JP2011153527A - 油圧装置 - Google Patents

Abstract

【課題】可変容量ポンプの始動時における動力の低減が可能な油圧装置を提供する
【解決手段】荷役作業車のエンジン停止に伴いポンプ１が停止すると、主管路４の油圧が零となる。パイロット制御弁１２は付勢部材１５によって圧油排出位置１７に切り替えられ、同時に切替弁２１が付勢部材２４によって蓄圧管路接続位置２６に切り替えられる。蓄圧装置２８に蓄えられた圧油は蓄圧管路２７及び圧油入出管路２２を介してシリンダ１０に供給される。この結果、斜板２は傾斜角度が最小となる位置まで傾動され、ポンプ１は吐出容量が最小の状態を維持した停止を継続される。エンジンが始動される時、ポンプ１は最小の吐出容量状態にあるため、大きな駆動力を必要としない。この結果、エンジン始動時の大きなクランキング動力を必要とせず、エンジンの燃料消費量を抑制することができる。
【選択図】図３

Description

本願発明は、エンジンにより駆動される可変容量ポンプを備えた油圧装置に関する。

例えば、特許文献１には、斜板式可変容量ピストンポンプの吐出容量制御に関する基本的な構成が従来技術として開示されている。斜板式可変容量ピストンポンプ（以下、単にポンプという）から吐出された圧油は、電磁式流量制御弁を介して油圧駆動装置のピストンシリンダ等の負荷に供給される。ロードセンシング弁は、電磁式流量制御弁のポンプ側油圧と負荷側油圧をパイロット圧として導入する。

ロードセンシング弁は、ポンプ側油圧と負荷側油圧との差圧が所定値より小さい時、スプールがスプリングにより変位されて第１の切り替え位置となり、ポンプの制御シリンダの圧油をタンクへ排出して吐出流量を増加させる。逆に、ポンプ側油圧が負荷側油圧よりも高くなって差圧が所定値より大きくなると、ポンプ側油圧によるパイロット圧はスプリングに勝る。このため、ロードセンシング弁は、スプールが逆方向に移動されて第２の切り替え位置に変位され、ポンプから吐出される圧油をポンプの制御シリンダヘ導入して吐出流量を減少させる。

なお、ポンプは制御シリンダに対する圧油の供給又は排出により斜板の傾きが変化され、プランジヤのストロークを変えるため、吐出流量を変えることができる。このように、ロードセンシング弁は電磁式流量制御弁のポンプ側油圧と負荷側油圧との差圧に応じて作動され、ポンプの制御シリンダを制御する。ポンプは制御シリンダの制御により、ポンプ側油圧と負荷側油圧との差圧が一定となるように吐出流量を増減している。

特開昭５８−２２２９８９号公報

特許文献１に開示された斜板式可変容量ピストンポンプは、例えばフォークリフト等の荷役作業車に使用される場合、エンジンによって駆動される構成となる。荷役作業車の運転中は斜板式可変容量ピストンポンプが駆動され、荷役用のアクチュエータに圧油が供給されている。しかし、荷役作業車のエンジンが停止された場合、斜板式可変容量ピストンポンプは吐出容量の増加中に停止される場合が頻繁に生じる。即ち、斜板式可変容量ピストンポンプは斜板が最小の傾斜角度でない状態で停止される。

このため、荷役作業車の運転のためにエンジンが再び始動されると、斜板式可変容量ピストンポンプは吐出流量が生じる状態にあり、大きな動力を必要とする問題がある。この結果、エンジン始動時のクランキング動力が大きくなり、エンジンの燃料消費量が増大する。また、クランキング動力が大きいため、エンジンのスタータの大きな能力が必要となり、スタータの大型化を招くことにもなる。

