JP2009174672A - 油圧駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンの回転数に応じて目標差圧を変更する機能を保持した状態で、固定ポンプの吐出ラインの圧力損失を低減して省エネを図った油圧駆動装置を提供。
【解決手段】油圧駆動装置１０は、絞り上流圧１８の圧力Ｐｐ１と絞り下流圧１９の圧力Ｐｐ２を導き、その差圧を検出する回転数検出弁４６を設置する。回転数検出弁４６は本体４７に摺動自在に嵌挿されたスプール５３の大径部側にピストン５６が摺動自在に嵌挿されている。スプール５３の小径部側にスプリング４５が内装され、スプール５３の内孔に設けられ絞り上流圧１８及び絞り下流圧１９に連通する固定絞り４１が設けられている。スプールの小径部側の受圧面積Ａ１、ピストンの受圧面積Ａ２及びスプールの大径部とピストンとの径差の受圧面積Ａ３の設定次第で絞り前後差圧を低減できる。
【選択図】図２

Description

本発明は油圧ショベルなどの建設機械及び各種作業機械に使用される油圧駆動装置に関し、さらに詳細には斜板式可変容量型油圧ポンプ（以下可変ポンプとする）の吐出圧と複数のアクチュエータの最高負荷圧との実差圧をある目標差圧に保つよう可変ポンプの容量を制御するロードセンシング制御の油圧駆動装置において、目標差圧が可変ポンプと共にエンジンなどの原動機で駆動される固定容量型ポンプ（以下固定ポンプとする）を利用してエンジン回転数の変化に応じて変化するようにしたエンジン回転数検出弁を備えた油圧駆動装置に関する。

従来の油圧駆動装置１０（ポンプ容量制御）は、図５に示すように可変ポンプ（油圧ポンプ）１1の斜板を傾転するサーボピストン１４を持ち、可変ポンプ１１の吐出圧１５と最高負荷圧１６をポンプ容量制御弁２１に作用させてサーボピストン１４に吐出圧１５を供給したり、タンクポートに開放したりして、可変ポンプ１１の吐出圧１５と最高負荷圧１６との実差圧を目標差圧になるよう維持している。
また、可変ポンプ１１と共にエンジン１３で駆動される固定ポンプ１２と、該固定ポンプ１２の吐出路に可変絞り弁３１が設置されている。
つまり、固定ポンプ１２の吐出路に可変絞り弁３１の前後差圧が該可変絞り弁３１のスプリング３４の相当圧までは、可変絞り弁３１の固定絞り３３の前後差圧を検出し、エンジン１３の回転数が高くなり、固定ポンプ１２の吐出流量が増え、可変絞り弁３１の固定絞り３３の前後差圧が可変絞り弁３１のスプリング３４相当圧以上になると、可変絞り弁３１の流路は３２の位置になるので、可変絞り弁３１の流路３２の前後差圧を検出するようになり、目標差圧のゲインが変化する特性になっている。なお、参照符号２６は可変ポンプ１１の可変ポンプ定馬力制御弁を示す。
これにより、圧油をアクチュエータ２４a、２４ｂへ供給する方向制御弁２５ａ，２５ｂの開度が一定でもエンジン１３の回転数に応じてアクチュエータ２４ａ，２４ｂの速度が変えられる（例えば、特許文献１）
特開２００１−１９３７０５号公報

