JP2801091B2 - 可変容量型油圧ポンプの馬力制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主に油圧ショベル、油
圧クレーンその他の建設機械、土木機械に使用される可
変容量型油圧ポンプの馬力制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】通常、建設機械や土木機械等において
は、可変容量型油圧ポンプを駆動する原動機が過負荷に
なったときに、原動機の負荷状態を検出して油圧ポンプ
の入力馬力を制御する馬力制御装置が設けられている。

【０００３】一般に、馬力制御装置は、例えば本願出願
人の出願に係る特開昭６２−１０１８９１号公報及び特
開昭６２−１０１８９２号公報に記載されているよう
に、油圧ポンプの入力馬力を制御するレギュレータであ
って、サーボシリンダと、バネで一端側へ付勢されたス
プールを有するスプール弁機構と、スプールを他端側へ
付勢する段付きのコンペンピストンを有するコンペンピ
ストン機構とからなるレギュレータと、操作レバーで設
定される原動機の設定回転数（即ち、設定馬力）に応じ
た駆動電流によりコンペンピストンに作用させる指令圧
を発生する電磁比例減圧弁などで構成される。

【０００４】一方、馬力制御方法としては、駆動電流の
増加に応じて、油圧ポンプの馬力を減少させる減馬力制
御と馬力を増加させる増馬力制御があり、従来、減馬力
制御する場合には減馬力制御用のレギュレータを用い、
増馬力制御する場合には増馬力制御用のレギュレータを
用いていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記従来技術に係る馬
力制御装置においては、増馬力制御する場合には、増馬
力制御用のレギュレータを用いなければならないが、増
馬力制御用のレギュレータは減馬力制御用のレギュレー
タに比べ構造が複雑なため製作コストが高くなり、馬力
制御装置の全体のコストが高くなるという問題がある。
減馬力制御用レギュレータと増馬力用レギュレータとは
構造が異なり、互換性がないので、馬力制御装置の汎用
性が低くなるという問題もある。

【０００６】本発明の目的は、可変容量型油圧ポンプの
馬力を簡単な構造の減馬力制御用レギュレータを用いて
減馬力制御を実現したり増馬力制御を実現したりするこ
とのできる可変容量型油圧ポンプの馬力制御装置を提供
することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る可変容量型
ポンプの馬力制御装置は、原動機で駆動される可変容量
型油圧ポンプの馬力を制御する馬力制御装置であって、
サーボシリンダと、バネで一端側へ付勢されたスプール
を有するスプール弁機構と、スプールを他端側へ付勢す
る段付きのコンペンピストンを有するコンペンピストン
機構とからなる減馬力制御用のレギュレータを備えた可
変容量型油圧ポンプの馬力制御装置において、コンペン
ピストンの段部とハウジングとの間及びコンペンピスト
ンの端部とハウジングとの間に夫々油室を設け、段部に
対応する油室にポンプの吐出圧を導入し、端部に対応す
る油室に原動機の設定回転数に応じた指令圧を供給する
電磁比例減圧弁として、増馬力制御を採用する場合には
駆動電流の増加に応じて減少する指令圧を発生させる電
磁比例減圧弁を設け、また、減馬力制御を採用する場合
には駆動電流の増加に応じて増加する指令圧を発生させ
る電磁比例減圧弁を設けるものである。

【０００８】

【作用】本発明に係る可変容量型油圧ポンプの馬力制御
装置においては、原動機の実際回転数が設定回転数に略
等しい状態（即ち、原動機の出力馬力が設定回転数に対
応する出力馬力を出力しているとき）において、電磁比
例減圧弁は設定回転数に対応する駆動電流により所定の
指令圧を発生し、その指令圧はコンペンピストンの端部
とハウジングの間の油室に供給される。このとき、油圧
ポンプの負荷が軽く、油圧ポンプの吐出圧が、コンペン
ピストンの段部とハウジングの間の油室に導入される油
圧ポンプの吐出圧による油圧力と上記指令圧による油圧
力とを加算したスプール駆動力とバネの付勢力との関係
で設定されるコンペン開始圧より低いときには、吐出圧
の変動に関係なく一定の吐出量を吐出する。