本願発明の目的は、可変容量ポンプの始動時における動力の低減が可能な油圧装置を提供することにある。

請求項１に記載の本願発明は、エンジンにより駆動され、圧油の供給により吐出容量を減少するように調整する吐出容量調整機構を備えた可変容量ポンプと、可変容量ポンプから吐出される圧油をアクチュエータへの圧油の給排を制御する制御弁に供給する主管路と、前記主管路の圧油を前記吐出容量調整機構に供給する圧油供給位置と前記吐出容量調整機構の圧油を排出する圧油排出位置とに切り替え可能に構成されたパイロット制御弁と、前記パイロット制御弁を前記圧油供給位置側に付勢するように前記制御弁の前記可変容量ポンプ側の圧油を導く第１パイロット管路と、前記パイロット制御弁を前記圧油排出位置側に付勢するように前記制御弁の前記アクチュエータ側の圧油を導く第２パイロット管路とを備えた油圧装置において、前記主管路に接続した蓄圧管路中に蓄圧装置を設け、前記可変容量ポンプの停止中に前記蓄圧装置の圧油を前記吐出容量調整機構に供給する蓄圧管路切替機構を設けたことを特徴とする。

請求項１によれば、圧油の供給によって可変容量ポンプの停止中に吐出容量を最小にすることができる。このため、可変容量ポンプは吐出容量の最小状態の下に始動を行なうことができ、始動時の動力を低減することができる。従って、可変容量ポンプを駆動するエンジンは燃料消費量を低減することができ、またスタータの小型化が可能となる。

請求項２に記載の本願発明は、前記蓄圧管路は前記蓄圧装置と前記主管路との間に逆止弁又は絞り弁を有することを特徴とする。請求項２によれば、蓄圧装置に蓄えられた圧油は主管路側へ逆流することなく、充分な量を吐出容量調整機構に供給することができる。

請求項３に記載の本願発明は、前記蓄圧管路切替機構は前記パイロット制御弁と前記吐出容量調整機構とを接続する管路中に設けられ、前記吐出容量調整機構と前記パイロット制御弁とを接続するパイロット制御弁接続位置と前記吐出容量調整機構と前記蓄圧装置とを接続する蓄圧管路接続位置とに切り替え可能な切替弁で構成されることを特徴とする。請求項３によれば、従来の油圧装置に蓄圧装置と切替弁を付加することで、簡単に構成することができる。

請求項４に記載の本願発明は、前記切替弁は前記主管路の圧油を導く第３パイロット管路により前記パイロット制御弁接続位置側に付勢され、付勢部材により前記蓄圧管路接続位置側に付勢されることを特徴とする。請求項４によれば、切替弁が可変容量ポンプから吐出される圧油を利用して制御されるため、油圧回路の構成が簡単である。

請求項５に記載の本願発明は、前記パイロット制御弁は前記蓄圧管路切替機構を有し、前記吐出容量調整機構に対して前記圧油供給位置、前記圧油排出位置及び前記吐出容量調整機構と前記蓄圧装置とを接続する蓄圧管路接続位置とに切り替え可能に構成されていることを特徴とする。請求項５によれば、３位置制御が可能な単一のパイロット制御弁を設けることで、可変容量ポンプの停止時に吐出容量を最小にすることができるので、構成が簡単である。

本願発明は、可変容量ポンプの始動時における動力を低減することができる。

第１の実施形態における斜板式可変容量ピストンポンプの吐出容量減少時の運転状態を示す油圧回路図である。 斜板式可変容量ピストンポンプの吐出容量増大時の運転状態を示す油圧回路図である。 斜板式可変容量ピストンポンプの停止状態を示す油圧回路図である。 第２の実施形態における斜板式可変容量ピストンポンプの停止状態を示す油圧回路図である。 第３の実施形態における斜板式可変容量ピストンポンプの停止状態を示す油圧回路図である。

（第１の実施形態）
図１〜図３は第１の実施形態の油圧装置を示す。可変容量ポンプとしての斜板式可変容量ピストンポンプ１（以下、単にポンプ１という）は図示しない荷役作業車のエンジンに連結して駆動される。ポンプ１は斜板２の回転によりピストン（図示せず）が駆動され、リザーブタンク３から油を汲み上げて主管路４に吐出する。主管路４はフローデバイダ５に接続して荷役作業車の走行に関わるアクチュエータ６に圧油を常時供給する。アクチュエータ６は供給された圧油の排出のため、リザーブタンク３に管路により接続されている。主管路４はさらに、油圧必要部位である荷役作業用の複数のアクチュエータ７に圧油を供給する制御弁８と接続されている。制御弁８は複数のアクチュエータ７への圧油の給排を切り替え制御する機能を有する。

