JP2556845B2 - 可変容量ポンプの出力制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は可変容量ポンプの設定馬力を外部信号により
変更できるようにした出力制御装置に関する。

（従来の技術） ポンプの消費馬力は圧力と吐出流量に比例するので、
〔圧力×吐出流量＝一定〕となるようにポンプ出力を制
御することにより、ポンプを駆動する原動機を定格運転
で最も効率良く運転することができる。

そのため、従来から種々のポンプ出力制御装置が提案
されている（例えば実開昭58−35688号公報等参照）。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、ポンプの圧力と吐出流量を一定に制御する
のは原動機の定格運転出力との関係に基づくのである
が、原動機が複数のポンプあるいはポンプ以外の負荷を
同時に駆動するもの等においては、運転の条件によって
はポンプ駆動に余裕が生じることがある。

このような場合はポンプ消費馬力を大きくしても、原
動機は過負荷とならない。そこで、ポンプ消費馬力を変
更できるようにしたものが提案されているが、しかしな
がら、例えば実開昭61−149789号公報にもあるように、
外部信号により消費馬力を減少させるものはあっても、
ポンプ設定馬力を増加させるものはなかった。

本発明はこのような問題を解決することを目的とす
る。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、ポンプ圧力で押圧されるパイロットピスト
ンと対抗的にスプリングにより付勢されたスプールと、
このスプールの変位に伴い切換導入される油圧に応動し
てポンプ吐出量を増減するレギュレータピストンとを設
け、かつポンプ圧力の上昇に伴いパイロットピストンを
介してスプリングに抗してスプールが変位したときに切
換導入される油圧によりポンプ吐出量を減少させる方向
にレギュレータピストンが駆動されるように構成する一
方、このレギュレータピストンに連動してスプールを押
し戻す方向にスプリングの押圧力を増すようにフィード
バックする手段とを備えた可変容量ポンプの出力制御装
置において、前記パイロットピストンを段付ピストンで
構成し、このパイロットピストンの段付面と端面とに自
己ポンプ圧力と相手ポンプ圧力とを同一方向からそれぞ
れ作用させ、前記スプールとパイロットピストンとの間
に段付部をもつ増馬力ピストンを介在させ、かつその段
付部に増馬力制御圧力を導入するポートを形成し、増馬
力制御圧力の導入時に増馬力ピストンがパイロットピス
トンを押し戻す方向に作動するように構成した。

（作用） 外部からの制御圧力が増馬力ピストンの段付部に作用
すると、増馬力ピストンの推力は、同一方向から自己ポ
ンプ圧力と相手ポンプ圧力が作用するパイロットピスト
ンに対抗するように働き、パイロットピストンが押し戻
される。これによりスプリングで付勢されている馬力制
御用スプールが、パイロットピストン側に相対的に変位
し、したがって、同一のポンプ吐出圧力における吐出流
量が相対的に増加し、ポンプ設定馬力が増大する。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

この実施例は同一原動機により駆動される第１、第２
の２つのポンプの統計消費馬力が一定となるように、出
力制御を行うものへの適用例を示す。

ボディ１には、レギュレータピストン２の受圧面積の
大きい大径室2Aに対して圧力の供給を制御するスプール
３が設けられる。

スプール３はボディ１に螺合したスリーブ４に対して
摺動自在に収装される。

スプール３にはボディ１の内部に形成した操作室５に
おいて、馬力制御用の第1,第２のスプリング６と７が介
装される。

スプール３の端部にはつば部８が形成され、このつば
部８にスプール３に嵌めたスプリングシート９が係止す
る一方、スプール３に同じく遊嵌した他方のスプリング
シート10との間に前記２つのスプリング６と７が介装さ
れる。

外側の第１スプリング６はスプリングシート9,10間に
予圧縮して介装されるが、内側の第２スプリング７は自
由状態で所定の間隙をもつように介装される。

前記他方のスプリングシート10はレギュレータピスト
ン２のピストンロッドに対してステー11を介して連結
し、レギュレータピストン２と一体的にスプール３に沿
って移動する。

ボディ１に右方から螺合したプラグ12に端面を当接す
るようにスリーブ13が嵌合され、このスリーブ13の内部
にネガティブコントロール用スプール（以下ネガコンス
プールと称する）14と、これに直列に増馬力ピストン15
が摺動自由に収装され、ネガコンスプール14の左端が前
記スプール３に当接している。

増馬力ピストン15の右端には馬力制御用のパイロット
ピストン16が当接する。

パイロットピストン16は途中で段付状に形成され、プ
ラグ12に形成した段付室17には第１のポンプ（自己ポン
プ）の圧力が通路20Aを介して導かれ、またパイロット
ピストン16の端面室18には第２のポンプ（相手ポンプ）
の圧力が通路21Aを介して導かれる。

