルク特性を設定することで、負荷が
増大してエンジン回転数が低下する場合にはこれに伴な
いポンプの吸収トルクを低下させてエンジンの負担を軽
減するので、エンストを防止するとともに回転数の低下
を最小限に抑えることができる。また、通常特に定格点
付近では、吸収トルク設定値をエンジンの出力トルク値
に近づけることで、エンジンの出力を充分に油圧動力と
して引き出すことができる。しかも、エンジン回転数を
検知するセンサ、電磁比例制御弁及びコントローラとい
った高価な機器を用いないので、製造コストを抑えられ
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施形態について詳細に説明する。まず、本発明の第１
の実施形態について、図１、図２を参照して説明する。
なお、説明は従来技術の実施形態と相違する部分のみに
限ることとして、従来技術の実施形態と同一の構成要素
には同一符号を付し、ここでの説明を省く。

【００１１】図１は本発明の第１の実施形態による油圧
回路図である。可変容量ポンプ２、固定容量ポンプ３の
吐出圧力をそれぞれ、トルク一定制御弁２ｂの切換パイ
ロット圧力室２ｊ，２ｋに導入している。切換パイロッ
ト圧力室２ｊ，２ｋに付加される可変容量ポンプ２，３
の吐出圧力が上昇すると、トルク一定制御弁２ｂが図中
左方向へ移動し、シリンダ２ａのボトム側圧力が上昇し
てシリンダ２ａが図中左方向へ伸長し、可変容量ポンプ
２の容量が減少する。可変容量ポンプ２または３の吐出
圧力が下降すると、トルク一定制御弁２ｂが図中右方向
へ移動し、シリンダ２ａのボトム側圧力が下降してシリ
ンダ２ａが図中右方向へ収縮し、可変容量ポンプ２の容
量が増加する。これにより、可変容量ポンプ２の吐出圧
力及び容積の積（すなわち吸収トルク）並びに固定容量
ポンプ３の吐出圧力及び容積の積の合計を一定に保っ
て、ポンプ２，３の吸収トルクを予め設定された略一定
の設定値以下とするように制御する。なお、吸収トルク
の設定値は、トルク一定制御弁２ｂのばね２ｐの付勢力
（図中右方向）によって与えられる。

【００１２】また、固定容量ポンプ３の吐出通路上に固
定絞り４を設け、固定絞り４の両側の圧力をそれぞれ両
方向一対の切換パイロット圧力としてトルク一定制御弁
２ｂへ導入している。固定絞り４の直上流の圧力はトル
ク一定制御弁２ｂを図中右方向へ付勢するパイロット圧
力室２ｍへ、直下流の圧力は図中左方向へ付勢するパイ
ロット圧力室２ｎへそれぞれ導入される。したがって、
トルク一定制御弁２ｂは、固定絞り４の上下流の差圧Δ
Ｐに比例する油圧力で図中右方向に付勢される。これに
より、前記ばね２ｐの付勢力に前記差圧ΔＰによる油圧
力の応援を加えることでばね力を強化したのと同じこと
になり、吸収トルクの設定値を変化させることができ
る。

【００１３】エンジン１の回転数が上昇すると、固定容
量ポンプ３の吐出流量は増加し、固定絞り４の上下流の
差圧ΔＰも増加する。そのため、トルク一定制御弁２ｂ
の図中右方向への付勢力が増加して移動し、シリンダ２
ａのボトム圧力が低下して収縮し、可変容量ポンプ２の
容量が増加し、吸収トルクが増加する。エンジン１の回
転数が下降すると、逆の過程をたどって可変容量ポンプ
２の容量が減少し、吸収トルクが減少する。

【００１４】上記回路によって制御される可変容量ポン
プ２の吸収トルクとエンジン１とのマッチングについ
て、図２を参照して説明する。なお、説明を単純化する
ために、固定容量ポンプ３の容量及び吸収トルクはごく
小さく、したがって固定容量ポンプ３の吸収トルクの影
響は無視して構わないものとする。

