JP2010019382A - 油圧ポンプ容積制御回路 - Google Patents

Abstract

【課題】油圧ポンプの無負荷時におけるエネルギーロスを少なくし、且つ、負荷時における始動応答性を向上させる。
【解決手段】油圧ポンプ１から吐出された作動油がコントロールバルブ１７を介して油圧アクチュエータ７に供給される油圧ポンプ容積制御回路において、前記油圧ポンプ１と前記コントロールバルブ１７との間に蓄圧器１４を設置し、負荷時に該蓄圧器１４に蓄えられた作動油は、前記油圧アクチュエータ７を始動するための圧油として利用できるように構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、油圧ポンプ容積制御回路に関するものであり、特に、建設機械等に装備された油圧ポンプと油圧アクチュエータとの間にコントロールバルブが設けられた油圧ポンプ容積制御回路に関するものである。

従来、油圧ショベル等の建設機械においては、エンジンの出力軸に可変流量型の油圧ポンプが取り付けられていると共に、該油圧ポンプにはレギュレータが接続されている。又、該油圧ポンプの吐出ラインには油圧モータ、油圧シリンダ等の油圧アクチュエータが接続され、且つ、該油圧アクチュエータと油圧ポンプとの間にはコントロールバルブが設けられている。

従って、油圧ポンプから油圧アクチュエータに供給される作動油をコントロールバルブで給排制御することにより、油圧アクチュエータに所望の動作を行わせることができる。この場合、油圧ポンプから吐出される作動油の流量は、レギュレータにより傾転角を変化させることによって調整される（例えば、特許文献１参照）。
特開平０７−１３９５１０号公報

上記従来技術では、無負荷時における油圧ポンプの最小傾転は、負荷時の始動応答性を確保すべく最大傾転の２割程度に設定されている。この場合、油圧ポンプからの吐出油の全量はタンクに捨てられているため、無負荷時でのエネルギーロスが大きいという問題があった。

前記エネルギーロスを小さくするためには、無負荷時での油圧ポンプの最小傾転を小さく設定することが考えられる。しかし、油圧ポンプの最小傾転を小さくすると、負荷時における始動応答性が低下する。

そこで、油圧ポンプの無負荷時におけるエネルギーロスを少なくし、且つ、負荷時での始動応答性を向上させるために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１記載の発明は、油圧ポンプからコントロールバルブを介して油圧アクチュエータに作動油が供給される油圧ポンプ容積制御回路において、前記油圧ポンプと前記コントロールバルブとの間に蓄圧器が設けられ、負荷時に前記油圧ポンプからの作動油を該蓄圧器に蓄圧し、該蓄圧された作動油は、前記油圧アクチュエータを始動するための圧油として利用できるように構成したことを特徴とする油圧ポンプ容積制御回路を提供する。

この構成によれば、油圧ポンプとコントロールバルブとの間に蓄圧器を設置したので、負荷時には油圧ポンプからの作動油が蓄圧器に蓄えられる。そして、該蓄圧器に蓄えられた作動油の圧力は、油圧アクチュエータを始動するための圧油として利用される。従って、負荷始動時に、蓄圧器は油圧ポンプの油圧をアシストする第２の油圧源として機能するので、油圧アクチュエータを駆動する際に必要な油圧ポンプの吐出油が少なくて済む。

請求項２記載の発明は、上記蓄圧器の設定圧は、無負荷時における上記油圧ポンプの吐出圧にて最大ストロークを保持するように調整されていることを特徴とする請求項１記載の油圧ポンプ容積制御回路を提供する。

この構成によれば、無負荷時に、蓄圧器は油圧ポンプの吐出油の圧力を蓄えるが、この場合、蓄圧器内の油室の可動部（ピストン）は所定のポンプ圧にて最大ストローク量移動して保持される。

請求項１記載の発明は、蓄圧器に蓄えた圧油を油圧ポンプの圧力として利用することにより、その分だけ油圧アクチュエータを駆動するための油圧が補充されるので、負荷始動時における応答性を向上させることができる。

又、蓄圧器に蓄えられた圧油に相当する分だけ、無負荷時に油圧ポンプから吐出される油量を減少させることができるので、該油圧ポンプからタンクに捨てられる油量が減少し、従来例に比しエネルギーロスを少なくすることができる。

請求項２記載の発明では、蓄圧器は所定のポンプ圧にてストローク量が最大になった状態で蓄圧されるので、請求項１記載の発明の効果に加えて、コントロールバルブのブリードオフ開口面積を小さく絞り込むことができる。従って、油圧アクチュエータ等の良好な始動応答性を維持しつつ、無負荷での省エネルギー効果を一層高めることができる。

本発明は油圧ポンプの無負荷時におけるエネルギーロスを少なくし、且つ、負荷時での始動応答性を向上させるという目的を達成するため、油圧ポンプからコントロールバルブを介して油圧アクチュエータに作動油が供給される油圧ポンプ容積制御回路において、前記油圧ポンプと前記コントロールバルブとの間に蓄圧器が設けられ、負荷時に前記油圧ポンプからの作動油を該蓄圧器に蓄圧し、該蓄圧された作動油を、前記油圧アクチュエータを始動するための圧油として利用できるように構成したことにより実現した。