【０００９】一方、原動機の出力馬力が保持された状態
において、油圧ポンプの負荷が増大し、油圧ポンプの吐
出圧が上記コンペン開始圧より高くなると、バネ力に抗
するスプール駆動力によりスプール弁が切換えられ、サ
ーボシリンダを介して油圧ポンプの傾転角が減少し、入
力馬力一定の関係を保持しつつ油圧ポンプの吐出量が減
少する。

【００１０】一方、増馬力制御を採用する場合に、駆動
電流の増加に応じて減少する指令圧を発生させる電磁比
例減圧弁を設けると、設定回転数を増加させると設定回
転数に応じて増加する駆動電流により減圧弁から上記指
令圧より減少した指令圧が油室に供給されるとともに原
動機の実際回転数は増加された設定回転数に略等しくな
り、原動機の出力馬力は増加する。油室に供給される指
令圧が減少することによりコンペン開始圧が高くなり、
油圧ポンプの馬力が増加する。

【００１１】このように、駆動電流の増加に応じて減少
する指令圧を発生させる電磁比例減圧弁を設けることに
より、減馬力制御用のレギュレータを用いて簡単に増馬
力制御を実現することが出来る。また、製作コストの高
い増馬力制御用のレギュレータを用いなくてもよいの
で、馬力制御装置のコストを低減することが出来る。
尚、減馬力制御する場合には、電磁比例減圧弁を駆動電
流の増加に応じて増加する指令圧を発生させる減圧弁に
交換すればよい。

【００１２】

【発明の効果】本発明の可変容量型油圧ポンプの馬力制
御装置によれば、駆動電流の増加に応じて減少する指令
圧を発生させる電磁比例減圧弁を設ける場合には、減馬
力制御用のレギュレータを用いて簡単に増馬力制御を実
現出来ること、製作コストの高い増馬力制御用のレギュ
レータを用いなくてもよいので、馬力制御装置のコスト
を低減することが出来ること、電磁比例減圧弁を駆動電
流の増加に応じて増加する指令圧を発生させる減圧弁に
交換することにより、簡単に減馬力制御が実現出来るの
で、馬力制御装置の汎用性を高めることが出来ること、
などの効果が得られる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面に基いて
説明する。本実施例は建設機械としての油圧ショベルの
可変容量型油圧ポンプの馬力制御装置に本発明を適用し
たものである。

【００１４】図１に示すように、原動機１により駆動さ
れる可変容量型油圧ポンプ２の斜板の傾転角を制御する
レギュレータ１０は、サーボピストン２３を有するサー
ボシリンダ１１と、バネ１２で一端側へ付勢されたスプ
ール１３とスリーブ１４を有しサーボシリンダ１１への
油圧を供給する方向と流量を制御するスプール弁機構１
５と、スプール１３を他方側へ付勢する段付きのコンペ
ンピストン１６を有するコンペンピストン機構２０など
を有し、コンペンピストン１６の段部１６ａとレギュレ
ータ１０のハウジング３０との間及びコンペンピストン
１６の端部とハウジング３０との間には夫々油室１７・
１８が形成され、油室１７にはポンプ２の吐出圧が導入
され、油室１８には電磁比例減圧弁４０からの指令圧Ｐ
ｄが導入され、コンペンピストン１６は吐出圧による油
圧力と指令圧Ｐｄによる油圧力を加算したスプール駆動
力によりスプール１３をバネ１２の付勢力に抗して駆動
するようになっている。

【００１５】また、ポンプ２の吐出圧は、サーボシリン
ダ１１のサーボ小室２１及びスプール１３の１次側ポー
トに導入され、スプール１３の２次側ポートはサーボシ
リンダ１１のサーボ大室２２に連通し、サーボポンプ３
の吐出圧は減圧弁４０の１次側ポートに導入されてい
る。

