JP2556846B2 - 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において要求に合わせて流量
を低減できるようにした出力制御装置に関する。

（従来の技術） 油圧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） このようにしてポンプの最大消費馬力が一定値を越え
ることのないようにフィードバック制御を行うが、この
場合、ポンプから負荷側の油圧モータに供給される圧油
の圧力は、負荷が増大するほど上昇する。

例えば油圧駆動のパワーショベルにおいて、その運転
台を油圧モータにより旋回させるとき等は、運転台が慣
性体であることから、旋回初期には大きな駆動トルクが
必要となり、旋回速度が上昇するにしたがって要求駆動
トルクが減少する。

したがって、ポンプからモータに供給される圧油は、
旋回初期に著しく高圧となり、その多くは油圧回路に挿
入された高圧リリーフ弁が開いてタンク側にリターンさ
れる。

このように旋回初期は供給圧油の殆どが逃げるため
に、ポンプが高圧を供給しても無駄になるばかりで、そ
の分がポンプを駆動する原動機のエネルギロスとなって
しまう。

ところで、ポンプをアイドル運転するとき等吐出流量
の少ないときには原動機の馬力損失を回避するために、
ポンプ吐出流量を必要な分のみに低減するようなネガテ
ィブ制御を行うことが知られている。

しかしこのネガティブ制御ではポンプ吐出流量を一定
の小流量にしてしまうので、上記した旋回時のように旋
回負荷に応じて要求流量が変化するものには適用できな
い。

本発明はこのような問題を解決するために、過負荷時
などに余剰流量をカットオフして、原動機の馬力損失を
低減することのできる容量可変ポンプの出力制御装置を
提供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、ポンプ圧力が作用するパイロットピストン
に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、前記ス
プールとパイロットピストンとの間にコントロールスプ
ールを介在させ、かつその端面に制御圧力を導入するポ
ートを形成する一方、スプリングに付勢されたカットオ
フスプールを設け、このカットオフスプールの端面に前
記スプリングに対抗して選択的にポンプ吐出圧力を導く
切換スプールを設け、かつカットオフスプールの変位量
に応じて開通するメータリングオリフィスを形成し、こ
のメータリングオリフィスを介してポンプ吐出圧力を前
記ポートに制御圧力として導入するように構成すると共
に、前記ポートに連通してネガティブ制御圧力が選択的
に導入される通路を設け、前記コントロールスプール、
ポンプアイドル運転時など要求流量の少ないときに外部
から導入されるネガティブ制御圧力に応じて前記コント
ロールスプールを移動し、前記ポンプ吐出量を減少する
方向にレギュレータピストンを駆動するように油圧を切
換えてネガティブ制御をするように構成した。

（作用） したがって、過負荷時などに切換スプールを介してカ
ットオフスプールの端面にポンプ吐出圧力を導くと、カ
ットオフスプールがスプリングに抗して変位し、メータ
リングオリフィスが開かれる。

メータリングオリフィスを通して減圧された圧力がコ
ントロールスプールの端面に作用し、これに比例してス
プリングに抗して馬力制御用のスプールを変位させ、こ
のためレギュレータピストンの油圧が切換わり、ポンプ
吐出量を減少する方向に駆動される。このため、パイロ
ットピストンに作用する圧力が変化しなくてもポンプ吐
出流量は減少し、その分だけポンプ駆動馬力が減じら
れ、原動機の負担が軽減する。

他方、ポンプアイドル運転時など要求流量の少ないと
きには、ネガティブ制御圧力を導入することにより、コ
ントロールスプールを移動し、ポンプ吐出量を減少する
方向にレギュレータピストンを駆動するように油圧を切
換え、これによりネガティブ制御を行い、同じく原動機
の負担を軽減する。

（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の受圧面積が
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
摺動自由に収装される。

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、仮に相手ポン
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は第１のスプリング６と共にスプ
ール３を左方から押圧し、これによりパイロットピスト
ン16に対抗してのスプール３の初期位置が決まる。

