JP3063791B2 - 可変容量型油圧ポンプの油圧制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、可変容量型油圧ポンプ
の油圧制御装置に関し、特に電気的な制御装置のフェイ
ル時に対する対策を講じたものに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、油圧ショベル、油圧クレーン、及
びその他種々の油圧機械の油圧制御装置においては、油
圧ポンプの吐出量を吐出圧に対応させて制御する為に、
油圧ポンプの斜板に連結されたサーボピストンと、サー
ボピストンの油路に介設されたサーボ弁と、サーボ弁の
スプールの位置を制御するコンペンピストン機構とを設
け、コンペンピストン機構に供給する指令圧を種々の油
圧回路を介して発生させるようにした油圧方式の油圧制
御装置が広く用いられてきたが、最近ではマイクロコン
ピュータを主体とする電気的な制御装置によって電磁比
例弁を介して指令圧を発生させるようにし電気式の油圧
制御装置が実用化されつつある。

【０００３】前記電気式の油圧制御装置は、例えば、図
８に示すように構成されている。可変容量型油圧ポンプ
１００の斜板１００ａはサーボピストン１０１に連結さ
れ、サーボピストン１０１のサーボ大室１０１ａにサー
ボ圧を供給するサーボ弁１０２は、スプール・スリーブ
機構からなり、サーボ弁１０２のスプール１０２ａを制
御するコンペンピストン機構１０３の作動油室１０３ａ
へは電磁比例減圧弁１０４によりサーボポンプ１０５か
らの油圧を減圧した指令圧が供給される。

【０００４】前記油圧ポンプ１００の傾転角を検出する
傾転角センサ１０６と、吐出圧を検出する圧力センサ１
０７と、マイクロコンピュータを含む制御装置１０８と
が設けられ、この制御装置１０８において吐出量と吐出
圧とから油圧ポンプ１００の消費馬力を求め、その消費
馬力をエンジン１０９の出力馬力に略等しくするように
電磁比例減圧弁１０４を介して傾転角を制御し馬力制御
を行う。但し、制御装置１０８は上記の制御以外にエン
ジン１０９の回転数の偏差に応じて吐出量を制御した
り、リモコン弁からのパイロット圧に応じて油圧アクチ
ュエータの為の方向流量制御弁を制御したりするように
構成されることもある（例えば、特開平１−３１２２０
２号公報参照）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記電気的制御装置を
介して油圧ポンプの吐出量を制御する場合、制御装置の
故障時にポンプの傾転角制御は機能しない状態になり、
油圧ポンプで駆動される油圧ショベルなどの油圧機械を
自由に操作することが不可能になるという問題がある。
その結果、油圧機械が暴走したり、その反対に走行移動
できなくなったり、バケットやブームや種々の駆動対象
部を作動できなくなったりするなど、種々の困難が発生
する。

【０００６】本発明の目的は、電気的制御装置の故障時
には補助の馬力制御機能を発揮させ得るような可変容量
型油圧ポンプの油圧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
油圧ポンプの油圧制御装置は、可変容量型油圧ポンプの
吐出量を変えるサーボピストン機構とサーボピストン機
構に連なる油路に介設されたサーボ弁とサーボ弁に連結
されたコンペンピストン機構とを含むレギュレータと、
コンペンピストン機構の作動油室へ供給する指令圧を設
定する為の電磁比例弁と、油圧ポンプの吐出量を検出す
る吐出量検出手段と、油圧ポンプの吐出圧を検出する吐
出圧検出手段と、吐出量検出手段と吐出圧検出手段との
出力を受けて少なくとも電磁比例弁を制御する制御手段
とを備えた可変容量型油圧ポンプの油圧制御装置におい
て、前記コンペンピストン機構に前記作動油室と異なる
補助作動油室を設けるとともに、補助作動油室に油圧ポ
ンプの吐出圧を導く補助油路を設け、前記補助油路を連
通させる非常位置と補助作動油室をタンクへ連通させる
正常位置とに亙って切り換える切換弁を設け、前記制御
手段のフェイル時に切換弁を非常位置に切り換える為の
切換手段を設け、前記電磁比例弁のソレノイドへ通じる
制御手段の出力ラインを切断する切換スイッチ手段を設
けたことを特徴とするものである。

【０００８】

【作用】本発明に係る可変容量型油圧ポンプの油圧制御
装置においては、吐出量検出手段と吐出圧検出手段との
出力を受けて制御手段により少なくとも電磁比例弁が制
御され、電磁比例弁によりコンペンピストン機構の作動
油室へ供給する指令圧が設定される。この指令圧を受け
るレギュレータにより油圧ポンプの吐出量が制御され
る。即ち、前記指令圧を受けるコンペンピストン機構に
よりサーボ弁が指令圧に応じて制御され、サーボピスト
ン機構のサーボ圧が制御されこのサーボピストン機構に
より油圧ポンプの吐出量が制御される。