一方、斜板２は傾斜角度を吐出容量調整機構９によって変更され、ポンプ１の吐出容量を変更する。吐出容量調整機構９はシリンダ１０とピストン１１から構成され、ピストン１１がポンプ１の斜板２に連結されている。吐出容量調整機構９への圧油の給排により、ポンプ１の斜板２の傾角が変更されてポンプ１の吐出容量は調整される。吐出容量調整機構９に圧油が供給されると、斜板２はピストン１１が図１の右方に移動し、傾斜角度が減少されて吐出容量を減少させる。吐出容量調整機構９から圧油が排出されると、ピストン１１が左方に移動し、傾斜角度が増大されて吐出容量を最大にする。

吐出容量調整機構９への油の給排を制御するパイロット制御弁１２は、制御弁８のポンプ１側である主管路４に接続する第１パイロット管路１３と制御弁８のアクチュエータ７側に接続する第２パイロット管路１４及びばね材からなる付勢部材１５とに接続されている。第１パイロット管路１３は主管路４から導く圧油によりパイロット制御弁１２を圧油供給位置１６側に付勢する。第２パイロット管路１４及び付勢部材１５は制御弁８のアクチュエータ７側から導く圧油とばね力によりパイロット制御弁１２を圧油排出位置１７側に付勢している。従って、パイロット制御弁１２は制御弁８のポンプ１側とアクチュエータ７側の圧油との差圧を利用し、差圧が大きい時は付勢部材１５に抗して圧油供給位置１６に切り替えられ、差圧がほぼ零に近い状態では付勢部材１５により圧油排出位置１７に切り替えられるように構成されている。

圧油供給位置１６では、図１に示すように、パイロット制御弁１２は吐出容量調整機構９側に位置する圧油入出管路１８と第１パイロット管路１３から分岐した圧油供給管路１９とに接続するとともにリザーブタンク３に接続する圧油排出管路２０を閉じ、主管路４の圧油を吐出容量調整機構９側に供給することができる。また、図２に示すように、圧油排出位置１７では、パイロット制御弁１２は圧油入出管路１８と圧油排出管路２０とに接続するとともに圧油供給管路１９を閉じ、吐出容量調整機構９側の圧油をリザーブタンク３に排出することができる。

圧油入出管路１８は、蓄圧管路切替機構としての切替弁２１及び圧油入出管路２２を介して吐出容量調整機構９のシリンダ１０と接続している。蓄圧管路切替機構は２位置の切り替え可能に構成された切替弁２１により構成され、主管路４に接続した第３パイロット管路２３及びばね材からなる付勢部材２４と接続されている。第３パイロット管路２３は切替弁２１を主管路４から導入された圧油により、パイロット制御弁接続位置２５側へ付勢し、付勢部材２４は切替弁２１を蓄圧管路接続位置２６側に付勢している。
パイロット制御弁接続位置２５では、図１及び図２に示すように、切替弁２１は吐出容量調整機構９とパイロット制御弁１２とを接続する。蓄圧管路接続位置２６では、図３に示すように、切替弁２１は吐出容量調整機構９と蓄圧装置２８とを接続する。

ポンプ１の運転中は主管路４に圧油が供給されているため、切替弁２１は図１及び図２に示すように、パイロット制御弁接続位置２５側に切り替えられ、圧油入出管路１８と圧油入出管路２２との接続及び主管路４に接続された蓄圧管路２７の閉鎖状態を継続する。従って、ポンプ１はアクチュエータ７の負荷に応じてパイロット制御弁１２による吐出容量制御を受ける。一方、蓄圧管路２７には蓄圧装置２８が設けられ、蓄圧装置２８は主管路４の圧油を蓄える。また、蓄圧装置２８と主管路４との間には逆止弁２９が配置され、蓄圧装置２８の圧油が主管路４側に逆流することを防止している。

