JP2008291731A - ポンプ吐出量制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】駆動源の回転数のばらつきを吸収するポンプ吐出量制御装置を提供する。
【解決手段】ポンプ吐出量制御装置において、第１のポンプ１０と連動する第２のポンプ１２と、第２のポンプの吐出回路に介装したリリーフ機構付きのオリフィス６８と、オリフィスの前後差圧の上昇に応じて第２のレギュレータ４２により調整される制御圧を減じるように駆動するアクチュエータ６４と、を備え、ポンプ１２の所定回転数以上では前記前後差圧がリリーフ機能により略同一に維持され、第１のポンプの吐出量がそれ以上には増加しないようにしたポンプ吐出量制御装置である。
【選択図】図１

Description

本発明は、ポンプ吐出量制御装置の改良に関するものである。

従来より、馬力（即ち出力）が略一定となるような等馬力特性で吐出圧と吐出流量を制御する馬力制御レギュレータを備える斜板式ピストンポンプが知られている（特許文献１参照）。この斜板式ピストンポンプは、ミニショベル等の油圧機械に使用され、斜板式ピストンポンプは油圧機械のエンジンからの出力により駆動されている。

このような従来の油圧機械の油圧回路において、斜板式ピストンポンプと同軸に配置されたパイロット圧用ギアポンプが設けられ、このパイロット圧の作動油が流通する流路にオリフィスを設け、その前後差圧を用いて斜板の傾転角度を制御する傾転レギュレータに作用する信号圧を調整し、斜板式ピストンポンプの回転数に応じて吐出流量が可変となるように制御することが行われる。
特開２００２−２０２０６３号公報

しかしながら、傾転レギュレータの目標差圧は、ピストンポンプの定格回転数での運転時に設定するが、例えばピストンポンプの定格回転数が低い側にばらついた場合には、吐出流量が減少し、油圧機械に備えられたアクチュエータの動作速度が低下する虞が生じる。

本発明は上記の問題点を鑑みてなされたものであり、ピストンポンプの定格回転数がばらついても所定の吐出流量を維持するポンプ吐出量制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、斜板の傾転角度に応じて油圧回路に供給するポンプ吐出量が可変となる第１のポンプと、供給される制御圧力の上昇に応じて前記斜板の傾転角度を減少させる傾転アクチュエータと、前記傾転アクチュエータに供給する前記制御圧を前記ポンプ吐出圧に応じて変化させる第１のレギュレータと、前記第１のレギュレータから前記傾転アクチュエータに供給される制御圧を前記油圧回路の負荷圧に応じて調整する第２のレギュレータと、とを備えたポンプ吐出量制御装置において、前記第１のポンプと連動する第２のポンプと、前記第２のポンプの吐出回路に介装したリリーフ機構付きのオリフィスと、前記オリフィスの前後差圧の上昇に応じて前記第２のレギュレータにより調整される前記制御圧を減じるように駆動するアクチュエータと、を備え、前記ポンプの所定回転数以上では前記前後差圧がリリーフ機能により略同一に維持され、前記第１のポンプ吐出量がそれ以上には増加しないようにしたことを特徴とするポンプ吐出量制御装置である。

本発明によれば、駆動源の回転数が所定回転数以上の場合にオリフィスがリリーフ機能を作用して差圧を所定差圧に維持するともに、第１ポンプの吐出流量を所定回転数での吐出流量に維持するようにレギュレータが第１ポンプへ供給する油圧を制御するため、駆動源の回転数のばらつきにより第１ポンプの定格回転数がばらついても所定の吐出流量を維持することができる。

図１は、本発明の油圧回路のオリフィス構造を適用する油圧回路図である。

本油圧回路には同軸上に配置され、エンジン１により駆動される２個のポンプが備えられる。第１ポンプ１０は、吐出流量可変可能な斜板式２連ピストンポンプであり、第２ポンプ１２はエンジン１の回転数に応じて吐出流量が規定される、例えば、ギアポンプで構成される。

第１ポンプ１０は吐出口１６を備え、吐出口１６に第１メイン流路２０が連通し、その第１ポート２４から作動油が、不図示の流路を通じて、例えばショベルのバケットを駆動するバケットシリンダに供給される。第２ポンプ１２の吐出口２８に第２メイン流路３６が連通し、第２ポート３２から低圧（いわゆるパイロット圧）の作動油が供給される。

