JP2016037925A - 可変容量型液圧ポンプの流量制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】馬力制御とカットオフ制御を両立することができる可変容量型液圧ポンプの流量制御装置を提供する。【解決手段】可変容量型液圧ポンプの流量制御装置１は、サーボ機構２、切換機構３、馬力制御機構４およびカットオフ機構５を含む。カットオフ機構５は、カットオフピストン５１と、カットオフピストン５１が切換機構３のスプール３１を流量低減方向へ移動させるようにカットオフピストン５１に液圧ポンプ１１の吐出圧を作用させる第１カットオフ受圧室５２と、液圧ポンプ１１の吐出圧に抗するカットオフ圧力をカットオフピストン５１に作用させる第２カットオフ受圧室５３を含む。第２カットオフ受圧室５３へは、カットオフ圧力が電磁比例弁８Ａから出力される。馬力制御ピストン４１とカットオフピストンのどちらがスプール３１を操作するかは、選択機構６により決定される。【選択図】図１

Description

本発明は、可変容量型液圧ポンプの流量制御装置に関する。

従来から、建設機械や産業機械などの種々の機械において、可変容量型液圧ポンプを用いた液圧回路が採用されている。このような液圧回路では、流量制御装置により、液圧ポンプから吐出される作動液の流量（吐出流量）が制御される。

例えば、特許文献１には、図８に示すような可変容量型液圧ポンプの流量制御装置１００が開示されている。この流量制御装置１００は、液圧ポンプ１１０の傾転角を変更するサーボ機構１２０と、サーボ機構１２０を駆動する切換機構１３０を含む。また、流量制御装置１００は、切換機構１３０のスプールを操作する馬力制御ピストン１４０および流量制御ピストン１５０を含む。

液圧ポンプ１１０はエンジンにより駆動されるため、液圧ポンプ１１０の駆動に必要な動力がエンジンの出力を超えないように液圧ポンプ１１０の吐出流量を制御する必要がある。これを馬力制御という。馬力制御ピストン１４０は、この馬力制御を実現するためのものであり、馬力制御ピストン１４０には、液圧ポンプ１１０の吐出圧が導かれる。

流量制御ピストン１５０は、液圧ポンプ１１０の吐出流量を電気的に制御するためのものであり、流量制御ピストン１５０には電磁比例弁１７０からの二次圧が導かれる。なお、電磁比例弁１７０と流量制御ピストン１５０の間には手動弁１６０が設けられているが、これは、電気系統の寸断等の、電磁比例弁１７０が操作不能となるフェール時に、電気的制御から機械的制御に切り換えるためのものである。

特開平１０−２８１０７３号公報

ところで、可変容量型液圧ポンプを用いた液圧回路においては、馬力制御に加えてカットオフ制御を行いたいという要望がある。カットオフ制御とは、液圧ポンプの吐出圧が、電気的に変更可能な設定圧力よりも大きくなったときには、液圧ポンプの吐出流量を急激に低下させる制御である。

そこで、本発明は、馬力制御とカットオフ制御を両立することができる可変容量型液圧ポンプの流量制御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に、本発明の可変容量型液圧ポンプの流量制御装置は、液圧ポンプの傾転角を変更する、サーボピストンを含むサーボ機構と、前記サーボピストンとフィードバックレバーにより連結されたスプールであって流量低減方向および流量増加方向へ移動するスプールを含む切換機構と、馬力制御ピストン、および前記馬力制御ピストンが前記スプールを前記流量低減方向へ移動させるように前記馬力制御ピストンに前記液圧ポンプの吐出圧を作用させる馬力制御受圧室、を含む馬力制御機構と、カットオフピストン、前記カットオフピストンが前記スプールを前記流量低減方向へ移動させるように前記カットオフピストンに前記液圧ポンプの吐出圧を作用させる第１カットオフ受圧室、および前記液圧ポンプの吐出圧に抗するカットオフ圧力を前記カットオフピストンに作用させる第２カットオフ受圧室、を含むカットオフ機構と、前記馬力制御ピストンと前記フィードバックレバーを連結する馬力制御レバーおよび前記カットオフピストンと前記フィードバックレバーを連結するカットオフレバーを含み、前記馬力制御ピストンと前記カットオフピストンのうち前記液圧ポンプの吐出流量を小さくする方の変位を前記フィードバックレバーに伝達するように構成された選択機構と、前記第２カットオフ受圧室へ前記カットオフ圧力を出力する電磁比例弁と、を備える、ことを特徴とする。