【００１５】図２は本発明の第１実施形態における可変
容量ポンプ２の吸収トルク線図であり、エンジン１の回
転数ＮとトルクＴとの関係を示す。

【００１６】図２中のＴｅはエンジン１の出力トルクで
あり、Ｔｐは可変容量ポンプ２の吸収トルク設定値であ
る。出力トルクＴｅは最大トルク発生回転数Ｎｔから定
格回転数Ｎｒにわたって回転数Ｎが上昇するにつれて減
少し、吸収トルクＴｐは回転数Ｎの上昇に伴って増加す
るように設定されていて、出力トルクＴｅと吸収トルク
Ｔｐとは定格回転数Ｎｒにて交わるように設定されてい
る。交わるトルク値をＴｍとする。Ｎ≦Ｎｒならば、常
にＴｅ≧Ｔｐなので、可変容量ポンプ２の負荷によるエ
ンジン１のエンスト及び回転数低下は避けられ、しかも
Ｎ＝Ｎｒの点では、Ｔｅ＝Ｔｐなのでエンジン１の出力
を１００％油圧動力として活用できる。

【００１７】次に、可変容量ポンプ２以外の負荷による
影響を受けた場合について述べる。当初、Ｎ＝Ｎｒ、Ｔ
ｐ＝Ｔｍでマッチングしていたとする。ここで例えばエ
アコンを作動させれば、エンジン１に更なる負荷をかけ
ることになり、トルク不足となって回転数Ｎは低下す
る。エアコンによる負荷トルク増加分をΔＴａとする
と、Ｔｐ＝Ｔｍのままであればエンジン１の負荷トルク
はＴｍ＋ΔＴａとなり、Ｔｅ＝Ｔｍ＋ΔＴａとなる点Ｎ
ｄまで回転数Ｎは低下することになる。しかし、本発明
によれば、前述のように回転数Ｎが低下すれば吸収トル
クＴｐも低下する制御が成される。したがって回転数Ｎ
は、吸収トルクＴｐの低下分をΔＴｂとしてＴｅ＝Ｔｍ
＋ΔＴａ−ΔＴｂとなる点Ｎｃでマッチングし、Ｎｃ＞
Ｎｄ（ΔＴｂ≠０ならば）なので回転数Ｎの低下量が抑
えられる。しかも、エンジン回転数を検知する回転検出
センサ、電磁比例制御弁及びコントローラといった高価
な機器を用いないので、製造コストを抑えられる。

【００１８】次に、第２の実施形態について図３、図４
を参照して説明する。なお、説明は第１の実施形態と相
違する部分のみに限ることとして、第１の実施形態と同
一の構成要素には同一符号を付し、ここでの説明を省
く。

【００１９】図３は本発明の第２の実施形態による油圧
回路図である。固定絞り４の直下流に電磁切換弁７を設
け、固定絞り４の直上流の圧力を前記パイロット圧力室
２ｍへ、電磁切換弁７の直下流の圧力を前記パイロット
圧力室２ｎへそれぞれ導入する。電磁切換弁７は、エン
ジン１への燃料供給量を増減する燃料ダイヤル１０に連
動するリミットスイッチ１１によって切換駆動用電源を
ＯＮ・ＯＦＦ自在となっており、電源ＯＦＦ時は固定絞
り４の下流の通路を充分に開放し、電源ＯＮ時は前記通
路に所定の絞り抵抗を与える。リミットスイッチ１１
は、燃料ダイヤル１０を操作することによってＯＮ・Ｏ
ＦＦ切換される。例えばエンジン１の目標回転数をＮｍ
未満とする位置に燃料ダイヤル１０を操作するとリミッ
トスイッチ１１はＯＮとなり、Ｎｍ以上とする位置に操
作するとリミットスイッチ１１はＯＦＦとなる。したが
って、Ｎ＜Ｎｍの範囲では電磁切換弁７の電源がＯＮと
なり、固定絞り４の抵抗に電磁切換弁７の絞り抵抗が加
わる分、上下流の差圧ΔＰが増大し、トルク一定制御弁
２ｂを右方向へ付勢する力も増大するために吸収トルク
Ｔｐが上昇する。この作動により、回転数Ｎに対する吸
収トルクＴｐの特性はＮｍを境に非連続的に変化する。