油圧回路には、第１ポンプ１０の駆動馬力が略一定となるように吐出圧に応じて吐出流量を制御するため、第１ポンプ１０の斜板を傾転する馬力制御レギュレータ４０を備える。

馬力制御レギュレータ４０は、３ポート２位置切換弁であって、スプールの一端にはポジションａ、ｂで切り換わるように第１ポンプ１０の吐出圧が第１元圧流路５０から第1信号圧流路５８を介して信号圧として供給される。スプールの他端には、供給される油圧に抗する馬力制御スプリング４４の付勢力が作用する。

馬力制御レギュレータ４０は、スプールの一端に作用する第１ポンプ１０の吐出圧に基づく信号圧と、他端に作用する馬力制御スプリング４４の付勢力との大小関係によりポジションａ、ｂが規定される。

馬力制御レギュレータ４０は、第１ポンプ１０の吐出圧に基づく信号圧が馬力制御スプリング４４の付勢力より小さい場合にはポジションｂに切り換わり、サーボ弁であるロードセンシングバルブ４２に繋がる第３元圧流路７５と、ドレン流路５９を介して各ポンプの吸入側へ繋がる吸入側流路５６が連通状態となる。

一方、第１ポンプ１０の吐出圧に基づく信号圧が馬力制御スプリング４４の付勢力より大きい場合には、ポジションａに切り換わり、第１メイン流路２０の作動油が導かれる第１元圧流路５０と第３元圧流路７５とが連通状態となる。

馬力制御レギュレータ４０によって切り換えられる第３元圧流路７５の圧力を第１ポンプ１０の斜板の傾転角を変える大径アクチュエータ７６に伝達する第４元圧流路７４の途中にロードセンシングレギュレータとしてのロードセンシングバルブ４２が設けられる。ロードセンシングバルブ４２は、第１、第２ポート２４、３２等に作用する油圧回路負荷圧を検知して切り換わり、このため、ロードセンシングバルブ４２のスプールの両端には、スプールの位置決めのための信号圧がそれぞれ加わる。１つは第３ポート６０からの油圧であり、この第３ポート６０は、第１、第２ポート２４、２６下流に設置された不図示のコントロールバルブの上流側の圧力の基づく圧力が供給される。ここで、コントロールバルブは、油圧機械、例えばパワーショベルのバケットを操作するバケットシリンダを制御するためのバルブである。

また、第３ポート６０の油圧に基づく信号圧に抗して第４ポート６２からの油圧が２つ目の信号圧としてスプールの反対端に作用する。この第４ポート６２にはコントロールバルブ下流の流路が接続し、したがって、第４ポート６２からスプールに供給される油圧は、例えばバケットシリンダに供給される負荷圧に基づく圧力となる。

さらに第３ポート６０からの信号圧に抗する作用力として、油圧アクチュエータ６４の作用力がスプールに作用するように構成される。

油圧アクチュエータ６４には、第２ポンプ１２からのパイロット作動油がピストンを挟んだ左右の油室に差圧流路７０、第２メイン流路３６を通じてそれぞれ供給されるが、図中右側の油室に接続する第２メイン流路３６途中にはオリフィス６８が設置され、差圧流路７０がオリフィス６８の上流から分岐しており、このため、ロードセンシングバルブ４２のスプールに接続する油圧アクチュエータ６４はオリフィス６８の前後差圧に応じてロッドを図中右側、すなわち、スプールを右側へ移動する作用力を生じる。

したがって、ロードセンシングバルブ４２の位置は、スプールに作用する第３ポート６０からの作動油の油圧（信号圧）に対して、第４ポート６２からの作動油の油圧（信号圧）と油圧アクチュエータ６４の作用力との合計の作用力の大小関係により規定される。

ロードセンシングバルブ４２は３つのポートを備え、第３ポート６０からの信号圧が第４ポート６２等からの合算信号圧より大きいときにはスプールが図中左側へ移動し、ポジションｄの位置となり、第１メイン流路２０に接続して高圧の作動油が流通する第２元圧流路７３と第１ポンプ１０の斜板を傾転する大径アクチュエータ７６に接続する第４元圧流路７４とが連通する。

一方、第３ポート６０からの信号圧が第４ポート６２等の合算信号圧より小さいときには、スプールが図中右側へ移動してポジションｃの位置となり、馬力制御レギュレータ４０に連通する第３元圧流路７５と第４元圧流路７４とが連通する。