以下、本発明の好適な一実施例を図面に従って説明する。本実施例は、旋回モータ、アームシリンダ及びブームシリンダ等の作業用又は走行用の油圧アクチュエータを装備して成る建設機械の油圧ポンプ容積制御回路に適用したものであるが、油圧ポンプからの吐出油がコントロールバルブを介して油圧アクチュエータに供給される油圧ポンプ容積制御回路であれば全て適用可能である。

図１は本実施例に係る油圧ポンプ容積制御回路を示す。同図において、１はエンジン２により駆動される油圧ポンプであって、該油圧ポンプ１は具体的には、斜板の角度を傾転制御してポンプ容積（ポンプ吐出量）が変化する可変容量型の油圧ポンプである。該油圧ポンプ１には、前記斜板の角度を傾転制御するレギュレータ３が接続されている。

又、油圧ポンプ１の吐出ライン４にはチェック弁５及びメータイン用可変絞り弁６が順次設けられ、該チェック弁５は、メータイン用可変絞り弁６から油圧ポンプ１側への逆流を阻止する。

更に又、メータイン用可変絞り弁６の下流側は、油圧アクチュエータ７たとえば旋回モータのポート７Ａに接続されている。そして、油圧アクチュエータ７のポート７Ｂにはメータアウト用可変絞り弁８が接続され、該メータアウト用可変絞り弁８の下流側はタンクＴに連通している。

又、前記吐出ライン４におけるチェック弁５とメータイン用可変絞り弁６との間には油路９が接続されている。そして、該油路９の下流側は２つに分岐し、該油路９の一方の分岐部にはブリードオフ用可変絞り弁１０が接続され、更に、該ブリードオフ用可変絞り弁１０の下流側には、リリーフ弁１１及びネガコン絞り弁１２が並列に設けられている。尚、前記ネガコン絞り弁１２とブリードオフ用可変絞り弁１０間の油圧は、ネガコン回路１３を介して上記レギュレータ３に導出されている。

更に又、前記油路９の他方の分岐部は、蓄圧器１４の蓄圧室（圧油導入部）１５に接続されている。該蓄圧器１４は、油圧アクチュエータ７の作動時（負荷時）に、油圧ポンプ１から吐出される作動油を蓄圧室１５に導入して、該作動油の圧力が蓄えられるように構成されている。

上記蓄圧器１４の設定圧はバネ１６により調整されている。本実施例では、無負荷時における油圧ポンプ１の吐出圧にて蓄圧室１５の可動部１５Ａが最大限ストロークした状態（蓄圧室１５が最大容積の状態）に保持できるように、蓄圧器１４の設定圧は、所定値たとえば３Ｐａ乃至４Ｐａに調整されている。

本実施例に係る上記メータイン用可変絞り弁６、メータアウト用可変絞り弁８及びブリードオフ用可変絞り弁１０は具体的には、図２に例示するように、３位置切換え型のコントロールバルブ１７に互いに連接して形成することができる。更に、これら可変絞り弁６，８，９の動作は、コントローラ１８からの指令信号により制御されている。

上記コントロールバルブ１７は、無負荷状態を保持する中立位置から左側又は右側の作動位置に切り換えると、油圧アクチュエータ７に連通するため、該油圧アクチュエータ７に油圧ポンプ１から作動油が供給されて負荷状態になる。

次に、本実施例による油圧ポンプ容積制御回路の作用について説明する。まず、コントロールバルブ１７が作動位置にセットされた負荷時には、該コントロールバルブ１７を介して油圧ポンプ１から油圧アクチュエータ７に作動油が供給されて該油圧アクチュエータ７が駆動する。
この場合、油圧ポンプ１の作動油（保持油又は戻り油）の一部は、油路９を介して蓄圧器１４に蓄圧される。即ち、蓄圧器１４の蓄圧室１５に圧油が流入して、該蓄圧室１５内の圧力が増大する（蓄圧作用）。

そして、コントロールバルブ１７を作動位置から中立位置に切り換えて、油圧ポンプ１を最小傾転に低下させて制御すると、蓄圧器１４は油圧ポンプ１の圧油により低圧で蓄圧されてこの蓄圧状態を保持する。

この結果、蓄圧器１４は油圧ポンプ１に対して第２の油圧源として機能する。即ち、蓄圧器１４は油圧ポンプ１の油圧に相当する作動圧をフルに蓄えて、油圧ポンプ１の役割をアシストできるようになる。

而して、コントロールバルブ１７を中立位置から作動位置に切り換えて、油圧アクチュエータ７に対する油圧駆動を開始すると、蓄圧器１４は油圧ポンプ１に対して第２の油圧源として機能するため、油圧ポンプ１から吐出される圧油を補充してポンプ圧が急激に増加して、作動油が油圧アクチュエータ７の作動油充填部内の油圧上昇のために利用される。

即ち、油圧ポンプ１から油圧アクチュエータ７に至る吐出ライン４の圧力は、蓄圧器１４から供給される油圧によって急速に補充されるため、油圧ポンプ１の圧力低下を招くことなく、油圧アクチュエータ７の駆動開始が速やかに行われる。