【０００９】前記コンペンピストン機構に作動油室と異
なる補助作動油室を設けるとともに、補助作動油室に油
圧ポンプの吐出圧を導く補助油路を設け、この補助油路
を連通させる非常位置と補助作動油室をタンクへ連通さ
せる正常位置とに亙って切り換える切換弁を設け、前記
制御手段のフェイル時に切換弁を非常位置に切り換える
為の切換手段を設けたので、制御手段のフェイル時に切
換手段を介して切換弁を非常位置に切り換えると、補助
油路が連通されて補助作動油室に吐出圧が導入される。

【００１０】加えて、前記電磁比例弁のソレノイドへ通
じる制御手段の出力ラインを切断する切換スイッチ手段
を設けたので、前記制御手段のフェイル時に切換スイッ
チを介して前記ソレノイドへの電流の供給を停止するこ
とが出来る。従って、前記電磁比例弁により吐出量を最
大とするような低い指令圧をコンペンピストン機構の作
動油室に供給できる。つまり、前記コンペンピストン機
構の作動油室に供給される吐出量を最大とするような低
い指令圧と、補助作動油室に供給される吐出圧とでサー
ボ弁とサーボピストン機構とを介して油圧ポンプの馬力
制御を行わせることが出来る。

【００１１】

【発明の効果】前記作用の項で説明したように、次のよ
うな効果が得られる。本発明に係る可変容量型油圧ポン
プの油圧制御装置によれば、補助作動油室と、補助油路
と、切換弁と、切換手段と、切換スイッチ手段とからな
る簡単な構成によって、制御手段のフェイル時に切換ス
イッチを介して前記ソレノイドを制御手段の出力ライン
から切断することが出来る。従って、前記電磁比例弁に
よりコンペンピストン機構の作動油室はタンクと連通さ
れるから、補助作動油室に供給される吐出圧によりサー
ボ弁とサーボピストンとを介して油圧ポンプの馬力制御
を行わせることが出来る。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面に基づい
て説明する。本実施例は、油圧ショベルの左右１対の走
行用クローラ装置を駆動する為の１対の油圧装置に本発
明を適用した場合の例であり、図１において、油圧装置
ＨＬと油圧装置ＨＲとは夫々左右のクローラ装置の油圧
モータへ油圧を供給する為のもので、これらは相互に対
称の構成なので、主として左側の油圧装置ＨＬついて説
明し、同一のものに同一符号を付して右側の油圧装置Ｈ
Ｒについての説明は省略する。

【００１３】油圧ポンプ１は、斜板式の可変容量型油圧
ポンプであり、左右１対の油圧ポンプ１・１とサーボポ
ンプ２を駆動するエンジン３が設けられている。油圧装
置ＨＬにおいて、油圧ポンプ１の吐出路４は図示外の方
向流量制御弁を介して左のクローラ装置の油圧モータに
接続され、方向流量制御弁はリモコン弁からのパイロッ
ト圧により制御される。油圧ポンプ１の傾転角を制御す
るレギュレータ５は、サーボピストン機構６と、このサ
ーボピストン機構６のサーボピストン６ａに連結された
サーボ弁７と、このサーボ弁７に連結されたコンペンピ
ストン機構８とを備えている。

【００１４】前記サーボ弁７は、スプール・スリーブ機
構からなり、そのスリーブ７ａはフィードバックレバー
６ｂを介してサーボピストン６ａに連結され、またその
スプール７ｂは右端側のバネ７ｃによって左方へ付勢さ
れ、またコンペンピストン８ａがスプール７ｂの左端に
当接して右方向への付勢力を付加している。前記サーボ
弁７は、サーボピストン機構６のサーボ大室６ｃに通ず
る油路１０と、吐出路４に通ずる油路１１及びタンクに
通ずる油路１２との間に配設され、ブロック位置と、サ
ーボ大室６ｃにサーボ圧を供給する供給位置と、サーボ
大室６ｃからサーボ圧を排出する排出位置とに亙って切
り換え可能であり、ブロック位置から供給位置に亙って
またブロック位置から排出位置に亙って開度が連続的に
変化するように構成されている。