【００１６】ここで、レギュレータ１０の構造について
簡単に説明する。図２に示すように、レギュレータ１０
のハウジング３０は上部ハウジング３１と下部ハウジン
グ３２とサイドハウジング３３・３４からなり、上部ハ
ウジング３１の左部上段にはスプール１３及びスリーブ
１４などを有するスプール弁機構１５が配設され、上部
ハウジング３１の左部下段にはコンペンピストン１６を
有するコンペンピストン機構２０が配設され、下部ハウ
ジング３２にはサーボシリンダ１１が配設されている。
コンペンピストン１６の右側には環状溝２４ａを有する
軸部材２４が左右方向に摺動自在に装着され、上部ハウ
ジング３１に固着の枢支ピン２５にはレバー２６が回動
自在に設けられ、レバー２６の下端に固着の係合ピン２
７は環状溝２４ａに係合している。フィードバックレバ
ー２９とスプール１３は連結ピン２８を介して回動自在
に連結され、フィードバックレバー２９の下端部はサー
ボピストン２３のピン２３ａに係合され、フィードバッ
クレバー２９に固着の連動ピン３５はレバー２６の孔２
６ａに係合している。

【００１７】コンペンピストン１６から軸部材２４に右
向きのスプール駆動力が作用すると、スプール１３はレ
バー２６の孔２６ａと連動ピン３５を介して右方に駆動
されサーボ大室２２に油圧が供給され、サーボピストン
２３がサーボ小室２１側に駆動され、油圧ポンプ２の傾
転角が減少するようになっている。そして、サーボピス
トン２３の移動はフィードバックレバー２９を介してス
プール１３にフィードバックされ、スプール１３は再び
整定位置へ戻る。尚、符号３６・３７は調整用のバネで
ある。

【００１８】次に、減圧弁４０について説明する。減圧
弁４０は、スロットルレバー４で設定する原動機１の設
定回転数に応じた指令圧Ｐｄを発生して油室１８に供給
するもので、設定回転数と実際回転数との差を演算する
制御装置６からは設定回転数と実際回転数とが等しいと
きには設定回転数に対応する所定の駆動電流Ｉｍを減圧
弁４０のソレノイド６０に出力し、減圧弁４０は駆動電
流Ｉｍに対応するつまり設定回転数に対応する所定の指
令圧Ｐｄｍを油室１８へ供給する。一方、この状態から
設定回転数と実回転数との差が発生するとその差の大き
さに応じて駆動電流を増加させるようになっており、図
６に示すように、減圧弁４０は、駆動電流Ｉの増加に応
じて指令圧Ｐｄを低下させるようになっている。

【００１９】次に、減圧弁４０の構造について説明す
る。図３に示すように、弁本体４１の中央部には、段部
４２の左側の大径部４３と右側の小径部４４からなるス
プール孔４５が形成され、スプール孔４５には、大径部
４３及び小径部４４に対応した大径部４６と小径部４７
からなるスプール４８が装着され、弁本体４１の右部に
はソレノイド６０が装着されている。また、弁本体４１
には、サーボポンプ３の吐出圧が導入される１次側油路
４９とタンクに接続されるタンク油路５０と油室１８に
接続される２次側油路５１とがスプール孔４５を貫通し
て形成され、スプール４８の大径部４６の外周部には油
溝５２が、大径部４６と小径部４７に跨がる外周部には
油溝５３が、小径部４７の外周部には油溝５４が形成さ
れ、スプール孔４５の左側にはバネ収容室５６が形成さ
れ、バネ収容室５６にはスプール４８を右方に付勢する
バネ５５が収容されている。

