JP2015209868A - 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エンジン回転数検出弁を提供。【解決手段】エンジン回転数検出弁１１０は、絞り上流圧１８の圧力と絞り下流圧１９の圧力を本体４７に導き、その差圧を検出するエンジン回転数検出弁１１０を設置する。エンジン回転数検出弁１１０は本体４７に摺動自在に嵌挿されたスプール５３の大径部５１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５２には軸芯方向に形成する連通路６０が設けられている。ポペット１１１には流路６８の絞り上流圧１８及び絞り下流圧１９に連通する固定絞り１１２が設けられている。スプール５３の小径部５２の受圧面積Ａ１、ピストン５６の受圧面積Ａ２及びスプール５３大径部とピストン５６との径差の受圧面積Ａ３が同じなるようにスプール５３の径を選定する。【選択図】図３

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）を備えた油圧駆動装置であって、特に可変ポンプ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に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関する。

従来、この種の油圧駆動装置としては、図１及び図４に示すものがある。図１の油圧駆動装置８０は、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（符号の未記入）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８５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８５の前後差圧が該可変絞り弁８５のスプリング８９の相当圧までは、可変絞り弁８５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８５の固定絞り３３の前後差圧が可変絞り弁８５のスプリング８９相当圧以上になると、可変絞り弁８５の流路は３２の位置になるので、可変絞り弁８５の流路３２の前後差圧を検出するようになり、目標差圧２８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。
なお、図１において参照符号２３は、油圧回路内の最高圧力を制御するリリーフバルブを示し、参照符号２７は、コントロールバルブ１７内のポンプ吐出圧１５と最高負荷圧２９の差圧を検出する差圧減圧弁を示し、前記最高負荷圧２９は、複数のアクチュエータ、例えば図１のアクチュエータ２４ａ，２４ｂの負荷圧力のうち最も高い圧力をシャトル弁３０によって検出した最高負荷圧を示す。

参照符号８２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、該エンジン回転数検出弁８２の概略構造を示す図４により詳細に説明する。
図４に示すように、エンジン回転数検出弁８２は本体４７に穿設した大径スプール孔４９に嵌挿された大径部５１と小径スプール孔５０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４７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、該中径孔５７には小径部５２の端部の油室（また圧力室）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。

前記スプール５３の大径部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。

図１において、油圧駆動装置８０は、可変絞り弁８５を追加してエンジン回転数検出弁８２を設けている。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の弾発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の弾発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。参照符号９７は、スリーブ８７の内穴に装着されたガイド部を示し、ピストン８８の小径部１００を摺動自在に支持している。

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（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−１７４６７２号公報

しかしながら、特許文献１においては、エンジン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、固定ポンプ１２の吐出路に固定絞り４１（図４のエンジン回転数検出弁８２に示す）と、可変絞り部８５を並列に配置しているが、図４に示すようにエンジン回転数検出弁８２内の可変絞り部８５は完全に別々のバルブとして構成されており、特許文献１に示す図１、図２のエンジン回転数検出弁４６に対し、可変絞り部８５の機能を追加した図１、図４のエンジン回転数検出弁８２は、部品点数が増、加工箇所が増える。
さらに、可変絞り部８５の突出部９１が本体４７から突出して実機搭載時の制約が増え、本体４７が大きくなるなど使用する立場から考慮した場合に不利益なることが多く、機能を良くても実機に採用しにくい構造になっている。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、従来技術の機能を有したまま、部品点数の増加を最低限に抑え、本体端面からの突出部もなく使用者が使い易い油圧駆装置を提供することを目的とする。

前記の課題を解決するために、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、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が同じなるように前記スプールの径を選定し、前記スプール小径部側に内装されたばね部材のばね力の設定次第で、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。

本発明は、固定ポンプの吐出路に設置した固定絞り及び可変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も変更する機能を有したままで、固定ポンプ吐出ラインの圧力損失低減ができるようにした構造ありながら、固定絞りだけのエンジン回転数検出弁に対し、大幅な部品増加もなく、ブッロク本体からの突出部もない構成できる。

本発明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。 図２に示すエンジン回転数検出弁の縦略断面図である。 従来のエンジン回転数検出弁の概略構造図である。

以下、本発明に係る油圧駆動装置について、好適な実施の形態を挙げ、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の形態に係る油圧駆動装置１０の油圧回路図である。

図２は図１に示すエンジン回転数検出弁の概略構造図を示し、図３は図２に示すエンジン回転数検出弁の縦略断面図を示し、図２及び図３中、図４の構成要素と同一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に示すエンジン回転数検出弁１１０は、本体４７に形成された大径スプール穴４９に嵌挿されたスプール５３と、本体４７に螺着され大径スプール穴４９の両端を閉塞するプラグ５４ａ、５４ｂが設けられている。

スプール５３は大径部５１と、小径部５２とを備えている。大径部５１は大径スプール穴４９に嵌着され、小径部５２は小径スプール穴５０に嵌着されている。
大径部５１の大径孔５５にはピストン１０９が摺動自在に嵌挿され、ピストン１０９に続けて中径穴５７に段付軸状のストッパー１２０が装着されている。ストッパー１２０は一端（図３で左端）が大径部を形成して中径穴５７の端面（図３で左端）にされ、ストッパー１２０の軸部は中径穴５７の長手方向に装着され、先端（図３で右端）にはばね部材１１３の一端（図３で左端）をガイドする小径軸部１１４ａが形成されている。