【００１５】前記サーボピストン機構６のサーボ小室６
ｄは、サーボポンプ２からサーボ圧が供給される油路１
３に油路１４を介して接続されている。尚、油圧装置Ｈ
Ｌの油圧ポンプ１において、斜板１ａが図１にて時計回
り方向に回動すると、傾転角が減少して吐出量が減少す
るように構成されている。前記コンペンピストン機構８
は、大径部と小径部とからなるコンペンピストン８ａを
有し、このコンペンピストン８ａの大径部から小径部に
移る環状段部に受圧させる作動油室８ｂが形成されると
ともに、コンペンピストン８ａの小径部に受圧させる補
助作動油室８ｃが形成され、油路１４から分岐して作動
油室８ｂに至る油路１５に電磁比例減圧弁９が介設され
ている。前記油路１１から分岐して補助作動油室８ｃに
通ずる油路１６にはパイロット式の切換弁１７が介設さ
れ、この切換弁１７にパイロット圧を供給する油路１８
は、電磁方向切換弁１９と油路２０を介してサーボポン
プ２に通ずる油路１３に接続されている。

【００１６】前記切換弁１７は、補助作動油室８ｃを油
路２１を介してタンクへ接続する正常位置と補助作動油
室８ｃに吐出圧を導入する非常位置とに亙って切り換え
可能であり、パイロット圧が供給されなくなるとバネ力
によって非常位置に切り換えられる。前記電磁方向切換
弁１９は、油路１８にパイロット圧を供給する供給位置
と油路１８の油圧を排出する排出位置とに亙って切り換
え可能であり、正常時にはソレノイド１９ａに通電され
て供給位置に設定される。

【００１７】次に、制御系に付属する機器について説明
すると、油圧装置ＨＬと油圧装置ＨＲなどを制御する為
の制御装置３０と、斜板１ａの傾転角を電気的に検出す
る傾転角センサ３１と、吐出路４の吐出圧を電気的に検
出する圧力センサ３２と、エンジン３の回転数を電気的
に検出する例えば電磁ピックアップからなる回転数セン
サ３３などが設けられ、制御装置３０には操作盤３５が
接続されている。尚、符号３４は、エンジン３の燃料制
御用のコントロールラックである。

【００１８】次に、図２に基づいて制御系について詳し
く説明する。前記制御装置３０は、回転数センサ３３の
信号を波形整形する波形整形回路４０と、１対の傾転角
センサ３１及び圧力センサ３２からの信号をＡ／Ｄ変換
するＡ／Ｄ変換器４１と、入出力インターフェイス４２
とＣＰＵ４３とＲＯＭ４４とＲＡＭ４５とからなるマイ
クロコンピュータと、燃料制御用のコントロールラック
３４の為の駆動回路４６と、１対の電磁比例減圧弁９の
ソレノイド９ａの為の１対の駆動回路４７と、電磁方向
切換弁１９のソレノイド１９ａの為の駆動回路４８とを
備えており、図示のように接続されている。

【００１９】各駆動回路４７からの出力ラインには、ａ
接点５０からなる切換えスイッチ４９が介設され、また
駆動回路４８からの出力ラインにはａ接点からなる切換
えスイッチ５３が介設されている。そして、１対の切換
えスイッチ４９と切換えスイッチ５３とは非常用操作レ
バー５４に機械的に連結されていて、制御装置３０のフ
ェール時などの非常時に操作レバー５４を下方へ操作す
ると、１対のａ接点５０は開成され、また切換えスイッ
チ５３は開成されるようになっている。

【００２０】前記操作盤３５は、入出力インターフェイ
ス４２に接続されているが、この操作盤３５には重掘削
モード（エンジン出力を定格出力の１００％とするモー
ド）や、エコノミイモード（エンジン出力を定格出力の
約８０％にして燃費ベストとするモード）や、微操作モ
ード（ポンプ吐出量を極端に小さくして微操作を可能と
するモード）などの種々のモードに設定する為の複数の
設定スイッチが設けられている。前記制御装置３０のＲ
ＯＭ４３には、傾転角センサ３１からの信号と圧力セン
サ３２からの信号と操作盤３５の設定スイッチからの信
号に基づいて、油圧ポンプ１の対応するＰ−Ｑ線図に則
して傾転角を制御する吐出量制御の制御プログラム、回
転数センサ３３から信号に基づいて設定回転数と実回転
数との偏差に応じて傾転角を制御して吐出量を減少させ
る回転数制御の制御プログラム、エンジン３のコントロ
ールラック３４を介してエンジン出力を制御する制御プ
ログラム、等の種々の制御プログラムが予め格納されて
いる。