したがって、これら段付室17または端面室18に導かれ
るポンプ圧力が上昇すると、パイロットピストン16が図
中左方へと移動し、増馬力ピストン15、ネガコンスプー
ル14を介してスプール３を第１、第２スプリング6,7に
抗して左方へと押圧し、これによりスプール３を切換
え、レギュレータピストン２の大径室2Aに自己ポンプ圧
力を導入するようになっている。

このために、スリーブ４には、自己ポンプ圧力が通路
20Bを介して導かれるポンプポート23と、レギュレータ
ピストン２の大径室2Aと通路20C、オリフィス22を介し
て連通する制御ポート24が開設される。

そして、スプール３が図示位置よりも左方へ移動した
ときに、上記両ポート23,24間を連通する環状溝25がス
プール３の外周に形成される。

スプール３にはドレーン側に接続する環状溝26も形成
され、スプール３が右方へ移動したときに制御ポート24
をスプール３を縦貫するドレーン通路27、操作室５を介
してタンク28へと連通する。

なお、レギュレータピストン２の受圧面積の小さい小
径室2Bには通路20Dを介して常時自己ポンプ圧力が導入
される。

したがって、自己ポンプ圧力または相手ポンプ圧力が
上昇して、パイロットピストン16に働くスラスト力がス
プリング6,7のスプリング力に打ち勝つとスプール３が
左方へ移動し、制御ポート24がポンプポート23と環状溝
25を介して連通し、レギュレータピストン２の大径室2A
に自己ポンプ圧力が導かれる。小径室2Bにも自己ポンプ
圧力が作用しているが、受圧面積が大きい大径室側の作
用力により、レギュレータピストン２が小径室側へ向け
て移動を始める。

レギュレータピストン２は図示しないポンプの斜板に
連結し、斜板の傾転角を減少させるので、ポンプ吐出流
量が少なくなる。

同時にレギュレータピストン２に連動するステー11を
介してスプリングシート10が第１、第２スプリング6,7
を圧縮しながら変位する。

第１、第２スプリング6,7の圧縮力とパイロットピス
トン16の推力が釣り合ったところで、スプール３は制御
ポート24が左右の環状溝25,26のいずれとも連通しない
中立位置に戻され、レギュレータピストン２の動きを停
止させる。

このようにして、自己ポンプ圧力または相手ポンプ圧
力の上昇に対応して、レギュレータピストン２はポンプ
吐出流量を減少させる。

また、これとは逆に自己ポンプ圧力または相手ポンプ
圧力の吐出圧力が低下すると、パイロットピストン16の
左方への推力が減少するので、スプール３は第１、第２
スプリング6,7のスプリング力により右方へ押し戻さ
れ、これに伴って制御ポート24が環状溝26と連通し、レ
ギュレータピストン２の大径室2Aはドレーン側に切換わ
る。したがって、レギュレータピストン２は小径室2Bに
作用する自己ポンプ圧力により左方へと移動し、斜板の
傾転角を増大させ、吐出流量が増加する。

レギュレータピストン２が左方へ移動すると、ステー
11を介して第１、第２スプリング6,7の圧縮が弱まり、
パイロットピストン16の推力と釣り合ったところで、ス
プール３が中立位置へ復帰し、レギュレータピストン２
の動きが停止し、吐出流量がその状態に保持される。

このようにして、ポンプ吐出圧力が低下するとレギュ
レータピストン２は吐出流量を増加させる。

ポンプの消費馬力は圧力と吐出流量に比例するので、
〔圧力×吐出流量＝一定〕に近似させるために、第1,第
２のスプリング6,7が介装され、第１のスプリング６が
所定量だけ圧縮されると第２のスプリング７のスプリン
グ力も効き始めるようになっており、圧力と吐出流量の
関係が馬力一定の双曲線に近づくように設定してある。

この場合、パイロットピストン16には自己ポンプ圧力
と相手ポンプ圧力とが作用しているので、仮に圧手ポン
プ圧力が上昇したときでも、自己ポンプ吐出流量が減少
する方向に制御され、結局両ポンプの総消費馬力が一定
となるように調整される。

なお、前記スプール３の左端にはスプリングシート3
0,31間に介装された第３のスプリング29が作用し、この
スプリング29の予圧縮量はスリーブ４に螺合する調整プ
ラグ33によって自由に設定される。34は調整プラグ33の
緩み止め用のロックナットである。

第３のスプリング29はスプール３の左端を押圧し、こ
れによってスプール３の初期荷重が決まり、このため、
例えば調整プラグ33を介して第３のスプリング29の設定
荷重を増すとスプール３を右方へ押す力が大きくなり、
これとバランスするための自己ポンプ圧力または相手ポ
ンプ圧力が高くなり、同一のポンプ流量に対する吐出圧
力が増加するように調整することができる。