ロードセンシングバルブ４２から大径アクチュエータ７６に供給される作動油圧が上昇すると、大径アクチュエータ７６は斜板の傾転角度を少なくする方向、つまり第１ポンプ１０の吐出流量が少なくなる方向へ斜板を傾転させる。この大径アクチュエータ７６による作用力に抗する作用力を生じる小径アクチュエータ７８が設けられ、この小径アクチュエータ７８は大径アクチュエータ７６よりピストンの受圧面積が小さく構成される。小径アクチュエータ７８には第１メイン流路２０から分岐する第５元圧流路６１から油圧が供給される。したがって、仮に同一の油圧が作用したとしても大径アクチュエータ７６の受圧面積と小径アクチュエータ７８の受圧面積との大小関係により斜板の傾転角度が規定される。

油圧アクチュエータ６４には、第２ポンプ１２のパイロット圧の作動油が油室内に供給される。油圧アクチュエータ６４のピストンを挟み、右側（ロードセンシングバルブ４２側）の油室には第２メイン流路３６を通じて、左側の油室には第２メイン流路３６から分岐した差圧流路７０からそれぞれ油圧が供給される。また、図中右側の油室に接続する第２メイン流路３６と差圧流路７０との分岐点と油圧アクチュエータ６４との間にオリフィス６８が設置され、オリフィス６８の前後の圧力差が油圧アクチュエータ６４のピストンに作用し、この差圧に応じてロードセンシングバルブ４２のスプールに接続する油圧アクチュエータ６４のロッドが伸張して図中右側、すなわち、スプールを右側へ移動する作用力を生じる。オリフィス６８と並列にリリーフ弁６９が設けられ、オリフィス前後差圧が所定値を越えるとリリーフ弁６９が開き、このため、オリフィス６８の前後間の差圧は、第２ポンプ１２の所定の吐出圧以上、言い換えるとエンジン１の所定の回転数以上では所定差圧に維持される。

次に、馬力制御レギュレータ４０の作用を説明する。

このように構成された油圧回路において、油圧回路に負荷圧が作用しているとき、つまり、ロードセンシングバルブ４２が負荷を検出しているときには、ロードセンシングバルブ４２のスプールは作用する前記信号圧等の差に応じて図中右側へと移動し、所定負荷圧以上でポジションｃに切り換わる。この状態において、第１ポンプ１０の吐出圧が上昇すると、馬力制御スプリング４４の付勢力に抗して、馬力制御レギュレータ４０のスプールが図中右側へ移動し、ポジションａに切り換わり、第１ポンプ１０の吐出圧の作動油が調圧されて第１元圧流路５０、第３元圧流路７５を通じてロードセンシングバルブ４２へ送られる。ロードセンシングバルブ４２はポジションｃの位置にあるため、第３元圧流路７５からの作動油が第４元圧流路７４を通じて大径アクチュエータ７６に供給され、大径アクチュエータ７６は供給される油圧の上昇に応じて第１ポンプ１０の斜板の傾転角度を小さくするようにストロークする。

したがって、第１ポンプ１０の吐出圧が上昇すると、第１ポンプ１０の斜板の傾転角度を変化させ、吐出流量が低減する。

これに対して、第１ポンプ１０の吐出圧が低下すると、馬力制御スプリング４４の付勢力で馬力制御レギュレータ４０のスプールが図中左側へ移動してポジションｂに切り換わり、第３元圧流路７５とドレン流路５９を介して吸入側流路５６とが連通する。第３元圧流路７５は、ロードセンシングバルブ４２のポジションｃを介して、第４元圧流路７４と連通する。したがって大径アクチュエータ７６の作動油が第４元圧流路７４、第３元圧流路７５を通じて吸入側流路５６に排出され、第１ポンプ１０の斜板の傾転角度を規定する大径アクチュエータ７６に作用する油圧が小さくなり、小径アクチュエータ７８により第１ポンプ１０の斜板の傾転角度を大きくする。これにより、第１ポンプ１０の吐出流量が増加する方向へと変化する。