しかしながら、特許文献１においては、エンジン１３の回転数に応じて目標差圧（以下目標差圧を表す記号としてＰｒを用いる）を変更するため、特許文献１では固定ポンプ１２と可変絞り弁３１を配置することで、エンジン１３の回転数を検出しない油圧回路に対して、固定ポンプ１２の吐出ラインに絞り前後の圧力損失が発生（エネルギーロス）していることになる（一般的に1.5〜2.5 MPa程度）。
図５に示す絞り前後の圧力損失について、絞り上流圧１８の圧力をＰｐ１、絞り下流圧１９の圧力をＰｐ２とすると、目標差圧Ｐｒ＝Ｐｐ１−Ｐｐ２=ΔＰｐ(絞りの圧力損失)・・・（１）で表わせる。
また、固定ポンプ１２の吐出圧自体も高くなることにより、該固定ポンプ１２の耐圧性を向上させる必要もあった。
本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、エンジンの回転数に応じて目標差圧を変更する機能を保持した状態で、固定ポンプの吐出ラインの圧力損失を低減して省エネを図った油圧駆動装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するための請求項１記載の発明は、エンジンなどの原動機と、前記エンジンなどの原動機により駆動される可変容量型の油圧ポンプと、前記油圧ポンプから吐出される圧油により駆動される複数のアクチュエータと、前記油圧ポンプから前記複数のアクチュエータに供給される圧油の流量をそれぞれ制御する複数の方向切換弁と、前記複数の方向切換弁の前後差圧をそれぞれ制御する複数の圧力補償弁と、前記油圧ポンプの吐出圧が前記複数のアクチュエータの最高負荷圧よりも目標差圧だけ高くなるロードセンシング制御するポンプ制御手段と、前記油圧ポンプの吐出圧の上限を規制するメインリリーフ弁と、前記複数の圧力補償弁のそれぞれの目標差圧を前記油圧ポンプの吐出圧と前記複数のアクチュエータの最高負荷圧との差圧により設定すると共に、前記ロードセンシング制御の目標差圧を可変ポンプと共にエンジンなどの原動機で駆動される固定容量型ポンプを利用してエンジン回転数に依存する可変値として設定するエンジン回転数検出弁と、を備えた油圧駆動装置において、
前記エンジン回転数検出弁は、本体と、前記本体に摺動自在に嵌挿されたスプールと、前記スプールの大径部側に摺動自在に嵌挿されたピストンと、スプールの小径部側に内装されたばね部材と、前記スプールの内孔に設けられ前記本体に形成された絞り上流流路及び下流流路に連通する固定絞りと、を有し、
前記スプールの小径部側の受圧面積Ａ１、前記ピストンの受圧面積Ａ２及び前記スプールの大径部と前記ピストンとの径差の受圧面積Ａ３の設定によりエンジン回転数検出弁で検出する目標差圧に対し、前記スプールの内孔に設けられ前記本体に形成された絞り上流流路及び絞り下流流路に連通する前記固定絞りの前後差圧が小さく抑えられることを特徴とする。
本発明によれば、固定ポンプの吐出路に設置した絞りの前後差圧の変化でエンジン回転数を検出し、ポンプ容量制御の目標差圧を変更し、可変ポンプの吐出圧と最高負荷圧の実差圧も変更する機能は有したままで、固定ポンプ吐出ラインの圧力損失低減ができる。

本発明は、固定ポンプの吐出路に設置した絞りの前後差圧の変化でエンジン回転数を検出し、ポンプ容量制御の目標差圧を変更し、可変ポンプの吐出圧と最高負荷圧の実差圧も変更する機能は有したままで、固定ポンプ吐出ラインの圧力損失低減ができる。

以下、本発明の油圧駆動装置につき好適の実施の形態を挙げ、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の第一の実施に形態に係る油圧駆動装置４０の油圧回路図である。図１中、図５の構成要素と同一の構成要素については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
図１においては、固定ポンプ１２の吐出ラインに固定絞り１７４１を配置し、該固定絞り１７の絞り上流圧１８の圧力Ｐｐ１、絞り下流圧１９の圧力Ｐｐ２（この場合、固定ポンプ１２の吐出ラインのリリーフ２０の設定で決まるため従来技術、本発明とも同圧として比較する）とする。

さらに、絞り上流圧１８の圧力Ｐｐ１と下流圧１９の圧力Ｐｐ２を導き、その差圧を検出する差圧減圧弁４４を設置する。
ここで、絞り上流圧１８の受圧面積をＡ１、絞り下流圧１９の受圧面積をＡ２、Ｐｒの受圧面積をＡ３とする。また、Ａ１＝ｋ×Ａ２（ｋ＞１）、Ａ２＝Ａ３と設定すると差圧減圧弁４４における力のバランス式は、
Ｐｐ１×Ａ１＝（Ｐｐ２×Ａ２）＋（Ｐｒ×Ａ３）
Ｐｒ×Ａ３＝（Ｐｐ１×Ａ１）−（Ｐｐ２×Ａ２）
Ｐｒ＝（Ｐｐ１×ｋ）−Ｐｐ２＝（Ｐｐ１−Ｐｐ２）＋（ｋ−１）×Ｐｐ１
＝ΔＰｐ＋（ｋ−１）×Ｐｐ１・・・（２） となり、
（１）、（２）式より目標差圧Ｐｒが同一とすると、
ΔＰｐ´＝ΔＰｐ−（ｋ−１）×Ｐｐ１・・・（３） となる。
ただし （ｋ−１）×Ｐｐ１＞０である。
また、Ａ１＝Ａ２＝ｋ×Ａ３（ｋ＞１）と設定した場合、
差圧減圧弁４４のバランス式は、
Ｐｐ１×Ａ１＝Ｐｐ２×Ａ２＋Ｐｒ×Ａ３
Ｐｒ×Ａ３＝（Ｐｐ１−Ｐｐ２）×ｋ×Ａ３
Ｐｒ＝（Ｐｐ１−Ｐｐ２）×ｋ＝ΔＰｐ×ｋ・・・（４）となり、
（１）、（４）式より目標差圧Ｐが同一とすると、
ΔＰｐ´＝ΔＰｐ／ｋ・・・・（５） となる。ただし ｋ＞１である。
つまり、本発明では、従来技術と同じ目標差圧Prを得る場合でも、絞り上流圧８の圧力Ｐｐ１の受圧面積A１、絞り下流圧９の圧力 Ｐｐ２の受圧面積Ａ２、目標差圧Ｐｒの受圧面積Ａ３ の設定次第で，絞り前後差圧を低減できる。