【００２１】次に、前記油圧装置ＨＬの作用について説
明する。最初に、前記傾転角を制御するレギュレータ５
及び電磁比例減圧弁９の作用について説明すると、制御
装置３０が正常作動している場合には、電磁方向切換弁
１９のソレノイド１９ａに対して常時通電され、切換弁
１９は供給位置を維持し、切換弁１７にパイロット圧が
供給されるので切換弁１７は正常位置を維持し、コンペ
ンピストン機構８の補助作動油室８ｃの油室はドレン圧
に維持される。

【００２２】電磁比例減圧弁９は、そのソレノイド９ａ
に供給される駆動電流に比例する２次圧を発生させるの
で、図１に図示の状態から駆動電流が増大すると、作動
油室８ｂの油圧が増大し、スプール７ｂが右方へ移動し
てサーボ弁７は供給位置に切り換えられてその開度は作
動油圧８ｂの油圧に対応した開度となり、サーボ大室６
ｃの油圧の増加に応じてサーボピストン６ａが右方へ移
動し、ポンプ１の傾転角が減少して駆動電流に対応した
吐出量になるまで吐出量が減少するが、サーボピストン
６ａの右方移動によりフィードバックレバー６ｂを介し
てサーボ弁体７のスリーブ７ａが右方移動するのでサー
ボ弁７は原位置に復帰する。これに対して、駆動電流を
減少させると、前記と反対に、作動油室８ｂの油圧が低
下するので、サーボ弁７は排出位置に切り換えられ、サ
ーボ大室６ｃの油圧が低下してサーボピストン６ａが左
方移動し、傾転角が増大して駆動電流に対応する吐出量
となるまで吐出量が増大し、その後前記同様にフィード
バックレバー６ｂを介してサーボ弁７は原位置に復帰す
る。

【００２３】ここで、制御装置３０が故障した場合に
は、操作レバー５４を下方へ回動操作すると、１対の切
り換えスイッチ４９のａ接点５０が開成されるので、電
磁比例減圧弁９のソレノイド９ａに電流が供給されなく
なって作動油室８ｂの油圧がタンクに連通され、同時に
切り換えスイッチ５３が開成されるので切換弁１９が排
出位置に切り換えられて、切換弁１７へパイロット圧が
供給されなくなるので、切換弁１７が非常位置に切り換
えられ、コンペンピストン機構８の補助作動油室８ｃに
油路１１・１６を介して吐出圧が供給される。従って、
制御装置３０のフェイル時にも、補助作動油室８ｃに供
給される吐出圧によりレギュレータ５を介して吐出量制
御（Ｐ−Ｑ線図に則した馬力制御）を行うことが出来る
ので、油圧ショベルの暴走や走行不能などのトラブルを
解消することが出来る。

【００２４】次に、前記吐出量制御について補足説明す
ると、電磁比例減圧弁９のソレノイド９ａの駆動電流Ｉ
と減圧弁９の２次圧Ｐｃ（指令圧）との関係は、図３の
ようになり、この駆動電流Ｉと吐出量Ｑとの関係は、図
４のようになり、エコノミイモードのときのＰ−Ｑ線図
は、例えば図５のように設定され、吐出量制御において
は曲線Ａで示すＰ−Ｑ線図に基づいて吐出圧に対応する
吐出量となるように傾転角が制御される。また、エンジ
ン回転数の偏差の増加に応じて曲線Ｂ、曲線Ｃで示すよ
うなＰ−Ｑ線図に切り換えられて吐出量が減少補正され
る。

【００２５】尚、制御装置３０は、リモコン弁からのパ
イロット圧信号に基づいて傾転角制御を実行するように
構成することも有り得る。また、重掘削モードにおいて
は、その制御プログラムに基づいてエンジン３のコント
ロールラック３４を制御することによりエンジン３の出
力を定格出力に設定する制御及びそれに対応するＰ−Ｑ
特性の制御が実行され、また微操作モードにおいては、
その制御プログラムに基づいて吐出量を極端に小さくす
るような制御が実行される。

【００２６】尚、前記電磁方向切換弁１９は手動操作で
切換える構造にしてもよく、また電磁方向切換弁１９を
省略してパイロット式切換弁１７を手動操作で切換える
構造にしてもよい。更に、前記非常用操作レバー５４を
省略し、各切換スイッチ４９を手動操作で切換える構造
にしてもよく、切換スイッチ５３を手動操作で切換える
構造にしてもよい。