ポンプ１の運転が停止されると、ポンプ１からの圧油の吐出が停止され、主管路４の圧力が低下するため、図３に示すように、切替弁２１は付勢部材２４によって蓄圧管路接続位置２６側に切り替えられる。従って、パイロット制御弁１２に接続する圧油入出管路１８が閉じられ、蓄圧管路２７が圧油入出管路２２に接続して蓄圧装置２８の圧油が吐出容量調整機構９に供給される。圧油の供給により吐出容量調整機構９はポンプ１の吐出容量を減少させ、吐出容量を最小とする。なお、切替弁２１には排出管３０が接続され、排出管３０は第３パイロット管路２３及び蓄圧管路２７の圧油の漏れ油をリザーブタンク３に排出することができる。

以上のように構成された第１の実施形態は以下の作用効果を有する。
荷役作業車の運転中はエンジンによりポンプ１が駆動され、圧油が主管路４に吐出される。圧油はフローデバイダ５によって分流され、アクチュエータ６に供給される。また、フローデバイダ５によって分流された他の圧油は制御弁８によって制御されるアクチュエータ７に供給される。

蓄圧管路切替機構としての切替弁２１は主管路４から第３パイロット管路２３に導入された圧油により、図１に示すように、パイロット制御弁接続位置２５側に切り替えられ、圧油入出管路１８及び２２を連通状態にする。また、主管路４から蓄圧管路２７に導入される圧油は、逆止弁２９によって逆流を防止され、蓄圧装置２８に蓄えられる。

パイロット制御弁１２は第１パイロット管路１３及び第２パイロット管路１４の差圧により、圧油供給位置１６と圧油排出位置１７との切り替え制御を行う。荷役作業によりアクチュエータ７の負荷が大きくなると、第２パイロット管路１４の油圧が第１パイロット管路１３の油圧とほぼ等しくなり、パイロット制御弁１２は付勢部材１５により図１に示した圧油供給位置１６から図２に示した圧油排出位置１７に切り替えられる。従って、シリンダ１０内の圧油が圧油入出管路２２、１８及び圧油排出管路２０を介してリザーブタンク３に排出される。このため、斜板２は傾斜角度が大きくなる方向に傾動され、ポンプ１の吐出容量を増大する。

アクチュエータ７の負荷が小さくなると、第２パイロット管路１４の油圧が低くなり、第１パイロット管路１３の油圧による付勢力が第２パイロット管路１４の油圧及び付勢部材１５による付勢力を上回るため、パイロット制御弁１２は図２に示した圧油排出位置１７から図１に示した圧油供給位置１６に切り替えられる。従って、主管路４の圧油が圧油供給管路１９から圧油入出管路１８及び２２を介してシリンダ１０に供給される。このため、斜板２は傾斜角度が小さくなる方向に傾動され、ポンプ１の吐出容量を減少する。このように、パイロット制御弁１２は第１パイロット管路１３と第２パイロット管路１４との差圧の大小により圧油供給位置１６と圧油排出位置１７との切り替えを繰り返し、ポンプ１の吐出容量を制御する。

ポンプ１の運転は荷役作業車のエンジン停止に伴い停止する。ポンプ１の停止により圧油の吐出は停止し、主管路４の油圧が零となる。このため、図３に示すように、パイロット制御弁１２は付勢部材１５によって圧油排出位置１７に切り替えられるが、同時に切替弁２１が付勢部材２４によって蓄圧管路接続位置２６に切り替えられる。切替弁２１の切り替え動作により、圧油入出管路１８が閉じられるとともに蓄圧管路２７が接続されるため、蓄圧装置２８に蓄えられた圧油は蓄圧管路２７及び圧油入出管路２２を介してシリンダ１０に供給される。この結果、斜板２は傾斜角度が最小となる位置まで傾動され、ポンプ１は吐出容量が最小の状態に維持されて停止を継続する。

