JP2006057502A

JP2006057502A - 可変容量形ポンプ装置

Info

Publication number: JP2006057502A
Application number: JP2004238989A
Authority: JP
Inventors: Ryoichi Nagasaka; 良一長坂; Tsunefumi Arita; 恒文有田; Tetsuji Hayashi; 哲司林
Original assignee: Kayaba Industry Co Ltd
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 2004-08-19
Filing date: 2004-08-19
Publication date: 2006-03-02

Abstract

【課題】この発明の目的は、短いステップ数でポンプ吐出量を変えられる可変容量形ポンプ装置を提供することである。
【解決手段】吐出ポート７側に流量制御弁Ｖを接続するとともに、この流量制御弁Ｖに電磁絞り弁ＳＶを接続している。そして、この電磁絞り弁ＳＶの開度に応じて、流量制御弁Ｖの移動量を制御し、タンクポート３１の開度を制御し、このタンクポート３１からタンクに戻される流量と、負荷側に供給される流量との配分を可変にしている。したがって、タンクポート３１の開度を小さくすれば、負荷側に供給される流量が多くなり、反対にタンクポート３１の開度を大きくすれば、負荷側に供給される流量が少なくなる。
【選択図】図１

Description

この発明は、吐出量を制御する可変容量形ポンプ装置に関する。

この種の可変容量形ポンプ装置として、特許文献１に記載されたものが従来から知られている。
この従来のポンプ装置はいわゆるベーンポンプを用いたもので、そのカムリングの偏心量を制御することによってポンプ吐出量を可変にしている。すなわち、当該ポンプの吐出過程に電磁絞り弁を設け、この電磁絞り弁の絞り開度に応じてその前後に発生する差圧を制御するようにしている。そして、この差圧に応じて制御バルブのスプールを移動するとともに、スプールの移動位置に応じて、カムリングの両側に設けた流体圧室の圧力を制御する。

上記のように、カムリングの両側に設けた流体圧室の圧力差に応じてカムリングの偏心量が制御されるとともに、当該ポンプの吐出量は上記カムリングの偏心量に応じて可変になる。そして、上記電磁絞り弁の開度を小さくしてその前後の差圧を大きくすると、上記カムリングの偏心量が小さくなり、それにともなってポンプ吐出量も少なくなる。反対に電磁絞り弁の開度を大きくしてその前後の差圧を小さくすると、上記カムリングの偏心量が大きくなり、それにともなってポンプ吐出量が増える。

上記した可変容量形ポンプ装置は、例えばアクチュエータを使用していないときに、電磁絞り弁の開度を小さくしてその絞り前後の差圧を大きくし、当該ポンプの吐出量を少なくする。このようにアクチュエータを使用していないときにポンプ吐出量を少なくすることによって、省エネルギー効果を達成できることになる。一方、アクチュエータを作動させるときには、電磁絞り弁の開度を大きくしてその絞り前後の差圧を小さくし、負荷圧に応じたポンプ吐出量を確保できるようにしている。
特開２００１−１５９３９５号公報

上記のようにした従来の可変容量形ポンプ装置は、そのポンプ吐出量を変化させるのに、次のステップを踏まなければならない。
最初に、電磁絞り弁を作動させる。この電磁弁の作動で絞りの開度が決まると、今度は、その開度で決まる差圧に応じて制御バルブのスプールを移動させる。そして、このスプールの移動量に応じてカムリングの側面にある流体圧室の圧力を変化させる。このように流体圧室の圧力が変化することによって、ポンプ吐出量が変化することになる。

したがって、従来の可変容量形ポンプ装置では、ポンプ吐出量を変えるのにステップ数が多くなり、それだけ多くの時間がかかってしまう。そのために追従性に問題が発生し、短時間でポンプ吐出量の変化量を大きくとれないという問題があった。
この発明の目的は、短いステップ数でポンプ吐出量を変えられる可変容量形ポンプ装置を提供することである。

この発明は、吐出ポートに流量制御弁を接続するとともに、この流量制御弁は、制御信号に応じて負荷側に供給される流量とタンクに戻される流量との配分を可変にした点に特徴を有する。

この発明によれば、可変容量形ポンプ装置の吐出ポートに流量制御弁を設け、この流量制御弁によって流量制御できるようにしたので、例えば、負荷側のアクチュエータを使用していないときには、必要なポンプ吐出量を確保しておきながら、流量制御弁を利用してその吐出量のほとんどをタンクに戻すことができる。このようにポンプ吐出量のほとんどをタンクに戻せるので、省エネルギー効果を達成できる。
また、ポンプ吐出量を変えるときには、流量制御弁だけを作動させればよいので、ポンプ吐出量を変えるためのステップ数が減り、それだけ応答性もよくなる。