ここで、馬力制御レギュレータ４０の馬力制御スプリング４４には第１ポンプ１０の斜板の傾転角がフィードバックされ、ポンプ吐出圧とバランスした位置で斜板を停止させる。つまり、馬力制御スプリング４４は、一端を第１ポンプ１０の斜板に連結されており、斜板が傾転して、吐出流量が減少する方向へ変化すると、馬力制御スプリング４４は付勢力が増大し、その反対側に斜板が傾転すると付勢力が減少する。このため、第１ポンプ１０の吐出圧に対応する斜板傾転角となると馬力制御スプリング４４とのバランスにより馬力制御レギュレータ４０のポジションが交互に切り換わり、大径アクチュエータ７６に供給される油圧が維持され、結局ポンプ吐出圧に応じて定まる吐出流量となる。

このように、第１ポンプ１０の吐出圧が上昇するとその吐出流量を減少させ、一方、吐出圧が低下すると吐出流量を増大させるように制御することで、吐出圧と吐出流量とに応じて定まる第１ポンプ１０の駆動馬力を略一定に制御する等馬力制御とすることができる。

次に、スプール両端に作用する信号圧のバランスに応じて変位するロードセンシングバルブ４２の作用について説明する。

例えばバケットシリンダに供給される負荷圧が無負荷であるような低負荷の場合には、低い負荷圧に応じてロードセンシングバルブ４２がポジションｄに切り換わり、第１ポンプ１０の吐出圧に基づく油圧を、第２元圧流路７３、第４元圧流路７４を通じて大径アクチュエータ７６に供給する。したがって、大径アクチュエータ７６と小径アクチュエータ７８とに同圧の油圧が供給され、第１ポンプ１０の斜板の傾転角は、これらアクチュエータ７６、７８の受圧面積の比に応じて最小になる。

このように、負荷圧が無負荷状態のような低圧の場合には、等馬力制御を実施せずに第１ポンプ１０の吐出圧が低くても吐出流量を最小値まで減少させるようにする。

この状態から負荷が増加して、第３ポート６０からの信号圧と第４ポート６２、油圧アクチュエータ６４等からの合算信号圧との差圧が変化して、差圧に応じてスプールが図中右側に移動する。スプールの位置が、ポジションｃとポジションｄとの間の中間位置に設定される場合には、第２元圧流路７３と第３元圧流路７５とが第４元圧流路７４に連通する。

このため、大径アクチュエータ７６には第２元圧流路７３と第３元圧流路７５とからロードセンシングバルブ４２の開度に応じて作動油が供給される。ここで、ロードセンシングバルブ４２に供給される油圧は、第１メイン流路２０に接続する第２元圧流路７３の油圧のほうが馬力制御レギュレータ４０に接続する第３元圧流路７５からの油圧より高く設定される。このため、ロードセンシングバルブ４２がポジションｃとｄの中間開度では、調圧された油圧は、第２元圧流路７３からの影響で相対的に高圧の油圧が第４元圧流路７４から大径アクチュエータ７６に供給される。これにより、第１ポンプ１０の傾転角は相対的に小さく、すなわち吐出流量も前記馬力制御時よりも相対的に小さくなる。

次にエンジン回転数によるポンプ吐出流量制御について説明する。

したがって、エンジン１の回転数が低くオリフィス６８の差圧が所定差圧より十分に小さい場合には、馬力制御レギュレータ４０のポジションｄ側の開度が大きく、大径アクチュエータ７６に作用する油圧が第２元圧流路７３からの高圧側の油圧に近く、第１ポンプ１０の吐出流量が制限される。

そして、エンジン１の回転数が上昇してオリフィス６８での差圧が大きくなるほど、大径アクチュエータ７６に供給される調圧された油圧は、第３元圧流路７５からの低圧側の油圧の分担率が高くなるため低下し、結果として第１ポンプ１０の吐出流量はエンジン１の回転数の上昇とともに増加する。

このように、オリフィス６８が生じる差圧が所定差圧に達するまでは、第１ポンプ１０の吐出流量はエンジン１の回転数の上昇に比例して増加するように制御される。

オリフィス６８は第１ポンプ１０の所定の回転数以上ではリリーフ弁６９が開いて、差圧を所定値に維持するリリーフ機構を備えており、第１ポンプ１０（≒エンジン１）の所定回転数以上で、ロードセンシングバルブ４２は回転数による調圧制御により一定に保持される。したがって、所定差圧を生じるエンジン１の回転数以上では、ロードセンシングバルブ４２が同一開度であっても回転数の上昇による大径アクチュエータ７６に供給されるポンプ吐出圧の上昇に応じて、第１ポンプ１０の斜板の傾転角度は吐出流量を減少させる方向へと変化する。よって、全体の第１ポンプ１０の吐出流量としては、エンジン１の回転数の増加による吐出流量の増加分と斜板の傾転角度の変化による吐出流量の減少分とがキャンセルされ、所定差圧を生じるエンジン１の回転数以上では第１ポンプ１０の吐出流量は略一定に制御される。