荷役作業車の運転のためにエンジンが始動される時、ポンプ１は最小の吐出容量状態にあるため、ポンプ１の大きな駆動力を必要としない。このため、エンジン始動時のクランキング動力は大きくする必要が無く、エンジンの燃料消費量を抑制することができる。また、クランキング用のスタータの能力も大きくする必要が無い。

（第２の実施形態）
図４には第２の実施形態の油圧装置を示す。第２の実施形態は、第１の実施形態における蓄圧管路切替機構を変更したもので、第１の実施形態と同一の構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。第２の実施形態は、蓄圧管路切替機構を電磁切替弁３１で構成したもので、図４はポンプ１の停止状態を示している。

蓄圧管路切替機構としての電磁切替弁３１はパイロット制御弁接続位置３２と蓄圧管路接続位置３３との２位置に切り替え可能に構成され、荷役作業車のエンジン始動信号又は同等の信号に基づき電磁力を作用させて電磁切替弁３１をパイロット制御弁接続位置３２側に切り替える。従って、電磁切替弁３１が蓄圧管路２７を閉じ、圧油入出管路１８及び２２を接続するため、ポンプ１はパイロット制御弁１２による吐出容量制御を受けながら運転を継続する。

電磁切替弁３１は荷役作業車のエンジン停止信号又は遅延された停止中の信号により電磁力を消失し、ばね材からなる付勢部材３４により蓄圧管路接続位置３３に切り替えられる。従って、圧油入出管路１８が閉じられ、蓄圧管路２７及び圧油入出管路２２が接続されるため、蓄圧装置２８の圧油はシリンダ１０に供給され、斜板２の傾斜角度を最小となるように傾動する。この結果、ポンプ１は最小の吐出容量の状態でエンジンの始動に備えることができ、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

（第３の実施形態）
図５にには第３の実施形態の油圧装置を示す。第３の実施形態は、第１の実施形態における蓄圧管路切替機構をさらに変更したもので、第１の実施形態と同一の構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。第３の実施形態は、蓄圧管路切替機構をパイロット制御弁３６に一体化して構成したもので、図５はポンプ１の停止状態を示している。パイロット制御弁３６は圧油供給位置３７、圧油排出位置３８及び蓄圧管路接続位置３９の３位置に切り替え可能な切替弁で構成され、パイロット制御弁３６の蓄圧管路接続位置３９は蓄圧管路切替機構を構成している。蓄圧管路接続位置３９では、図５に示すように、パイロット制御弁３６は吐出容量調整機構９と蓄圧装置２８とを接続する。

荷役作業車のエンジンが停止すると主管路４の油圧が零となるため、パイロット制御弁３６は第１パイロット管路１３による付勢力が解消され、ばね材からなる付勢部材４０の付勢力が作用し、蓄圧管路接続位置３９に切り替えられる。蓄圧管路接続位置３９では、圧油供給管路１９及び圧油排出管路２０を閉じ、蓄圧管路２７と吐出容量調整機構９のシリンダ１０に連通する圧油入出管路４１とを接続する。従って、蓄圧装置２８に蓄えられた圧油は蓄圧管路２７及び圧油入出管路４１を介してシリンダ１０へ供給され、斜板２を傾斜角度が最小となる位置に傾動する。このため、ポンプ１は最小の吐出容量の状態で停止を継続することができる。なお、パイロット制御弁３６の圧油供給位置３７及び圧油排出位置３８は実質的に第１の実施形態における圧油供給位置１６及び圧油排出位置１７と同様の構成であるため、詳細説明を省略する。

エンジンの始動時はポンプ１の駆動力が小さいため、大きなクランキング動力を必要としない。エンジンの運転が開始されると、ポンプ１から主管路４への圧油の吐出が始まるため、主管路４の油圧が高まる。主管路４の圧油を導入する第１パイロット管路１３は第２パイロット管路１４との差圧及び付勢部材４０とのバランスに基づきパイロット制御弁３６を圧油供給位置３７又は圧油排出位置３８に切り替えることができる。このため、ポンプ１では通常の吐出容量制御が行なわれる。

