JP3577407B2 - 油圧式クラッチの制御回路 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、慣性の大きい被動機械、例えばターボコンプレッサや高圧大型発電機等をディーゼル機関等の駆動源により駆動する場合に使用する油圧式クラッチの制御回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、慣性の大きい被動機械を駆動する場合の動力伝達経路には、被動機械を駆動する際の結合ショックを緩和するために、油圧式クラッチが利用されている。このような油圧式クラッチにおいて、被動機械の加速のために、クラッチ油圧を一般的な昇圧特性で時間とともに漸次上昇させると、クラッチが完全に結合される前、すなわち加速中にクラッチ伝達トルクが必要トルクを上回り、クラッチの完全結合後には、駆動源側からの駆動トルクを必要としない状況となる。この状況は、定格運転中にクラッチを遮断し、急激に負荷を取り除いた状態と同じ状態であり、駆動源側のディーゼル機関等の回転速度は吹き上がり（上昇し）易くなる。
【０００３】
このような駆動源側の回転速度の吹き上がりを防止するために、従来から、この種の油圧式クラッチには図４に示す制御回路が設けられている。すなわち、この制御回路には、油ポンプ３０からクラッチ嵌脱弁３１に至るポンプ出口ライン３２から分岐した一次油圧ライン３３に、中間油圧を調整可能にセットできるクラッチ油圧調整弁３４が設けられている。かくして、作動油圧力は、図５に示される昇圧特性から理解されるように、クラッチの完全結合前には、必要以上の伝達トルクを伝えないようにするために、慣性を加速するための中間油圧Ｐ_２に保持され、クラッチが完全に結合した後には、定格油圧Ｐ_３まで上昇させられる。
【０００４】
図４に示されるように、クラッチ油圧調整弁３４には、中間油圧Ｐ_２を設定するためのセットスクリュ−４１が、ピストン４２に対して調整可能に螺着されている。すなわち、クラッチ油圧調整弁３４は、一次油圧ライン３３に圧油が充満すると、ばね４２ｂの抗力に抗して小ピストン４８を図の右方向に移動させて排出ポート２９を開口し、潤滑油ライン４０に圧油を排出するものである。なお、このクラッチ油圧調整弁３４から排出された圧油は、潤滑油ライン４０を通って、軸受け等の装置の各部へ潤滑油として供給される。したがって、この状態で嵌脱弁３１が開放される（励磁される）と、一次油圧ライン３３、作動油供給ライン３９およびピストン室４４には、ばね４２ｂの抗力に相当する中間油圧に調節された圧油が供給され、クラッチピストン４５の戻しばねの抗力に抗してクラッチ板を結合する方向に押し付ける。かくして、クラッチの結合力は、中間油圧Ｐ_２によることとなる。
【０００５】
この中間油圧Ｐ_２の状態で予定された一定時間（ｔ_１〜ｔ_２）が経過すると、背圧開閉弁３７が開放されて、背圧ライン３８に作動油供給ライン３９の圧油が流れ込み、固定オリフィス３５で流量が絞られた後、クラッチ油圧調整弁３４の背圧室４７に供給され、この背圧室４７の圧力が作動油供給ライン３９の圧力と等しくなる。すなわち、背圧室４７が作動油供給ライン３９の圧油で充満すると、ピストン４２の端部４２ｃは、段差４９に当接するまで図の左方向に移動し、ばね４２ｂを徐々に圧縮するので、このばね４２ｂの抗力が高まり、排出ポート２９の開口度合が小さくなって、入口油室４６の油圧が漸次上昇する。かくして、ポンプ出口ライン３２および作動油供給ライン３９は、定格油圧Ｐ_３まで圧力を上昇させる。