さらに、小径部５２の小径孔５８には円筒形のポペット１１１が摺動自在に嵌挿されている。ポペット１１１は、内径孔にばね部材１１３が嵌挿されており、先端（図３で右端）に固定絞り１１２を形成し、外周面がテーパ状を呈してスプール５３の流路６８と係合するシート部１２２を形成している。

本実施の形態に係るエンジン回転数検出弁１１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に動作について説明する。
先ず、ポペット１１１が作動しない状態について説明する。
固定ポンプ１２（図１参照）から吐出された圧油は流路１８から流入し、固定絞り１１２の上流圧８Ｐｐ１がスプール５３内部の圧力導通穴、例えば流路６８からスプール５３の受圧面積Ａ１に作用し、スプール５３に図３で左方向への力が作用される。このため、圧油は固定絞り１１２を通過し、ストッパー１１４の外径部とスプール５３の内径部との間の環状油路を通りストッパー１１４の内部穴１１８から固定絞り１１２の下流圧９Ｐｐ２がピストン５６の受圧面積Ａ２に作用し、スプール５３に図３で右方向への力を作用させる。
従って、目標差圧Ｐｒは、スプール５３とピストン５６の径差の部分（受圧面積Ａ３）に作用し、スプール５３に図３で右方向への力を作用させる。

ここで、スプール５３の力の釣合いは、
Ｐｐ１×Ａ１＝Ｐｐ２×Ａ２＋Ｐｒ×Ａ３・・・ （１）
（Ｆｓｐは、ばね部材４５の弾発力）

ここで、受圧面積の関係は従来技術と同じでとすると、
Ａ１＝ｋ×Ａ２（ｋ＞１）、
Ａ２＝Ａ３と設定する場合スプール５３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（図１参照）のバランス式は、
Ｐｐ１×Ａ１＝Ｐｐ１×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Ｐｒ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、本発明でも、従来技術と同様に 目標差圧Ｐｒを得る場合に、上流圧８の圧力Ｐｐ１の受圧面積Ａ１、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。

次にポペット１１１の作動について説明する。ポペット１１１には、固定絞り１１２の上流圧８Ｐｐ１がポペット１１１のシート部面積ａ１部に作用し、その結果、図３の左方向への力を作用させる。ばね部材１１３はポペット１１１に図３の右方向への力Ｆｓｐ２を作用させている。また、固定絞り１１２の下流圧９Ｐｐ２がポペット１１１の外径部面積ａ２に作用し、ポペット１１１に図の右方向への力が作用する。

ポペット１１１の力のつりあいは、
Ｐｐ１×ａ１=Ｐｐ２×ａ２+Ｆｓｐ２ ・・・ （６）
（Ｐｓｐ２はばね部材１１３の弾性力）

（６）式の両辺ａ１で割ると
Ｐｐ１=Ｐｐ２×ａ２／ａ１+Ｆｓｐ２／ａ１ ここでＦｓｐ２／ａ１=Ｐｓｐ２として、整理すると
Ｐｐ１=Ｐｐ２×ａ２／ａ１+Ｐｓｐ２ ・・・（７）式となる。

つまりポペット１１１は固定絞り１１２上流圧８Ｐｐ１が（７）式の右辺の値よりも大きくなると図３左側に移動し、ポペットシート部１２２でポペット１１１テーパ部とスプール５３内エッジ部に隙間ができて、作動油の一部が流路１１６を通って、１９部でスプール５３内部を通過した作動油と合流し流出していく。上流圧８Ｐｐ１によって、ポペット１１１は（７）式が成立するように左へ移動し、ポペットシート部１２２の開口面積が大きくなっていく。

ポペット１１１が移動するまでは、エンジン回転数検出弁８２の出力 目標差圧Ｐｒは、固定絞り１１２の前後差圧の出力であり、固定絞り１１２の流量増加に伴い２次曲線的に増加するが、Ｐｐ１が（７）式の右辺以上になりポペット１１１が移動しはじめると流量が増加してもＰｐ１の増加は、固定絞り１１２とポペットシート部１２２の開口面積の増加のおかげで低ゲインの特性になる。

１０ 油圧駆動装置 １１ 可変ポップ
１２ 固定ポンプ １３ エンジン
１４ サーボピストン １５ 吐出圧
１６ 最高負荷圧 １７ コントロールバルブ
１８ 絞り上流圧 １９ 絞り下流圧
３０ シャトル弁
５６ ピストン １１０ エンジン回転数検出弁
１１１ ポペット １１２ 固定絞り
１１３ ばね部材 １１５，１１６、１１８ 流路
１１７ 閉止プラグ １１８ 内部
１２２ ポペットシート部

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、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が同じなるように前記スプールの径を選定し、前記スプール小径部側に内装されたばね部材のばね力の設定次第で、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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