【００２７】次に、前記実施例の変形例として、図６に
示すように、前記１対のパイロット式切換弁１７を一体
化したパイロット式切換弁６０を設け、左右１対の油路
４から夫々分岐して補助作動油室８ｃに連なる１対の油
路６１を設け、これら１対の油路６１の途中部に切換弁
６０を介設し、正常作動時には前記同様に電磁方向切換
弁１９から切換弁６０にパイロット圧を供給して切換弁
６０を正常位置に維持して補助作動油室８ｃの油圧をド
レン圧とし、また非常時には切換弁１９から切換弁６０
へのパイロット圧の供給を停止し切換弁６０を非常位置
に切り換えて、補助作動油室８ｃに吐出圧を供給するよ
うに構成してある。

【００２８】この変形例においては、前記実施例と同様
の作用が得られる。次に、前記変形例の一部を変更し
て、図７に示すように、切換弁６０の代わりに切換弁７
０を設け、左右１対の油路４に連通する油路７１を設
け、この油路７１に１対の絞り弁７２を介設し、両絞り
弁７２間の中間接続点Ｍから延びる油路７３にパイロッ
ト式切換弁７０を介設し、油路７３から分岐して左右１
対の補助作動油室８ｃに通ずる１対の油路７４を設け、
正常作動時には電磁方向切換弁１９からのパイロット圧
により切換弁７０を正常位置に維持して補助作動油室８
ｃの油圧をドレン圧に維持し、また制御装置３０の故障
時などの非常時には切換弁７０を非常位置に切り換え
て、補助作動油室８ｃに中間接続点Ｍに発生する平均圧
（両ポンプ１・１の吐出圧の平均圧）を供給するように
構成してある。このようにすると、前記平均圧に基づい
て全馬力制御（両ポンプ１・１の合計馬力がエンジン３
の出力馬力に略等しくなるような制御）が可能になる。

【００２９】尚、本実施例は、油圧ショベルの左右１対
の走行用クローラ装置の為の油圧装置に本発明を適用し
た場合について説明したが、これに限らずバケット駆動
の為の油圧装置や旋回用の油圧装置にも、本発明を同様
に適用し得るし、また油圧ショベル以外にも油圧クレー
ンの油圧装置、或いはその他種々の油圧機械の油圧装置
にも本発明を同様に適用し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の油圧ポンプを含む油圧装置の
油圧回路図である。

【図２】前記油圧装置の制御系の構成図である。

【図３】電磁比例減圧弁における駆動電流に対する２次
圧の特性図である。

【図４】電磁比例減圧弁における駆動電流に対する吐出
量の特性図である。

【図５】吐出量制御におけるＰ−Ｑ特性の例示図であ
る。

【図６】変形例に係る図１相当図である。

【図７】別変形例に係る要部油圧回路図である。

【図８】従来技術に係る油圧装置の油圧回路図である。

【符号の説明】

１ 油圧ポンプ ５ レギュレータ ６ サーボピストン機構 ７ サーボ弁 ８ コンペンピストン機構 ８ａ 作動油室 ８ｂ 補助作動油室 ９ 電磁比例減圧弁 １１ 油路 １６ 油路 １７ パイロット式切換弁 １８ 油路 １９ 電磁方向切換弁 ２０ 油路 ３０ 制御装置 ３１ 傾転角センサ ３２ 吐出圧センサ ４９ 切換スイッチ ５３ 切換スイッチ ５４ 操作レバー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F04B 49/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 可変容量型油圧ポンプの吐出量を変える
   サーボピストン機構とサーボピストン機構に連なる油路
   に介設されたサーボ弁とサーボ弁に連結されたコンペン
   ピストン機構とを含むレギュレータと、コンペンピスト
   ン機構の作動油室へ供給する指令圧を設定する為の電磁
   比例弁と、油圧ポンプの吐出量を検出する吐出量検出手
   段と、油圧ポンプの吐出圧を検出する吐出圧検出手段
   と、吐出量検出手段と吐出圧検出手段との出力を受けて
   少なくとも電磁比例弁を制御する制御手段とを備えた可
   変容量型油圧ポンプの油圧制御装置において、 前記コンペンピストン機構に作動油室と異なる補助作動
   油室を設けるとともに、補助作動油室に油圧ポンプの吐
   出圧を導く補助油路を設け、 前記補助油路を連通させる非常位置と補助作動油室をタ
   ンクへ連通させる正常位置とに亙って切り換える切換弁
   を設け、 前記制御手段のフェイル時に切換弁を非常位置に切り換
   える為の切換手段を設け、 前 記電磁比例弁のソレノイドへ通じる制御手段の出力ラ
   インを切断する切換スイッチ手段を設けたことを特徴と
   する可変容量型油圧ポンプの油圧制御装置。