図１に示した実施形態は、ポンプ本体１に、駆動軸２と一体回転するロータ３を設けるとともに、このロータ３には、複数のベーン４を放射状にして出入自在に組み込んでいる。このようにしたロータ３の外方にはカムリング５を設け、上記したベーン４がこのカムリング５の内周に沿って出入しながら回動する構成にしている。そして、ロータ３が回転する過程で、吸い込みポート６から流体を吸い込み、吐出ポート７からその流体を吐出する。

また、上記カムリング５は支点ｆを中心に揺動可能にするとともに、それが揺動することによって、ロータ３の中心に対する偏心量を制御できるようにしている。そして、この偏心量が大きければ大きいほど、ポンプ吐出量が多くなり、反対に偏心量が小さくなれば、その吐出量が少なくなるが、偏心量ゼロのところでは、ポンプ吐出量もゼロになる。

このようにロータ３に対するカムリング５の偏心量に応じてポンプ吐出量が変化するが、このカムリング５の偏心量は、カムリング５に加わる推力によって決まる。すなわち、図示の実施形態では、一方の流体圧室８の圧力によるカムリング５の流体圧室９側への推力が、他方の流体圧室９の圧力およびスプリング１０のバネ力による流体圧室８側への推力よりも高くなれば、その偏心量が少なくなる構成にしている。そして、カムリング５が図示の状態を保っているときには、そのポンプ吐出量が最大になるようにしている。

なお、上記流体圧室８，９の圧力を制御するのがコントロール弁ＦＶである。このコントロール弁ＦＶは、スプール１１の一方の側に区画した圧力室１２と、スプール１１の他方の側に区画した圧力室１３とを備えるとともに、上記他方の圧力室１３にはスプリング１４を設け、このスプリング１４のバネ力をスプール１１に作用させている。さらに、上記吐出ポート７の吐出流路過程には固定オリフィス１５を設け、この固定オリフィス１５の上流側の圧力を上記一方の圧力室１２に導き、固定オリフィス１５の下流側の圧力を他方の圧力室１３に導く構成にしている。

上記スプール１１が図示のノーマル位置にあるとき、一方の流体圧室８に連通する通路１６はタンクポート１８側である低圧側に連通し、他方の流体圧室９に連通する通路１７はふさがれた状態になる。このノーマル状態から、当該ポンプの回転数が上昇して吐出流量が多くなると、固定オリフィス１５前後の差圧が大きくなるが、その差圧が圧力室１２，１３に導かれてスプール１１の両端面に作用する。

そして、上記スプール１１の両端面に作用する圧力差が大きくなれば、スプール１１がスプリング１４のバネ力に抗して移動し、圧力室１２と通路１６とを連通させるとともに、通路１７をタンクポート１８に連通させる。言い換えると、圧力室１２側の圧力作用によるスプール１１の推力と、圧力室１３側の圧力およびスプリング１４のバネ力の作用によるスプール１１の推力とがバランスした位置でスプール１１が停止するとともに、その停止位置において通路１６，１７の開度が制御されることになる。このスプール１１のバランス位置において、流体圧室８，９の圧力が制御される。

今、当該ポンプの回転数が上昇していくと、そのポンプ吐出量が増加していくが、固定オリフィス１５前後の差圧が大きくなって、圧力室１２側の圧力作用が一定以上になると、スプール１１が圧力室１３側の作用力に打ち勝って図面右方向に移動する。それにともなって、一方の通路１６は圧力室１２側に対する開度を大きくするとともに、他方の通路１７はタンクポート１８側に対する開度を大きくする。

上記のように、一方の通路１６の開度が大きくなれば、当該ポンプの吐出圧が流体圧室８に導かれる。また、他方の通路１７の開度が大きくなれば、流体圧室９がタンクポート１８に連通することになる。したがって、カムリング５は支点ｆを中心に図面右方向に傾き、ロータ３に対する偏心量を小さくする。
そして、上記コントロール弁ＦＶは、固定オリフィス１５前後の差圧がスプリング１４のバネ力に相当するように、そのバランス位置を保つようにしている。

なお、上記固定オリフィス１５の下流側は、ポンプ本体１に設けた吐出孔１９および上記他方の圧力室１３に連通しているが、その連通経路は次の通りである。
上記固定オリフィス１５は、カムリング５を図示のノーマル位置に保つスプリング１０のばね受け部材２０に形成したものである。ただし、この固定オリフィス１５は、当該ポンプから流量制御弁Ｖに至る流路過程であれば、どのような位置に設けてもよい。いずれにしても、この実施形態では、固定オリフィス１５が上記ばね受け部材２０内を通って中継室２１に至り、この中継室２１から連通路２２を経由して吐出孔１９に連通している。そして、上記他方の圧力室１３はこの吐出孔１９に連通している。