参照符号４６は固定ポンプ１２の回転数を検出して絞り前後差圧を検出するエンジン回転数検出弁を示し、該エンジンエンジン回転数検出弁４６の概略構造を示す図２により詳細に説明する。なお、図２中、図１の構成要素と同一の構成要素は同一符号を付して詳細な説明を省略する。
図２に示すように、エンジン回転数検出弁４６は本体４７に穿設した大径スプール孔４９に摺動自在に嵌挿された大径部５１及び小径スプール孔５０に摺動自在に嵌挿された小径部５２よりなるスプール５３が設けられており、本体４８の両端はプラグ５４ａ，５４ｂにより閉塞されている。スプール５３の大径部５１の端部に開口する大径孔５５にピストン５６が摺動自在に嵌挿されている。さらに、大径孔５５に連通する中径孔５７が設けられており、小径部５２の端部の油室（または圧力室）は小径の連通路６０により流路６８（絞り上流流路）に接続している。
ここで、小径部５２（小径スプール孔５０）、大径孔５５（ピストン５６）の受圧面積及びスプール５３とピストン５６との径差部分の受圧面積をそれぞれＡ１，Ａ２，Ａ３として設定している。

前記大径部５１にはランド６１，６２が形成されており、これらのランド６１，６２の間には幅が軸方向に指向し深さが浅い凹部６３が形成されている。前記凹部６３には、小径スプール孔５０に連通する流路（絞り下流流路）６４が軸径方向に穿設されおり、該流路６４は本体４７に形成された流路６５に接続している。
一方、ランド６２には、略中央に凹部６６が形成されると共に、該凹部６６の軸方向の両端部にノッチ６７が円周に複数個形成されている。
さらに、小径部５２には連通路６０に接続する流路６８が軸径方向に穿設されており、該流路６８は本体４７に形成された流路６９に接続している。また、本体４７には、図１の油圧回路図を構成する油路７０〜７２が形成されている。この場合、油路７０、７１は目標差圧Ｐｒを検出し、油路７２はタンクポートに連通する機能を有する。

本発明の第一の実施の形態に係る油圧駆動装置４０は基本的には以上のように構成されたものであり、次にその動作について説明する。
可変ポンプ１１の駆動と共に、固定ポンプ１２から吐出された圧油は図２に示すように、エンジン回転数検出弁４６の流路６９に流入し、絞り上流圧１８の圧力Ｐｐ１がスプール５３の流路６８、連通路６０より小径部５２の右端である受圧面積Ａ１に作用し、スプール５３に矢印Ｘ方向への力を作用させる。

一方、圧油は流路６８よりスプール５３内部の（固定）絞り４１を通過し、中径孔５７に流入して絞り下流圧１９Ｐｐ２となってピストン５６の右端面である受圧面積Ａ２に作用し、スプール５３に矢印Ｙ方向への力を作用させる。目標差圧Pｒはスプール５３とピストン５５の径差の部分である受圧面積A３に作用し、スプール５３に矢印Ｙ方向への力を作用させる。
ここで、Ａ１＝ｋ×Ａ２（ｋ＞１）、Ａ２＝Ａ３と設定すると、スプール５３の力の釣合は、前述の（２）式の通りである。
また、Ａ１＝Ａ２＝ｋ×Ａ３（ｋ＞１）と設定すると、スプール５３の力の釣合は、前述の（４）式の通りである。

図３は、本発明の第二の実施に形態に係る油圧駆動装置８０の油圧回路図である。図３中、図１の構成要素と同一の構成要素については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
図３は図１のエンジン数検出弁４６に可変絞り部８５を追加してエンジン回転数検出弁８２を設けたことを特徴とする。図４によりエンジン回転数検出弁８２について説明する。
図４において、可変絞り部８５は本体４７に穿設されたスリーブ孔８６に嵌挿されたスリーブ８７と、前記スリーブ８７に摺動自在に嵌挿されたピストン８８と、前記スリーブ８７に内装されたスプリング８９と、前記スプリング８９のスプリング力を調整するねじ部材９０と、を備える。