【００２０】図４に示すように、ソレノイド６０のプラ
ンジャ６１は圧縮コイルバネ６２により左方に付勢さ
れ、プランジャ６１にはソレノイド６０の駆動力をスプ
ール４８に伝達するロッド６３が固着され、ソレノイド
６０が励磁されていないときには、１次側油路４９と２
次側油路５１とが油溝５２を介して接続され、２次側油
路５１とタンク油路５０とは油溝５３と油溝５４との間
の壁部４５ａによりブロックされる。このとき、油溝５
３はスプール４８の大径部４６と小径部４７に跨がって
形成され且つ油溝５３は２次側油路５１と接続されてい
るので、２次側油路５１の油圧即ち減圧弁４０の指令圧
Ｐｄｏは、バネ５５のバネ力をＦＳ１、バネ６２のバネ
力をＦＳ２、小径部４７の面積をＡ１、大径部４６の面
積をＡ２とすると、Ｐｄｏ＝（ＦＳ１−ＦＳ２）／（Ａ
２−Ａ１）となる。但し、サーボポンプ３の吐出圧がＰ
ｄｏより大きい場合には指令圧ＰｄはＰｄｏになり、サ
ーボポンプの吐出圧がＰｄｏより小さい場合には指令圧
Ｐｄｏはサーボポンプ３の吐出圧になる。

【００２１】図５に示すように、ソレノイド６０に駆動
電流Ｉが供給されて励磁されると、ロッド６３が左方に
移動してスプール４８を左方に駆動し、油溝５４を介し
て２次側油路５１とタンク油路５０とが接続されるとと
もに、１次側油路４９と２次側油路５１とは油溝５２と
油溝５３との間の壁部４５ｂによりブロックされ、２次
側の油圧がタンクに排出されることにより、２次側の油
圧即ち減圧弁４０の指令圧Ｐｄが減少し、指令圧Ｐｄは
Ｐｄ＝（ＦＳ１−ＦＳ２−ＦＳ０Ｌ）／（Ａ２−Ａ１）
＝Ｐｄｏ−〔Ｋ×Ｉ／（Ａ２−Ａ１）〕となり、指令圧
Ｐｄは駆動電流Ｉの増加に比例して減少する。但し、Ｆ
ＳＯＬはソレノイド６０に駆動電流Ｉが供給されたとき
のソレノイド６０の駆動力を、Ｋはソレノイド６０の単
位駆動電流当たりの発生駆動力である。尚、駆動電流Ｉ
を適宜設定することにより、ソレノイド６０の駆動力Ｆ
ＳＯＬと、そのときの圧縮コイルバネ５５・６２による
バネ力（ＦＳ１−ＦＳ２）とを略等しくし、指令圧Ｐｄ
をＰｄ＝０にすることができる。尚、符号６４は励磁コ
イルである。

【００２２】このように構成された馬力制御装置の作用
について説明する。原動機１の実際回転数がスロットル
レバー４で設定された設定回転数に略等しい状態におい
て、制御装置６から設定回転数に対応する例えば駆動電
流Ｉｍが減圧弁４０のソレノイド６０に出力され、図６
に示すように減圧弁４０から指令圧Ｐｄｍが油室１８に
供給される。このとき、ポンプ２の負荷が軽く、ポンプ
２の吐出圧Ｐが、指令圧Ｐｄｍによる油圧力とバネ１２
の付勢力などとのバランスで設定されるコンペン開始圧
Ｐｃｍより低いときには、図７に示すように、吐出圧の
変動に関係なく一定の最大流量の油圧を吐出する。

【００２３】一方、ポンプ２の負荷が増大し、ポンプ２
の吐出圧Ｐがコンペン開始圧Ｐｃｍより高くなると、バ
ネ１２のバネ力に抗する指令圧と吐出圧とによるスプー
ル駆動力によりスプール１３が供給位置側に駆動されて
サーボ大室２２の油圧が増加し、サーボピストン２３が
サーボ小室２１側に駆動されるとともにサーボピストン
２３によりポンプ２の傾転角が減少し、図７に示すＰ−
Ｑ特性線Ｌｍに沿ってポンプ２の吐出量が減少する。