上記のようにした吐出孔１９は、流量制御弁Ｖの制御圧室２３に連通している。制御圧室２３を吐出孔１９に連通した流量制御弁Ｖは、その弁本体２４に形成した弁孔２４ａに制御スプール２５を組み込むとともに、この制御スプール２５の一端を上記制御圧室２３に臨ませている。また、制御スプール２５の他端は、他方の制御圧室２６に臨ませるとともに、この他方の制御圧室２６に設けたスプリング２７のバネ力を作用させている。このようにした他方の制御圧室２６は固定絞り２８を介して、プラグ部材３８に形成したアクチュエータポート２９に連通させている。なお、図中符号３０は制御スプール２５に組み込んだリリーフ弁である。

なお、上記プラグ部材３８は、弁本体２４に形成した弁孔２４ａの開口をふさぐためのものであるが、弁本体２４はこの実施形態のように一方の制御圧室２３側における弁孔２４ａを開口させるタイプ以外に、他方の制御圧室２６側における弁孔２４ａを開口させるタイプのものもある。そして、他方の制御圧室２６側における弁孔２４ａを開口させるタイプは、当然のこととして他方の制御圧室２６側における開口をプラグ部材３８でふさぐとともに、アクチュエータポート２９は弁本体２４に直接形成することになる。つまり、この発明においては、アクチュエータポート２９が後で説明する電磁絞り弁ＳＶの下流側に形成されていればよく、それがどの部材にどのようにして形成されたかを問うものではない。

上記のようにした制御スプール２５の一端には、一方の制御圧室２３の圧力が作用し、他端には他方の制御圧室２６に導かれたアクチュエータポート２９側の圧力が作用する。したがって、制御スプール２５は、一方の制御圧室２３の圧力作用と、他方の制御圧室２６の圧力作用およびバネ力の作用とが、バランスする位置で停止するとともに、そのバランス位置でタンクポート３１の開度を制御する構成にしている。

そして、一方の制御圧室２３側の圧力と、他方の制御圧室２６との圧力を制御するのが、電磁絞り弁ＳＶである。この電磁絞り弁ＳＶは、一方の制御圧室２３に連通する流入通路３２と、アクチュエータポート２９に連通する流出通路３３との流通過程に設けたもので、ソレノイド３４の励磁電流に応じてチェックポペット３５を移動して、当該電磁絞り弁ＳＶの開度を制御するものである。この結果、電磁絞り弁ＳＶの上流側の圧力が一方の制御圧室２３に作用し、電磁絞り弁ＳＶの下流側の圧力が他方の制御圧室２６に作用することになる。
なお、図中符号３６は電磁絞り弁ＳＶの流入孔で、上記流入通路３２に連通させている。また、符号３７は電磁絞り弁ＳＶの流出孔で、流出流路３３に連通させている。

次にこの実施形態の作用を説明する。
今、駆動軸２とともにロータ３を回転すると、吐出ポート７から圧油が吐出されるが、その吐出された圧油は、固定オリフィス１５を経由して吐出孔１９から流量制御弁Ｖ側に吐出される。このとき、固定オリフィス１５前後の差圧が一定になるように、コントロール弁ＦＶが動作してカムリング５の前記偏心量を制御する。したがって、固定オリフィス１５を経由して流出する制御流量は設定した流量になる。

上記のように設定流量を吐出している状態で、電磁絞り弁ＳＶの開度を小さくすると、その前後の差圧が大きくなるので、一方の制御圧室２３と他方の制御圧室２６との差圧も大きくなる。これによって、制御スプール２５は、スプリング２７に抗して移動し、タンクポート３１の開度を大きくする。このようにタンクポート３１の開度が大きくなれば、上記設定流量のうちタンクに戻される流量が多くなり、その分、アクチュエータポート２９から吐出される流量が少なくなる。すなわち、上記設定流量のうちタンクに戻す流量配分を、アクチュエータポート２９から吐出させる流量配分よりも多くして、そのほとんどをタンクに戻しながら、省エネルギー効果を達成することができる。

上記の状態から、電磁絞り弁ＳＶの開度を大きくすると、この電磁絞り弁ＳＶの前後の差圧が小さくなるので、一方の制御圧室２３と他方の制御圧室２６との圧力差も小さくなる。そのために制御スプール２５の移動量も少なくなるので、その分、タンクポート３１の開度が小さくなる。例えば、電磁絞り弁ＳＶをほぼ全開状態に保てば、制御スプール２５は図示の状態を保つので、タンクポート３１が閉じた状態に保たれる。このようにタンクポート３１が閉じた状態を保てば、前記した設定流量の全量がアクチュエータポート２９から吐出されることになる。