スリーブ８７は大径部９２がねじ機構によりスリーブ孔８６に螺着され、小径部９３が小径孔９４に嵌入しており、突出部９１が本体４７の端面に係合している。大径部９９がスリーブ８７の中径孔９６に嵌入したピストン８８は、一側（図４で左側）に突起部９８を形成し、他側（図４で右側）に小径部１００を設けており、大径部９９と小径部１００との係合部にテーパ部１０１を形成している。
スリーブ８７の大径孔９５に内装されたスプリング８９は、一側（図４で右側）が突起部９８の外周に係合し、他側（図４で左側）がスリーブ８７に螺着したねじ部材９０にガイドされている。スプリング８９のスプリング力の調整はねじ部材９０に螺着したナット１０２により該ねじ部材９０を出し入れすることで行われる。参照符号１０３、１０４は油路を示すもので、それぞれ絞り上流圧１８、絞り下流圧１９に連通している。

図４において、可変絞り部８５はスプリング８９の設定圧以上で、ピストン８８が左方向へ移動し、該ピストン８８のテーパ部１０１がスリーブ８７に穿設された連通路１０５の位置になると、絞り上流圧１８、絞り下流圧１９が連通するようになっている。
本発明によれば、固定ポンプの吐出路に設置した絞りの前後差圧の変化でエンジン回転数を検出し、ポンプ容量制御の目標差圧を変更し、可変ポンプの吐出圧と最高負荷圧の実差圧も変更する機能は有したままで、固定ポンプ吐出ラインの圧力損失低減ができる
なお、図２及び図４において、スプリングの設定を容易にするため、プラグ５４ｂの代わりにスプリング取り付け高さを調整する調整ネジ機構を備えたプラグを使用しても良いことは、言うでもない。

本発明の第一の実施の形態に係る油圧駆動装置の油圧回路図である。 図１に示すエンジン回転数検出弁の概略構造図である。 本発明の第二の実施の形態に係る油圧駆動装置の油圧回路図である。 図３に示すエンジン回転数検出弁の概略構造図である。 従来の油圧駆動装置の油圧回路図である。

符号の説明

４０、８０ 油圧駆動装置 １１ 可変ポンプ
１２ 固定ポンプ １８ 絞り上流圧
１９ 絞り下流圧 ２４ アキュームレータ
２５ 方向切換弁 ４１ 固定絞り
４４ 差圧減圧弁 ４６ エンジン回転数検出弁
４７ 本体 ５３ スプール
５６、８８ ピストン ８５ 可変絞り部

Claims (1)

1. エンジンなどの原動機と、前記エンジンなどの原動機により駆動される可変容量型の油圧ポンプと、前記油圧ポンプから吐出される圧油により駆動される複数のアクチュエータと、前記油圧ポンプから前記複数のアクチュエータに供給される圧油の流量をそれぞれ制御する複数の方向切換弁と、前記複数の方向切換弁の前後差圧をそれぞれ制御する複数の圧力補償弁と、前記油圧ポンプの吐出圧が前記複数のアクチュエータの最高負荷圧よりも目標差圧だけ高くなるロードセンシング制御するポンプ制御手段と、前記油圧ポンプの吐出圧の上限を規制するメインリリーフ弁と、前記複数の圧力補償弁のそれぞれの目標差圧を前記油圧ポンプの吐出圧と前記複数のアクチュエータの最高負荷圧との差圧により設定すると共に、前記ロードセンシング制御の目標差圧を可変ポンプと共にエンジンなどの原動機で駆動される固定容量型ポンプを利用してエンジン回転数に依存する可変値として決定するエンジン回転数検出弁と、を備えた油圧駆動装置において、
   前記エンジン回転数検出弁は、本体と、前記本体に摺動自在に嵌挿されたスプールと、前記スプールの大径部側に摺動自在に嵌挿されたピストンと、スプールの小径部側に内装されたばね部材と、前記スプールの内孔に設けられ前記本体に形成された絞り上流流路及び絞り下流流路に連通する固定絞りと、を有し、
   前記スプールの小径部側の受圧面積Ａ１、前記ピストンの受圧面積Ａ２及び前記スプールの大径部と前記ピストンとの径差の受圧面積Ａ３の設定によりエンジン回転数検出弁で検出する目標差圧に対し、前記スプールの内孔に設けられ前記本体に形成された絞り上流流路及び絞り下流流路に連通する前記固定絞りの前後差圧が小さく抑えられることを特徴とする油圧駆動装置。
   

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