上記の構成によれば、液圧ポンプの吐出圧が、カットオフ圧力に応じた設定圧力よりも小さい状態では、カットオフピストンは作動しない。このため、液圧ポンプの吐出圧が馬力制御ピストンの作動開始圧よりも大きくなれば、馬力制御ピストンにより馬力制御が行われる。一方、液圧ポンプの吐出圧が設定圧力よりも大きくなれば、カットオフピストンが作動する。このとき、カットオフピストンは馬力制御ピストンよりも液圧ポンプの吐出流量を小さくしようとするため、カットオフピストンが優先されて液圧ポンプの吐出流量が急激に低下する。しかも、設定圧力を決定するカットオフ圧力は電磁比例弁によって電気的に変更することができる。このように本発明の流量制御装置では、馬力制御とカットオフ制御を両立することができる。

前記カットオフ機構は、前記第２カットオフ受圧室内に配置された、前記カットオフピストンを前記第１カットオフ受圧室に向かって付勢するカットオフスプリングを含んでもよい。この構成によれば、カットオフスプリングの縮みによる付勢力の上昇により、液圧ポンプの吐出圧が設定圧力を超えたときの吐出流量をある程度の傾きで低下させることができる。

例えば、前記馬力制御機構は、前記馬力制御ピストンを前記馬力制御受圧室に向かって付勢する馬力制御スプリングを含み、前記カットオフスプリングのバネ定数は、前記馬力制御スプリングのバネ定数よりも小さくてもよい。

本発明によれば、馬力制御とカットオフ制御を両立することができる。

本発明の一実施形態に係る可変容量型ポンプの流量制御装置を示す模式図である。 図１に示す流量制御装置におけるフィードバックレバー回りの縦断面図である。 図２のIII−III線に沿った横断面図である。 図２のIV−IV線に沿った横断面図である。 図２のV−V線に沿った横断面図である。 図１に示す流量制御装置の特性を示すグラフである。 変形例の可変容量型液圧ポンプの流量制御装置を示す模式図である。 従来の可変容量型液圧ポンプの流量制御装置を示す模式図である。

図１に、本発明の一実施形態に係る可変容量型液圧ポンプの流量制御装置１を示す。この流量制御装置１は、可変容量型液圧ポンプ１１から吐出される作動液の流量（吐出流量）Ｑを制御するためのものである。

具体的に、流量制御装置１は、液圧ポンプ１１の傾転角を変更するサーボ機構２と、サーボ機構２を駆動する切換機構３を含む。本実施形態では、液圧ポンプ１１として、斜板１２の角度により傾転角が規定される斜板ポンプが採用されている。ただし、液圧ポンプ１１は、斜軸の角度により傾転角が規定される斜軸ポンプであってもよい。

サーボ機構２は、液圧ポンプ１１の斜板１２と連結されたサーボピストン２１と、サーボピストン２１の一端が露出する大径側室２２と、サーボピストン２１の他端が露出する小径側室２３を含む。小径側室２３には、液圧ポンプ１１の吐出圧Ｐｄが導かれる。切換機構３は、大径側室２２に液圧ポンプ１１の吐出圧Ｐｄを導いたり、大径側室２２をタンクに連通させたりする。

切換機構３は、サーボピストン２１とフィードバックレバー７により連結されたスプール３１を含む。スプール３１は、流量低減方向（図１の右向き、すなわち左側位置）および流量増加方向（図１の左向き、すなわち右側位置）へ移動する。スプール３１が流量低減方向へ移動すると、液圧ポンプ１１の傾転角が小さくなるようにサーボピストン２１が図１において右側へ移動する。スプール３１が流量増加方向へ移動すると、液圧ポンプ１１の傾転角が大きくなるようにサーボピストン２１が図１において左側へ移動する。

より詳しくは、図２および図３に示すように、フィードバックレバー７の一端（図２および図３では上側端）には、互いに対向する一対の支持片７２が設けられている。スプール３１の一端はそれらの支持片７２間に挿通されており、スプール３１の一端および支持片７２を連結ピン７０が貫通している。これにより、スプール３１とフィードバックレバー７とが連結ピン７０回りに相対的に回転可能となっている。また、フィードバックレバー７の他端（図２および図３では下側端）には、Ｕ字状の切欠き７１が設けられており、この切欠き７１に、サーボピストン２１に設けられた係合ピン２４が係合している。

図１に戻って、スプール３１は、馬力制御ピストン４１およびカットオフピストン５１によって、フィードバックレバー７ならびに後述する馬力制御レバー６１およびカットオフレバー６３を介して操作される。また、スプール３１は、スプリング３２により、流量増加方向へ付勢されている。なお、図面の簡略化のために、図１および図２では、スプリング３２をスプール３１の左側の端面を付勢するように描いているが、スプリング３２がスプール３１を付勢する方向は、上述のとおり図１および図２の左方向である。