【００２４】次に、スロットルレバー４を操作して設定
回転数を増加すると、このとき原動機１の実際回転数は
設定回転数より小さいので、設定回転数と実際回転数と
の差の大きさに応じて駆動電流Ｉｍより増加した駆動電
流Ｉｎが制御装置６からソレノイド６０に出力され、図
６に示すように、減圧弁４０からは駆動電流Ｉｎに対応
する指令圧Ｐｄｍより低い指令圧Ｐｄｎが油室１８に供
給されるとともに、スロットルレバー４の操作後徐々に
原動機１の実際回転数は増加された設定回転数に略等し
くなり、原動機１の出力馬力は増加する。油室１８に供
給される指令圧ＰｄがＰｄｍからＰｄｎに低下すること
により、図７に示すように、コンペン開始圧がＰｃｍか
らＰｃｎに高く設定され、原動機１の出力馬力の増加に
応じたＰ−Ｑ特性線Ｌｎに切換えられる。

【００２５】このように、駆動電流Ｉの増加に応じて減
少する指令圧Ｐｄを発生させる減圧弁４０を設けたの
で、減馬力制御用のレギュレータ１０を用いて簡単に油
圧ポンプ２の増馬力制御を実現することが出来る。ま
た、製作コストの高い増馬力制御のレギュレータを用い
なくてもよいので、馬力制御装置のコストを低減するこ
とが出来る。更に、減馬力制御する場合には、減圧弁４
０を駆動電流の増加に応じて増加する指令圧を発生する
減圧弁に交換するだけでよいので、馬力制御装置の汎用
性を高めることが出来る。

【００２６】

【図面の簡単な説明】

【図１】油圧ポンプの馬力制御装置の構成図である。

【図２】レギュレータの要部縦断面図である。

【図３】減圧弁の要部切欠縦断面図である。

【図４】ソレノイドが励磁されていないときの減圧弁の
要部縦断面図である。

【図５】ソレノイドが励磁されたときの減圧弁の要部縦
断面図である。

【図６】減圧弁の制御特性図である。

【図７】油圧ポンプのＰ−Ｑ線図である。

【符号の簡単な説明】

１ 原動機 ２ 可変容量
型油圧ポンプ １０ レギュレータ １１ サーボ
シリンタ １２ バネ １３ スプー
ル １５ スプール弁機構 １６ コンペ
ンピストン １６ａ 段部 １７・１８
油室 ２０ コンペンピストン機構 ３０ ハウジ
ング ４０ 電磁比例減圧弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 今井 俊行 千葉市長沼原町731番地１ 住友建機株 式会社千葉工場内 (56)参考文献 特開 昭62−101891（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−73714（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F04B 49/00 341

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原動機で駆動される可変容量型油圧ポン
   プの馬力を制御する馬力制御装置であって、サーボシリ
   ンダと、バネで一端側へ付勢されたスプールを有するス
   プール弁機構と、スプールを他端側へ付勢する段付きの
   コンペンピストンを有するコンペンピストン機構とから
   なる減馬力制御用のレギュレータを備えた可変容量型油
   圧ポンプの馬力制御装置において、 コンペンピストンの段部とハウジングとの間及びコンペ
   ンピストンの端部とハウジングとの間に夫々油室を設
   け、段部に対応する油室にポンプの吐出圧を導入し、端
   部に対応する油室に原動機の設定回転数に応じた指令圧
   を供給する電磁比例減圧弁として、増馬力制御を採用す
   る場合には駆動電流の増加に応じて減少する指令圧を発
   生させる電磁比例減圧弁を設け、また、減馬力制御を採
   用する場合には駆動電流の増加に応じて増加する指令圧
   を発生させる電磁比例減圧弁を設けることを特徴とする
   可変容量型油圧ポンプの馬力制御装置。