なお、背圧開閉弁３７が閉じられると、背圧室４７の圧油はばね４２ｂの抗力により押し戻され、逆止弁３６を介して背圧ライン３８を通り、速やかに排出タンクＴに排出される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような制御回路を備えた油圧式クラッチは、定格回転速度でクラッチを結合させるので、結合時のショックが大きく、駆動源側機関の回転速度を低下させ、エンジンガバナや過給機が追随できなくなり、黒煙の排出を増加させるという欠点があった。
【０００７】
この原因を追求したところ、次のようなことが判明した。
１）クラッチ作動油のための油ポンプによって潤滑油をも供給しているため、クラッチ油圧調整弁３４の背圧ライン３８には、常に、“潤滑油圧力（装置の末端でも３Ｋｇ／ｃｍ^２程度が必要である）＋油圧回路の圧力損失分”の圧力が作用している。しかも、前記油ポンプは、駆動源側機関によって駆動される場合が殆どであり、油ポンプの吐出量は機関回転速度に比例して増加するため、定格回転速度、すなわちクラッチ結合時にはポンプ吐出量が最大になり、油圧回路の圧力損失は１．５〜２．０Ｋｇ／ｃｍ^２に達する。したがって、油圧式クラッチ４３のピストン室４４に供給される圧力は最低でもそれ以上に設定しなければならない。なお、中間油圧Ｐ_２は、クラッチサイズにより定まる許容発熱量と被動機械の慣性の大きさとの兼ね合いで決定される。すなわち、中間油圧Ｐ_２が保持されている間は、クラッチ板がスリップして発熱するので、クラッチ板のサイズと許容発熱量との関係を考慮した所定時間内に結合が完了するように設定しなければならず、したがって、中間油圧Ｐ_２は殆どの場合潤滑油圧力より高く設定されている。
【０００８】
２）クラッチ嵌脱弁３１の入口と油圧式クラッチ４３までの間には、クラッチ嵌脱弁３１や作動油供給ライン等における圧力損失があり、クラッチ嵌脱弁３１の入口では、その圧力損失分に見合う分だけ中間油圧Ｐ_２の設定圧力を高くしておく必要がある。
３）クラッチ油圧調整弁３４は、ピストン４２をセットスクリュー４１で押し込み、ばね４２ｂのばね力の調整で中間油圧Ｐ_２を設定するもので、その入口油室４６には、クラッチ嵌脱弁３１が切り替えられる前から圧油が充満しており、ばね４２ｂの抗力に応じた開口度合で排出ポート２９を開口しながら、一次油圧ライン３３の圧力を中間油圧Ｐ_２に保持しているので、油圧式クラッチ４３のピストン室４４に圧油が充満すると同時に、作動油供給ライン３９の油圧は、瞬間的に中間油圧Ｐ_２まで上昇し、ショック油圧として作用することとなる。
【０００９】
さらに、従来の油圧式クラッチの制御回路の具体的な作動油圧力の上昇過程を、図５について説明すると次の如くである。
１）クラッチ嵌脱弁３１がオンになると油圧式クラッチ４３のピストン室４４に圧油が 供給され、ｔ１秒経過するとピストン室４４が充満し、作動油供給ライン３９の圧力 は、クラッチピストンの戻し力相当の油圧Ｐ１（約１Ｋｇ／ｃｍ２）から中間油圧Ｐ ２（約６Ｋｇ／ｃｍ２に設定されている）まで、瞬間的に上昇する。
２）中間油圧Ｐ２が保持されているｔ２秒までの間に、被動機械は充分に加速されてこ の油圧式クラッチは完全に結合されるが、ｔ２秒経過後にはタイマーが作動し、背圧 開閉弁３７が開となり、クラッチ油圧調整弁３４の背圧室４７に圧油が供給され、作 動油供給ライン３９の圧力は定格圧力Ｐ３（約１６Ｋｇ／ｃｍ２）まで上昇して維持 される。
このようにして、クラッチの作動油圧が瞬間的にＰ１からＰ２まで上昇するため、油圧式クラッチが急激に結合されて駆動源側である機関や伝達装置の弾性継手などにショックトルクが掛かることになる。