したがって例えば調整プラグ33を介して第３のスプリ
ング29の設定荷重を強くするとスプール３を右方に押す
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、同一流量に対す
る吐出圧力が相対的に増加するし、逆に設定荷重を弱く
すると流量に対する圧力が低下するようになる。

ポンプを駆動する原動機に出力を余裕が生じたとき
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19A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、これ
はあたかも第１、第２スプリング6,7のスプリング力が
相対的に強められたように働く。

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のであ
り、この結果、設定馬力が増加する。

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担が
軽減され、燃費の向上に寄与する。

そこで、切換スプール40の左端には外部からの流量カ
ットオフ制御圧力が選択的に導入される端室41が形成さ
れる。

切換スプール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は切換スプール
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切換スプール40の端部に
導入されると、切換スプール40はスプリング42に抗して
変位し、切換スプール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、旋回時に外部から流量カットオフ制御圧
力が作用して切換スプール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を閉じられ、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に相当する余
剰流量を減らし、以下、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。

またレギョレータピストンの動きをスプリングにフィ
ードバックする代わりに周知のように、スリーブの変位
量としてフィードバックするようにしても良い。

（発明の効果） 以上のように本発明は、ポンプ圧力が作用するパイロ
ットピストンに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、前記スプールとパイロットピストンとの間にコント
ロールスプールを介在させ、かつその端面に制御圧力を
導入するポートを形成する一方、スプリングに付勢され
たカットオフスプールを設け、このカットオフスプール
の端面に前記スプリングに対抗して選択的にポンプ吐出
圧力を導く切換スプールを設け、かつカットオフスプー
ルの変位量に応じて開通するメータリングオリフィスを
形成し、このメータリングオリフィスを介してポンプ吐
出圧力を前記ポートに制御圧力として導入するように構
成すると共に、前記ポートに連通してネガティブ制御圧
力が選択的に導入される通路を設け、前記コントロール
スプールが、ポンプアイドル運転時など要求流量の少な
いときに外部から導入されるネガティブ制御圧力に応じ
て前記コントロールスプールを移動し、前記ポンプ吐出
量を減少する方向にレギュレータピストンを駆動するよ
うに油圧を切換えてネガティブ制御をするように構成し
たため、過負荷時など本来はリリーフされる分に相当す
る余剰流量を減らすことができ、またポンプアイドル運
転時など要求流量の少ないときもポンプ吐出流量を減ら
すことができ、それだけポンプ駆動に消費される原動機
の出力を減じ、燃費等の向上が図れる一方、これらの制
御は同一のコントロールスプールに選択的に制御圧力を
導入することにより行えるので、構成の簡略化、コスト
ダウンも達成できる。

【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、３……ス
プール、４……スリーブ、6,7……スプリング、11……
ステー、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、35……
ポート、36……通路、37……オリフィス、40……切換ス
プール、41……端室、44……通路、45,46……環状溝、5
0……ブッシュ、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】ポンプ圧力が作用するパイロットピストン
   に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、前記ス
   プールとパイロットピストンとの間にコントロールスプ
   ールを介在させ、かつその端面に制御圧力を導入するポ
   ートを形成する一方、スプリングに付勢されたカットオ
   フスプールを設け、このカットオフスプールの端面に前
   記スプリングに対抗して選択的にポンプ吐出圧力を導く
   切換スプールを設け、かつカットオフスプールの変位量
   に応じて開通するメータリングオリフィスを形成し、こ
   のメータリングオリフィスを介してポンプ吐出圧力を前
   記ポートに制御圧力として導入するように構成すると共
   に、前記ポートに連通してネガティブ制御圧力が選択的
   に導入される通路を設け、前記コントロールスプール
   が、ポンプアイドル運転時など要求流量の少ないときに
   外部から導入されるネガティブ制御圧力に応じて前記コ
   ントロールスプールを移動し、前記ポンプ吐出量を減少
   する方向にレギュレータピストンを駆動するように油圧
   を切換えてネガティブ制御を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。