本願発明は、前記した各実施形態の構成に限定されるものではなく、本願発明の趣旨の範囲内で種々の変更が可能であり、次のように実施することができる。

（１）蓄圧管路２７の蓄圧装置２８と主管路４との間に設けた逆止弁２９は、圧力損失を生じさせる絞り弁に代えても蓄圧装置２８に蓄えた圧油の逆流を防止することができる。
（２）蓄圧装置２８の圧油を吐出容量調整機構９のシリンダ１０に供給するタイミングはエンジンの停止直後に限らず、エンジンの始動前の停止中であれば自由に設定することができる。
（３）付勢部材１５、２４、３４及び４０は、ばね材に限らず、弾性体のように付勢力を有する他の部材を使用することができる。
（４）前記した各実施形態は荷役車両に限らず、建設機械等においても実施することができる。

１ 斜板式可変容量ピストンポンプ
２ 斜板
４ 主管路
６、７ アクチュエータ
８ 制御弁
９ 吐出容量調整機構
１２、３６ パイロット制御弁
１３ 第１パイロット管路
１４ 第２パイロット管路
１６、３７ 圧油供給位置
１７、３８ 圧油排出位置
１８、２２、４１ 圧油入出管路
１９ 圧油供給管路
２０ 圧油排出管路
２１ 切換弁
３１ 電磁切替弁
２３ 第３パイロット管路
２５、３２ パイロット制御弁接続位置
２６、３３、３９ 蓄圧管路接続位置
２７ 蓄圧管路
２８ 蓄圧装置
２９ 逆止弁

Claims (5)

1. エンジンにより駆動され、圧油の供給により吐出容量を減少するように調整する吐出容量調整機構を備えた可変容量ポンプと、アクチュエータへの圧油の給排を制御する制御弁と、前記可変容量ポンプから吐出される圧油を前記制御弁に供給する主管路と、前記主管路の圧油を前記吐出容量調整機構に供給する圧油供給位置と前記吐出容量調整機構の圧油を排出する圧油排出位置とに切り替え可能に構成されたパイロット制御弁と、前記パイロット制御弁を前記圧油供給位置側に付勢するように前記制御弁の前記可変容量ポンプ側の圧油を導く第１パイロット管路と、前記パイロット制御弁を前記圧油排出位置側に付勢するように前記制御弁の前記アクチュエータ側の圧油を導く第２パイロット管路とを備えた油圧装置において、
   前記主管路に接続した蓄圧管路中に蓄圧装置を設け、前記可変容量ポンプの停止中に前記蓄圧装置の圧油を前記吐出容量調整機構に供給する蓄圧管路切替機構を設けたことを特徴とする油圧装置。
2. 前記蓄圧管路は前記蓄圧装置と前記主管路との間に逆止弁又は絞り弁を有する請求項１に記載の油圧装置。
3. 前記蓄圧管路切替機構は前記パイロット制御弁と前記吐出容量調整機構とを接続する圧油入出管路中に設けられ、前記吐出容量調整機構と前記パイロット制御弁とを接続するパイロット制御弁接続位置と前記吐出容量調整機構と前記蓄圧装置とを接続する蓄圧管路接続位置とに切り替え可能な切替弁で構成される請求項１又は請求項２に記載の油圧装置。
4. 前記切替弁は前記主管路の圧油を導く第３パイロット管路により前記パイロット制御弁接続位置側に付勢され、付勢部材により前記蓄圧管路接続位置側に付勢される請求項３に記載の油圧装置。
5. 前記パイロット制御弁は前記蓄圧管路切替機構を有し、前記吐出容量調整機構に対して前記圧油供給位置、前記圧油排出位置及び前記吐出容量調整機構と前記蓄圧装置とを接続する蓄圧管路接続位置とに切り替え可能に構成されている請求項１又は請求項２に記載の油圧装置。