上記の如く本発明によると、油圧ポンプ１とコントロールバルブ１７との間に蓄圧器１４を設置したので、負荷時には油圧ポンプ１からの作動油が蓄圧器１４に蓄えられる。そして、該蓄圧器１４に蓄えられた作動油の圧力は、油圧アクチュエータ７を始動するための油圧として有効に利用される。

従って、蓄圧器１４に蓄えた圧油に相当する分だけ、油圧アクチュエータ７を駆動するための油圧を補充できるので、負荷始動時における応答性が著しく向上する。又、蓄圧器１４に蓄えた圧油に相当する分だけ、無負荷時における油圧ポンプ１からの吐出油量を減少させることができるので、油圧ポンプ１からタンクＴに捨てられる油量が減少して、エネルギーの損失が大幅に少なくなる。

更に、無負荷時に、油圧ポンプ１の吐出油の圧力を蓄圧器１４に蓄えた状態では、蓄圧器１４は、油圧ポンプ１の吐出油圧により蓄圧室１５内の可動部１５Ａが最大量移動した状態で蓄圧するので、コントロールバルブ１７のブリードオフ開口面積を小さく絞り込むことができる。斯くして、負荷始動時における応答性を良好に維持して、無負荷での省エネルギー効果が一層高められる。

本実施例では、油圧アクチュエータ７の始動時、所望の応答性を確保するために必要な最小の傾転角にレギュレータ３を調整することにより、操作中立時のエネルギーロスを大幅に減少させることができる。

尚、レギュレータ３が最小傾転角に設定された状態において、油圧ポンプ１からタンクＴに排出される作動油は、冷却等に必要な最小限に減少し、従来例のように多量の作動油がタンクＴに無駄に捨てられることがない。

図３は、油圧ポンプ１における吐出流量Ｑと吐出圧Ｐの関係を示す。従来例では、油圧ポンプ１の最小傾転は、最大傾転の２割（図中の流量Ｑ１）に設定されていたので、無負荷でのエネルギーロスが大きいと云う問題があった。之に対して本実施例では、油圧ポンプ１の吐出油は従来の流量Ｑ１よりも少ない流量Ｑ２に設定されるので、その差の分だけ無負荷でのエネルギーロスが減少する。

尚、油圧ポンプ１の駆動操作量が最小の時、該油圧ポンプ１からの吐出油量は油圧アクチュエータ７とタンクＴに分流される。依って、タンクＴに分流される圧油の分だけエネルギーロスが大きくなるが、本発明では従来に比べて油圧ポンプ１の吐出油量を少なくできる。

したがって、油圧ポンプ１の吐出量の減少に応じて、コントロールバルブ１７のブリードオフ開口面積を絞り弁込むことにより、タンクＴに捨てられる作動油の量も減少するので、一層の省エネルギー化が可能になる。

又、油圧ポンプ１の吐出油の一部を蓄圧器１４に蓄えて、該蓄えた圧油を操作中立時に有効に利用できるので、たとえば、負荷操作時にポンプ圧が所要値よりも低圧になった場合に、蓄圧器１４は油圧ポンプ１の圧力を補充して正常なポンプ機能を常に維持することができる。

更に、傾転制御の開始時、蓄圧器１４は油圧ポンプ１の傾転を駆動するための圧力源、或いは、スプールストロークによるコントロールバルブ１７等の作動油充填部の作動油圧を増加させるための圧力源としても利用できるので、傾転制御の応答性及び始動性、並びに負荷応答性が著しくアップする。

上記実施例では、油圧ポンプの吐出ラインに油圧アクチュエータを１つだけ設けたが、油圧アクチュエータは油圧ポンプの吐出ラインに複数設けることができる。

なお、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。

本発明の一実施例を示し、油圧ポンプ容積制御回路の電気油圧回路図。 一実施例に係るコントロールバルブを組み込んだ構成例を例示する電気油圧回路図。 一実施例に係る油圧ポンプにおける吐出流量と吐出圧の関係を示す流量特性図。

符号の説明

１ 油圧ポンプ
３ レギュレータ
４ 吐出ライン
５ チェック弁
６ メータイン用可変絞り弁
７ 油圧アクチュエータ
８ メータアウト用可変絞り弁
１０ ブリードオフ用可変絞り弁
１４ 蓄圧器
１７ コントロールバルブ

Claims (2)

1. 油圧ポンプからコントロールバルブを介して油圧アクチュエータに作動油が供給される油圧ポンプ容積制御回路において、前記油圧ポンプと前記コントロールバルブとの間に蓄圧器が設けられ、負荷時に該蓄圧器に前記油圧ポンプからの作動油を蓄圧し、該蓄圧された作動油は、前記油圧アクチュエータを始動するための圧油として利用できるように構成したことを特徴とする油圧ポンプ容積制御回路。
2. 上記蓄圧器の設定圧は、無負荷時における上記油圧ポンプの吐出圧にて最大ストロークを保持するように調整されていることを特徴とする請求項１記載の油圧ポンプ容積制御回路。

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