次に、前記スリーブ13にはネガコンスプール14と増馬
力ピストン15との接触面に位置して制御ポート35が形成
され、この制御ポート35に通路36、オリフィス37を介し
てネガティブ制御圧力が導入されるようになっている。

ネガティブ制御は要求流量が低いときに、ポンプ吐出
流量を必要分だけに低下させるもので、オリフィス37を
介して外部からのネガティブ制御圧力を作用させること
により行う。

ネガコンスプール14に制御圧力が作用すると、その推
力は第１、第２スプリング6,7を圧縮する方向にスプー
ル３に働き、上記した馬力制御と同じようにしてポンプ
吐出流量を減少させる。ネガコンスプール14はパイロッ
トピストン16に比べて受圧面積が大きいので、低い圧力
によってスプール３を駆動することができる。

なお、この場合、増馬力スプール15はプラグ12と当接
するまで反対側へと変位し、パイロットピストン16を押
し戻す。

上記制御ポート35にはネガティブ制御圧力に加えて流
量カットオフ制御圧力が導かれるようになっている。

例えば、ポンフ吐出圧力によりパワーショベルの運転
台を旋回させるときなど、静止している速度ゼロの状態
から旋回動作を開始すると、加速初期は負荷圧力が非常
に高いために、ポンプ吐出油の多くは駆動回路に介装さ
れたリリーフ弁から逃げ、そのリリーフ分がエネルギロ
スとなる。このリリーフロスとなる流量放出分を吐出流
量から予め減じることにより、それだけ原動機の負荷が
低減され、燃費の向上に寄与する。

そこで、スプール40の左端には流量カットオフ制御圧
が選択的に導入される端室41が形成される。スプール40
はスプリング42により左端位置に付勢されるが、この左
端位置において通路44はスプール40のドレーン側の環状
溝45と連通する。これに対して、前記流量カットオフ制
御圧力がスプール40の端部に導入されると、スプール40
はスプリング42に抗して変位し、スプール40の環状溝46
が前記通路44と連通し、通路20Eを介して自己ポンプ圧
力が通路44に導かれる。

この通路44は下段のブッシュ50に収装したカットオフ
スプール51の小径端面に通孔52を介して連通する。

カットオフスプール51はスプリングシート53を介して
スプリング54により閉じ方向に付勢される。なお、この
スプリング54のスプリング力は調整プラグ55を進退させ
ることにより、任意に調整できる。

カットオフスプール51が後退したときに前記通孔52と
連通するメータリングオリフィス57がブッシュ50に形成
され、このメータリングオリフィス57はブッシュ50の外
周に設けた段付部58を介して前記したネガティブ制御用
の前記通路36と連通する。

したがって、旋回時に流量カットオフ制御圧力が作用
してスプール40が切換わると、通路44、通孔52を介して
カットオフスプール51にポンプ圧力が導かれる。カット
オフスプール51はスプリング54と釣り合う位置まで左方
へ移動し、これによりブッシュ50のメータリングオリフ
ィス57が開き、減圧された圧油が段付部58から通路36を
経由してネガコンスプール14の端面に作用する。このた
め、ネガコンスプール14を介してスプール３がポンプ吐
出流量を減じる方向へと切換わる。

ネガコンスプール14に作用する圧力は、メータリング
オリフィス57の開度と、このときドレーン側へ連通して
いるネガティブ制御圧力の入口オリフィス37への逃げ量
との差によって定まる。

カットオフスプール51に作用するポンプ圧力は負荷の
大きい旋回初期に高圧となり、旋回速度が上昇してくる
と、これに応じて負荷圧力が減少する。

したがって旋回初期に大きく変位していたカットオフ
スプール51が、旋回速度の上昇に応じて次第にスプリン
グ54のスプリング力で押し戻されていき、メータリング
オリフィス57も閉じられ、したがってネガコンスプール
14に作用する圧力も漸減して、ポンプ吐出流量は増大す
る。

このようにして本来はリリーフされる分だけ吐出流量
を減らし、負荷圧力の低下に伴って流量を増大させるの
で、リリーフロスが減り、ポンプ駆動に消費される原動
機の出力を減少させられる。

次に、本発明の要部となる構成として、ポンプを駆動
する原動機に出力の余裕が生じたとき等、ポンプ消費馬
力の設定を変更するために、ネガコンスプール14に接触
する増馬力ピストン15には段付部72が形成され、スリー
ブ13に形成したポート71を介してこの段付部72に通路19
Aからの増馬力制御圧力が導かれるようになっている。