次にリリーフ機構付きオリフィス６８を設けた効果について図２を用いて説明する。

図２において、破線は従来の第１ポンプ回転数（≒エンジン１の回転数）に対する吐出流量の特性を示し、回転数の上昇に比例して吐出流量が増加する。そして定格回転数で所定の吐出流量となるように設定され、定格回転数以上でも吐出流量は回転数に比例して増加している。しかしながら、例えば、エンジン１の回転数のばらつきにより第１ポンプ１０の定格回転数が低下する場合には、吐出流量がＡだけ減少することになり、作動油が供給されるアクチュエータの動作速度が低下することになる。

本発明では、所定差圧を生じるエンジン１の所定回転数以上で差圧を一定に維持するリリーフ機能を備えたオリフィス６８をロードセンシングバルブ４２に信号圧を供給する流路に設けた。このため、所定回転数以上ではオリフィス６８のリリーフ機能により差圧は所定差圧に維持され、エンジン１の回転数の上昇に伴って、斜板の傾転角度を吐出流量が減少するように変化させることで、第１ポンプ１０のの吐出流量を一定とする。そして、所定差圧が生じる定格回転数の下限値での吐出流量を第１ポンプ１０の定格回転数の吐出流量と同じとなるように斜板の傾転角度を設定する。

このような構成とすることで、エンジンの定格回転数がばらついても第１ポンプ１０から吐出される吐出流量を定格回転数での規定の吐出流量として、作動油が供給される、例えばアクチュエータの動作速度を一定に維持することができる。

本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

本発明は、油圧機械に用いられる油圧回路に適用することができる。

本発明を適用する油圧回路図である。 本発明の流量特性を説明する図である。

符号の説明

１ エンジン
１０ 第１ポンプ
１２ 第２ポンプ
２０ 第１メイン流路
２４ 第１ポート
２８ 吐出口
３２ 第２ポート
３６ 第２メイン流路
４０ 馬力制御レギュレータ（第１のレギュレータ）
４２ ロードセンシングバルブ（第２のレギュレータ）
４４ 馬力制御スプリング
５０ 第１元圧流路
５６ 吸入側流路
５８ 第１信号圧流路
５９ ドレン流路
６４ 油圧アクチュエータ
６８ オリフィス
６９ リリーフ弁
７０ 差圧流路
７３ 第２元圧流路
７４ 第４元圧流路
７５ 第３元圧流路
７６ 大径アクチュエータ
７８ 小径アクチュエータ

Claims (3)

1. 斜板の傾転角度に応じて油圧回路に供給するポンプ吐出量が可変となる第１のポンプと、
   供給される制御圧力の上昇に応じて前記斜板の傾転角度を減少させる傾転アクチュエータと、
   前記傾転アクチュエータに供給する前記制御圧を前記ポンプ吐出圧に応じて変化させる第１のレギュレータと、
   前記第１のレギュレータから前記傾転アクチュエータに供給される制御圧を前記油圧回路の負荷圧に応じて調整する第２のレギュレータと、
   とを備えたポンプ吐出量制御装置において、
   前記第１のポンプと連動する第２のポンプと、
   前記第２のポンプの吐出回路に介装したリリーフ機構付きのオリフィスと、
   前記オリフィスの前後差圧の上昇に応じて前記第２のレギュレータにより調整される前記制御圧を減じるように駆動するアクチュエータと、
   を備え、
   前記ポンプの所定回転数以上では前記前後差圧がリリーフ機能により略同一に維持され、前記第１のポンプ吐出量がそれ以上には増加しないようにしたことを特徴とするポンプ吐出量制御装置。
2. 所定回転数は、前記第１ポンプの定格回転数のばらつきの下限値であることを特徴とする請求項１に記載のポンプ吐出量制御装置。
3. 所定回転数の吐出流量は、前記第１ポンプの定格回転数の吐出流量とすることを特徴とする請求項１または２に記載のポンプ吐出量制御装置。

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