【００２０】この特性の変化について図４を参照して具
体的に説明する。図４は本実施形態における可変容量ポ
ンプ２の吸収トルク線図であり、エンジン１の回転数Ｎ
とトルクＴとの関係を示す。図４中の吸収トルクＴｐは
可変容量ポンプ２の吸収トルク設定値であり、Ｎ＝Ｎｍ
の点を境として鋸刃状の非連続的変化をしている。ここ
では便宜上、吸収トルクＴｐのＮ≧Ｎｍ領域部分のカー
ブ（固定絞り４の抵抗によって規定）をＴｐ１，吸収ト
ルクＴｐのＮ＜Ｎｍ領域部分のカーブ（固定絞り４と電
磁切換弁７との合計抵抗によって規定）をＴｐ２と呼称
する。もしも電磁切換弁７が存在しなければ吸収トルク
Ｔｐの特性は、Ｔｐ１をＮ＜Ｎｍ領域までそのまま延長
した連続して右肩上がりのカーブになる。

【００２１】本実施形態によれば、第１実施形態の効果
に加えて以下の効果が得られる。（これは第１実施形態
の場合もそうなのだが）吸収トルクＴｐが単調な右肩上
がりのカーブだと、特に低回転数領域ではＴｅ≫Ｔｐと
なり、エンジン１に余力があるにも関わらず取出せる油
圧動力は過剰に小さくなり、作業能力が過剰に低下す
る。そこで電磁切換弁７の前記作用によってＮ＜Ｎｍ領
域での吸収トルクＴｐの特性カーブをＴｐ１からＴｐ２
に引き上げることにより、エンジン１の余力を見込んだ
上で取出せる油圧動力の値を引き上げて作業能力をある
程度充分に確保できるので、特に低回転数領域での作業
性が向上する。しかも電磁切換弁７の切換には、安価な
リミットスイッチ１１を用いるので、製造コストの上昇
を抑えられる。

【００２２】本発明の第３の実施形態について図５、図
６を参照して説明する。なお、説明は第１、第２の実施
形態と相違する部分のみに限ることとして、第１、第２
の実施形態と同一の構成要素には同一符号を付し、ここ
での説明を省く。

【００２３】図５は本発明の第３の実施形態による油圧
回路図である。固定絞り４の上下流側とパイロット圧力
室２ｍ，２ｎとの間に電磁切換弁２０を設け、固定絞り
４の上流側と電磁切換弁２０との間に減圧弁２１を設け
ている。電磁切換弁２０は、燃料ダイヤル１０に連動す
るリミットスイッチ１１によって電源のＯＮ・ＯＦＦ自
在となっており、電源ＯＦＦ時は固定絞り４の上流側の
圧力をパイロット圧力室２ｍに導入し、かつ固定絞り４
の下流側の圧力をパイロット圧力室２ｎに導入し、電源
ＯＮ時は減圧弁２１の出力圧力をパイロット圧力室２ｍ
に導入してパイロット圧力室２ｎをタンク２２に解放す
る。減圧弁２１は固定容量ポンプ３の吐出圧力を入力
し、これを所定値に減圧して出力する。リミットスイッ
チ１１は、燃料ダイヤル１０によって、エンジン１の目
標回転数をある値例えばＮｍに設定した場合に切換わ
り、Ｎｍ未満ではＯＮ、Ｎｍ以上ではＯＦＦとなるよう
に設けられる。したがってエンジン１の回転数ＮがＮｍ
未満では、減圧弁２１の出力圧力に相当する一定の差圧
ΔＰがパイロット圧力室２ｍ，２ｎ間にかかることによ
って、トルク一定制御弁２ｂを右方向へ付勢する力が一
定となるので、吸収トルク設定値も回転数Ｎの変動に関
係なく一定となる。この作動により、エンジン１の回転
数に対するポンプ吸収トルクの特性はＮｍを境に非連続
的に変化する。

【００２４】前記の特性の変化について図６を参照して
具体的に述べる。図６は本発明の第３実施形態における
可変容量ポンプ２の吸収トルク線図であり、エンジン１
の回転数ＮとトルクＴとの関係を示す。図６中の吸収ト
ルクＴｐは可変容量ポンプ２の吸収トルク設定値であ
り、Ｎ＝Ｎｍの点を境として横ばい直線から右肩上がり
カーブへの非連続的変化をしている。ここでは便宜上、
吸収トルクＴｐのＮ≧Ｎｍ領域部分のカーブ（固定絞り
４の抵抗によって規定）をＴｐ３、吸収トルクＴｐのＮ
＜Ｎｍ領域部分の横ばい直線（減圧弁２１の出力圧力に
よって規定）をＴｐ４と呼称する。もしも電磁切換弁２
０が存在しなければ、吸収トルクＴｐの特性は、Ｔｐ１
をＮ＜Ｎｍ領域までそのまま延長した連続して右肩上が
りのカーブになる。