通路19Aには電磁比例弁70からの制御圧力が伝達され
るが、電磁比例弁70は電気信号に比例してこの圧力信号
を調整する。

増馬力ピストン15の段付部72はパイロットピストン16
側が大径に形成され、したがってこの段付部72に増馬力
制御圧力が作用すると増馬力ピストン15はパイロットピ
ストン16に対抗するように右方の推力が発生する。

増馬力ピストン15に右方への推力が発生すると、第
１、第２スプリング6,7のスプリング力と同一方向の荷
重が強められる。

したがって馬力制御時にスプール３が左方へと切換わ
るのに必要なパイロットピストン16に作用する自己ポン
プ圧力または相手ポンプ圧力が相対的に上昇する。

このために仮に増馬力制御のいかんにかかわらず同一
のポンプ圧力がパイロットピストン16に作用していると
して、いま増馬力ピストン15に推力が働いたときは、パ
イロットピストン16に対抗してスプール３を右方へ移動
させる推力が増加するので、スプール３が切換わり、レ
ギュレータピストン２の大径室2Aがドレーン側になり、
レギュレータピストン２がスプール３の釣り合う位置ま
で吐出流量を増加する方向に変位する。

つまり、自己ポンプ圧力または相手ポンプ圧力が同一
ならば、吐出流量は相対的に増大するのであり、この結
果、設定馬力が増加する。

ところで、増馬力ピストン15に作用させる制御圧力
は、電磁比例弁70により精度よく比例し、しかもこの制
御圧力に応じて増馬力ピストン15が第１、第２スプリン
グ６、７のスプリング力と同一方向の荷重，を高めるた
め、増馬力制御は無段階的に自由に行うことができる。

なお、増馬力ピストン15に基準となる制御圧力をかけ
た状態で設定馬力が得られるようにしておくと、制御圧
力を基準値から低下させることで上記とは逆に馬力減少
制御を行うこともできる。

（発明の効果） 以上のように本発明は、馬力制御用スプールとパイロ
ットピストンとの間に段付部をもつ増馬力ピストンを介
在させ、かつその段付部に増馬力制御圧力を導入するポ
ートを形成し、増馬力制御圧力の導入時に増馬力ピスト
ンがパイロットピストンを押し戻す方向に作動するよう
に構成したので、増馬力制御圧力が増馬力ピストンの段
付部に作用すると、パイロットピストンに対抗してスプ
リングと同一方向の荷重を高め、同一のポンプ吐出流量
における圧力が相対的に上昇し、ポンプ設定馬力を増大
させることができ、この場合、増馬力ピストンに作用さ
せる増馬力制御圧力に比例してポンプ設定馬力を増やす
ことができ、原動機の負荷に余裕のあるときなど、過負
荷とすることなく、ポンプ駆動馬力を増大させることが
できる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示す断面図である。 １……ボディ、２……レギュレータピストン、2A……大
径室、2B……小径室、３……スプール、４……スリー
ブ、6,7……スプリング、８……つば部、9,10……スプ
リングシート、11……ステー、12……プラグ、14……ネ
ガティブコントロールスプール、15……増馬力ピスト
ン、16……パイロットピストン、23……ポンプポート、
24……制御ポート、25,26……環状溝、29……スプリン
グ、33……調整プラグ、35……ポート、36……通路、37
……オリフィス、40……スプール、41……端室、44……
通路、45,46……環状溝、50……フッシュ、51……カッ
トオフスプール、54……スプリング、57……メータリン
グオリフィス、70……電磁比例弁、71……ポート、72…
…段付部。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ポンプ圧力で押圧されるパイロットピスト
   ンと対抗的にスプリングにより付勢されたスプールと、
   このスプールの変位に伴い切換導入される油圧に応動し
   てポンプ吐出量を増減するレギュレータピストンとを設
   け、かつポンプ圧力の上昇に伴いパイロットピストンを
   介してスプリングに抗してスプールが変位したときに切
   換導入される油圧によりポンプ吐出量を減少させる方向
   にレギュレータピストンが駆動されるように構成する一
   方、このレギュレータピストンに連動してスプールを押
   し戻す方向にスプリングの押圧力を増すようにフィード
   バックする手段とを備えた可変容量ポンプの出力制御装
   置において、前記パイロットピストンを段付ピストンで
   構成し、このパイロットピストンの段付面と端面とに自
   己ポンプ圧力と相手ポンプ圧力とを同一方向からそれぞ
   れ作用させ、前記スプールとパイロットピストンとの間
   に段付部をもつ増馬力ピストンを介在させ、かつその段
   付部に増馬力制御圧力を導入するポートを形成し、増馬
   力制御圧力の導入時に増馬力ピストンがパイロットピス
   トンを押し戻す方向に作動するように構成したことを特
   徴とする可変容量ポンプの出力制御装置。