馬力制御ピストン４１およびカットオフピストン５１は、それぞれ馬力制御機構４およびカットオフ機構５の構成要素である。

馬力制御機構４は、馬力制御ピストン４１の他に、馬力制御受圧室４２とスプリング室４３を含む。馬力制御受圧室４２には、液圧ポンプ１１の吐出圧Ｐｄが導かれる。馬力制御受圧室４２に導かれた吐出圧Ｐｄは、馬力制御ピストン４１がスプール３１を流量低減方向へ移動させるように馬力制御ピストン４１に作用する。

なお、馬力制御ピストン４１に直径が変わる段差部が設けられている場合は、馬力制御受圧室４２は、その段差部を取り囲む環状の室であってもよい。また、馬力制御機構４は、馬力制御ピストン４１にスプールを流量低減方向へ移動させる圧力を作用させる１つまたは複数のさらなる受圧室を含んでもよい。例えば、さらなる受圧室には、パワーシフト圧が導かれたり、デュアルポンプの場合は相手側の液圧ポンプの吐出圧が導かれたりする。

スプリング室４３内には、馬力制御ピストン４１を馬力制御受圧室４２に向かって付勢する馬力制御スプリング４４が配置されている。馬力制御スプリング４４は、通常、２つのスプリングで構成される。

カットオフ機構５は、カットオフピストン５１の他に、第１カットオフ受圧室５２と第２カットオフ受圧室５３を含む。第１カットオフ受圧室５２には、液圧ポンプ１１の吐出圧Ｐｄが導かれる。第１カットオフ受圧室５２に導かれた吐出圧Ｐｄは、カットオフピストン５１がスプール３１を流量低減方向へ移動させるようにカットオフピストン５１に作用する。第２カットオフ受圧室５３は、液圧ポンプ１１の吐出圧Ｐｄに抗するカットオフ圧力Ｐｃをカットオフピストン５１に作用させるための室である。

また、第２カットオフ受圧室５３内には、カットオフピストン５１を第１カットオフ受圧室５２に向かって付勢するカットオフスプリング５４が配置されている。例えば、カットオフスプリング５４のバネ定数は、馬力制御スプリング４４のバネ定数よりも小さい。

第２カットオフ受圧室５３は、電磁比例弁８Ａと接続されている。電磁比例弁８Ａには補助ポンプ１３から一次圧が供給され、電磁比例弁８Ａは、二次圧として上記のカットオフ圧力Ｐｃを第２カットオフ受圧室５３へ出力する。図１に示す電磁比例弁８Ａは、ソレノイドを例示する電流が大きくなるほど大きな二次圧を出力する正比例型である。

カットオフピストン５１は、液圧ポンプ１１の吐出圧Ｐｄが、カットオフ圧力Ｐｃおよびカットオフスプリング５４の初期状態での付勢力Ｆｓにより定まる設定圧力Ｐｓよりも大きくなったときに作動する。ここで、カットオフピストン５１の第１カットオフ受圧室５２に露出する面積をＡ１、カットオフピストン５１の第２カットオフ受圧室５３に露出する面積をＡ２とすると、設定圧力Ｐｓは、以下の式により表される。
Ｐｓ＝（Ｆｓ＋Ｐｃ・Ａ２）／Ａ１

馬力制御ピストン４１とカットオフピストンのどちらがスプール３１を操作するかは、選択機構６により決定される。選択機構６は、馬力制御レバー６１とカットオフレバー６３を含む。

以下、図２、図４および図５を参照して、選択機構６の構成を詳細に説明する。ただし、説明の便宜上、それらの図の上側を上方、下側を下方という。

馬力制御レバー６１およびカットオフレバー６３は、フィードバックレバー７の上側部分と重なり合うように、フィードバックレバー７の両側に配置されている。馬力制御レバー６１は、馬力制御ピストン４１とフィードバックレバー７を連結し、カットオフレバー６３は、カットオフピストン５１とフィードバックレバー７を連結している。選択機構６は、馬力制御ピストン４１とカットオフピストン５１のうち液圧ポンプ１１の吐出流量Ｑを小さくする方の変位をフィードバックレバー７に伝達するように構成されている。

より詳しくは、馬力制御レバー６１およびカットオフレバー６３の上端部は、固定ピン６２，６４により図略のケースに固定されている。馬力制御レバー６１の下部には係合ピン４５が設けられており、この係合ピン４５が、馬力制御ピストン４１に設けられた環状溝４１ａに係合している。同様に、カットオフレバー６３の下部には係合ピン５５が設けられており、この係合ピン５５が、カットオフピストン５１に設けられた環状溝５１ａに係合している。

さらに、フィードバックレバー７には、当該フィードバックレバー７貫通して両側に突出するように選択ピン６５が固定されている。そして、馬力制御レバー６１およびカットオフレバー６３には、その選択ピン６５と接触する内周面を有する、選択ピン６５よりも大径の係合穴６１ａ，６３ａが設けられている。