【００２５】本実施形態によれば、第２実施形態と同様
に以下の効果が得られる。電磁切換弁２０の前記作用に
よってＮ＜Ｎｍ領域での吸収トルクＴｐの特性カーブを
Ｔｐ３からＴｐ４に引き上げることにより、エンジン１
の余力を見込んだ上で取出せる油圧動力の値を引き上げ
て作業能力をある程度充分に確保できるので、特に低回
転数領域での作業性が向上する。しかも電磁切換弁２０
の切換には、安価なリミットスイッチ１１を用いるの
で、製造コストの上昇を抑えられる。

【００２６】なお、本発明は、上記３つの実施形態に限
定されるものではない。例えば第２、第３の実施形態に
おける電磁切換弁７，２０の切換を、燃料ダイヤル１０
と関係なく手動スイッチによって行っても良いし、また
第３の実施形態における減圧弁２１の出力圧力を手動で
調整自在な構造としても良い。さらに複数の電磁切換弁
７，２０を組み合わせて自在な吸収トルク特性を構成す
ることもできる。

【００２７】以上図を参照して説明したように、本発明
によれば、エンジン回転数を検知する回転数検出セン
サ、電磁比例制御弁及びコントローラといった高価な機
器を用いることなく、可変容量ポンプと同一のエンジン
で駆動する固定容量ポンプの吐出通路に絞りを設け、こ
の絞りの直上流と直下流との圧力をトルク一定制御弁に
パイロット圧力として導入することにより、固定容量ポ
ンプの吐出流量に応じて可変容量ポンプの吸収トルク設
定値を制御可能とすることで、エンジンの回転数に応じ
てポンプの吸収トルク設定値を調整しながらトルク一定
制御を行うことができる。したがって、例えばエンジン
の回転数下降（上昇）に伴って減少（増大）するような
ポンプの吸収トルク特性を設定することで、エンジンの
出力を充分に引き出しながら、負荷が増大してエンジン
回転数が低下する場合にはこれに伴ないポンプの吸収ト
ルクを低下させてエンストを防止し、回転数の低下を最
小限に抑えることができるような装置を安価に構成でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る油圧回路図であ
る。

【図２】本発明の第１実施形態における可変容量ポンプ
２の吸収トルク線図である。

【図３】本発明の第２実施形態に係る油圧回路図であ
る。

【図４】本発明の第２実施形態における可変容量ポンプ
２の吸収トルク線図である。

【図５】本発明の第３実施形態に係る油圧回路図であ
る。

【図６】本発明の第３実施形態における可変容量ポンプ
２の吸収トルク線図である。

【図７】従来技術に係る油圧回路図である。

【符号の説明】

２…可変容量ポンプ、２ｂ…トルク一定制御弁、３…固
定容量ポンプ、４…絞り。

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2D003 AA01 AB05 AB06 BA02 BB01 DA03 DA04 DB03 3H045 AA04 AA10 AA16 AA24 AA33 AA34 BA19 BA42 CA02 CA03 CA29 DA25 EA33 3H089 AA02 AA07 AA08 AA81 DA02 DA03 DA08 DA13 DB05 DB13 JJ01 JJ02

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジンと、 このエンジンによって駆動するとともに、吸収トルクが
   所定の目標値となるように容量を制御する容量制御手段
   を備えた可変容量ポンプと、 このエンジンによって駆動する固定容量ポンプとを有す
   る油圧回路において、 前記固定容量ポンプ(3)の吐出通路に設けた絞り(4)の直
   上流と直下流との圧力を前記容量制御手段(2a)に導入す
   ることにより、固定容量ポンプ(3)の吐出流量の変化に
   応じて前記可変容量ポンプ(2)の吸収トルク目標値を制
   御可能としたことを特徴とするエンジン回転センシング
   機能を有する油圧回路。