したがって、この実施形態の可変容量形ポンプ装置によれば、その設定流量を確保した状態で、タンクポート３１からタンクに戻す流量配分と、アクチュエータポート２９からアクチュエータに供給する流量配分とを、流量制御弁Ｖで制御できる。しかも、この流量制御弁Ｖによる流量配分の制御は、電磁絞り弁ＳＶの絞り開度を制御するだけで足りるので、流量制御するために、従来のように何段階ものステップを必要とすることはない。このように流量を制御するために何段階ものステップを踏まなくても足りるので、その分、応答性もよくなるとともに、ポンプ吐出量の変化量を大きくとれる。

なお、この実施形態では、流量制御弁Ｖにリリーフ弁３０を設けたので、制御スプール２５が移動してタンクポート３１を開きはじめるときのいわゆるクラッキング圧力と、タンクポート３１が最大に開くときの圧力との差を小さくできる。言い換えると、圧力オーバーライド特性を改善することができる。
また、上記実施形態では、電磁絞り弁ＳＶを利用してその前後の差圧を制御する構成にしたが、当該絞り弁の開度を、アクチュエータポート２９側すなわち負荷側の圧力を利用して制御してもよい。

なお、上記実施形態では、吐出ポート７の流路過程に設けたオリフィスを、固定オリフィス１５としているが、上記のように流量制御弁Ｖを設けることによって、その流量特性をいろいろと制御することができるが、その制御形態を示したのが、図２および図３である。図２において、特性線Ａ１は固定オリフィス１５だけで制御した場合の特性を示したものである。すなわち、この場合には、ポンプの回転数Ｎがある一定以上になったとき、吐出量Ｑが一定になる特性が維持される。ただし、上記実施形態のように流量制御弁Ｖの電磁絞り弁Ｖの開度を制御することによって、その一定流量を特性線Ａ２あるいはＡ３で示すように落とすことができる。

また、図３において特性線Ａ１は固定オリフィス１５だけで制御した場合の特性を示したもので、特性線Ａ４，Ａ５は、流量制御弁Ｖの電磁絞り弁Ｖの開度を制御することによって曲線的な特性を得るようにしたものである。このように特性線Ａ４，Ａ５で示す曲線的な制御ができるということは、固定オリフィス１５を用いて、そこに可変オリフィスを用いたと同じような制御が可能になるということである。

図４，５に示した特性は、固定オリフィス１５に変えて可変オリフィスを採用した場合の特性を示したものである。なお、可変オリフィスを採用するには、カムリング５の移動に関連してプランジャ３９をスプリング１０に抗して移動可能にしておけば、プランジャ３９が移動したときに、そのプランジャ３９の端部でオリフィス１５の開口面積を制御することができる。

上記のようにした可変オリフィスを用いた場合に、図４の特性線Ａ６は、可変オリフィスだけで制御した場合の特性を示している。すなわち、ポンプ回転数Ｎが上昇して吐出量Ｑがある流量に達すると、それ以後は回転数Ｎに比例して吐出量Ｑを減少させるいわゆるドルーピングさせることができる。ただし、上記実施形態のように流量制御弁Ｖの電磁絞り弁Ｖの開度を制御することによって、そのドルーピングを解除し、固定オリフィスと同じ制御も可能であり、その特性を図４の特性線Ａ７，Ａ８で示している。
また、図５において特性線Ａ６は、上記可変オリフィスだけで制御した場合の特性を示したもので、特性線Ａ９，Ａ１０は、流量制御弁Ｖの電磁絞り弁Ｖの開度を制御することによってドルーピングをしながら相対的にその流量を減少させた場合である。

この発明の実施形態を示す断面図である。固定オリフィスと流量制御弁とを組み合わせた状態の制御特性を示すグラフである。固定オリフィスと流量制御弁とを組み合わせた状態の制御特性を示すグラフで、ドルーピングを含めた特性を示すものである。可変オリフィスと流量制御弁とを組み合わせた状態の制御特性を示すグラフで、固定オリフィスと同じような制御が可能な状態を示したものである。可変オリフィスと流量制御弁とを組み合わせた状態の制御特性を示すグラフで、ドルーピングの態様を示したものである。

符号の説明

１ポンプ本体
４ベーン
５カムリング
Ｖ流量制御弁
ＳＶ電磁絞り弁

Claims

吐出ポート側に流量制御弁を接続するとともに、この流量制御弁は、制御信号に応じて負荷側に供給される流量とタンクに戻される流量との配分を可変にしてなる可変容量形ポンプ装置。
上記流量制御弁は、電磁絞り弁の前後差圧に応じて上記流量配分を制御する構成にした請求項１記載の可変容量形ポンプ装置。
上記流量制御弁は、制御信号である負荷圧に応じて上記流量配分を制御する構成にした請求項１記載の可変容量形ポンプ装置。
ポンプ本体に、ベーンを放射状に設けたロータと、このロータの周囲に設けたカムリングとを備え、このカムリングの偏心量を制御することによって吐出量を可変にした請求項１〜３のいずれか１に記載した可変容量形ポンプ装置。