次に、流量制御装置１の動作について説明する。液圧ポンプ１１の吐出圧Ｐｄが上述した設定圧力Ｐｓよりも小さい状態では、カットオフピストン５１は作動しない。このため、液圧ポンプ１１の吐出圧Ｐｄが馬力制御ピストン４１の作動開始圧Ｐｐ（図６参照）よりも大きくなれば、馬力制御ピストン４１により馬力制御が行われる。一方、液圧ポンプ１１の吐出圧Ｐｄが設定圧力Ｐｓよりも大きくなれば、カットオフピストン５１が作動する。このとき、カットオフピストン５１は馬力制御ピストン４１よりも液圧ポンプ１１の吐出流量Ｑを小さくしようとするため、カットオフピストン５１が優先されて、図６に示すように液圧ポンプ１１の吐出流量Ｑが急激に低下する。しかも、設定圧力Ｐｓを決定するカットオフ圧力Ｐｃは電磁比例弁８Ａによって電気的に変更することができる。このように流量制御装置１では、馬力制御とカットオフ制御を両立することができる。

さらに、本実施形態では、カットオフスプリング５４の縮みによる付勢力の上昇により、液圧ポンプ１１の吐出圧Ｐｄが設定圧力Ｐｓを超えたときの吐出流量Ｑをある程度の傾きで低下させることができる。すなわち、カットオフスプリング５４のバネ定数によって、カットオフ制御時の吐出流量Ｑの低下率を調整することができる。

（変形例）
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

例えば、正比例型の電磁比例弁８Ａに代えて、図７に示すようなソレノイドを例示する電流が大きくなるほど小さな二次圧を出力する逆比例型の電磁比例弁８Ｂを用いることも可能である。この場合、電気系統の寸断等のフェール時には、第２カットオフ受圧室５３の圧力が最大となってカットオフピストン５１が作動しなくなる。従って、フェール時でも馬力制御だけは継続して実行することができる。

本発明の可変容量型液圧ポンプの流量制御装置は、種々の液圧回路に適用可能である。

１ 可変容量型ポンプの制御装置
１１ 液圧ポンプ
２ サーボ機構
２１ サーボピストン
２２ 大径側室
２３ 小径側室
３ 切換機構
３１ スプール
４ 馬力制御機構
４１ 馬力制御ピストン
４２ 馬力制御受圧室
４３ 馬力制御スプリング
５ カットオフ機構
５１ カットオフピストン
５２ 第１カットオフ受圧室
５３ 第２カットオフ受圧室
５４ カットオフスプリング
６ 選択機構
６１ 馬力制御レバー
６３ カットオフレバー
７ フィードバックレバー
８Ａ，８Ｂ 電磁比例弁

Claims (3)

1. 液圧ポンプの傾転角を変更する、サーボピストンを含むサーボ機構と、
   前記サーボピストンとフィードバックレバーにより連結されたスプールであって流量低減方向および流量増加方向へ移動するスプールを含む切換機構と、
   馬力制御ピストン、および前記馬力制御ピストンが前記スプールを前記流量低減方向へ移動させるように前記馬力制御ピストンに前記液圧ポンプの吐出圧を作用させる馬力制御受圧室、を含む馬力制御機構と、
   カットオフピストン、前記カットオフピストンが前記スプールを前記流量低減方向へ移動させるように前記カットオフピストンに前記液圧ポンプの吐出圧を作用させる第１カットオフ受圧室、および前記液圧ポンプの吐出圧に抗するカットオフ圧力を前記カットオフピストンに作用させる第２カットオフ受圧室、を含むカットオフ機構と、
   前記馬力制御ピストンと前記フィードバックレバーを連結する馬力制御レバーおよび前記カットオフピストンと前記フィードバックレバーを連結するカットオフレバーを含み、前記馬力制御ピストンと前記カットオフピストンのうち前記液圧ポンプの吐出流量を小さくする方の変位を前記フィードバックレバーに伝達するように構成された選択機構と、
   前記第２カットオフ受圧室へ前記カットオフ圧力を出力する電磁比例弁と、
   を備える、可変容量型液圧ポンプの流量制御装置。
2. 前記カットオフ機構は、前記第２カットオフ受圧室内に配置された、前記カットオフピストンを前記第１カットオフ受圧室に向かって付勢するカットオフスプリングを含む、請求項１に記載の可変容量型液圧ポンプの流量制御装置。
3. 前記馬力制御機構は、前記馬力制御ピストンを前記馬力制御受圧室に向かって付勢する馬力制御スプリングを含み、
   前記カットオフスプリングのバネ定数は、前記馬力制御スプリングのバネ定数よりも小さい、請求項２に記載の可変容量型液圧ポンプの流量制御装置。
   

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