【００１０】
この発明は、このような欠点を解消するためになされたもので、駆動源側機関や伝達装置を結合時のショックから防衛するために、結合までの時間を延ばすことなく、クラッチの結合指令時の圧力を中間油圧まで緩やかに上昇させる油圧式クラッチの制御回路を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明は、圧力調整弁で調整された油ポンプからの圧油をクラッチ嵌脱弁を介して油圧式クラッチに供給するとともに、前記圧力調整弁からの排出油を潤滑油として利用する油圧式クラッチの制御回路において、クラッチ嵌脱弁の出口側に設けられた、作動油圧を初期にはクラッチピストン戻し力相当の低圧に、中間油圧保持後には定格油圧に維持するクラッチ油圧調整弁と、このクラッチ油圧調整弁の背圧ラインに固定オリフィスを介して設けられた、蓄圧室とこの蓄圧室のドレン孔の位置を変更するための手段を備えたアキュムレータと、このアキュムレータの蓄圧室のドレン孔と連通するドレン流路を開閉する開閉弁とを設けたものである。
【００１２】
【発明の実施の態様】
以下、この発明の実施例である油圧式クラッチの制御回路を図１および図２に示された油圧式クラッチの制御回路について説明する。なお、従来の油圧式クラッチの制御回路と同様の部分については説明を省略する。
【００１３】
図１において、油圧式クラッチ５の圧油は、油ポンプ３０からクラッチ嵌脱弁３を介して供給される。クラッチ嵌脱弁３の入口から分岐した一次油圧ライン１には、作動油圧を維持するように、作動油圧に比して高圧（約１８Ｋｇ／ｃｍ^２）に設定された圧力調整弁２が設けられ、その圧力調整弁２から排出される圧油は装置の各部の潤滑に利用される。なお、図示されていないが、この潤滑油供給ラインには潤滑油圧力調整弁がさらに設けられる。
【００１４】
クラッチ嵌脱弁３を出た作動油供給ライン４には、その供給ライン４を分岐して、クラッチ作動油圧を初期には低圧に維持し、中間油圧の保持終了後には定格油圧に維持するためのクラッチ油圧調整弁８が設けられている。このクラッチ油圧調整弁８の入口油室９の初期圧は、クラッチピストン６の戻し力より少し高めの低圧（約１．５Ｋｇ／ｃｍ^２）に設定される。なお、このクラッチ油圧調整弁８から排出される圧油はドレンタンクに解放される。かくして、クラッチ嵌脱弁３が昇圧弁８の上流に設置されたので、作動油供給ライン４における圧力損失がクラッチ嵌脱弁における圧力損失の分だけ少なくなり、それだけ初期設定油圧を下げてもピストン室７の充満時間は延びない。さらに、タンクＴに排出されるドレンは、クラッチが結合されて定格油圧（約１６Ｋｇ／ｃｍ^２）まで上昇後は、圧力調整弁２との設定圧力差も小さく（この例では２Ｋｇ／ｃｍ^２）、したがって、ドレン量は少なく（この例では約２〜３ｌ／ｍｉｎ）、かつ、クラッチ脱時にはクラッチ嵌脱弁３が閉じられるので、クラッチ油圧調整弁８には圧油が供給されず、ドレンが無いため、従来の油ポンプと同一の吐出量で支障はない。
【００１５】
作動油供給ライン４は、さらに分岐されて背圧ライン１１が設けられ、固定オリフィス１２を介してクラッチ油圧調整弁８の背圧室１０に、作動油供給ライン４の圧油が供給される。
【００１６】
しかしながら、中間油圧Ｐ_２の設定と、中間油圧Ｐ_２までの緩やかな油圧上昇のために、背圧ライン１１には、ドレン開閉弁１５を有するアキュムレータ１４が設けられており、固定オリフィス１２を過ぎた圧油はその蓄圧室１７へ導かれるので、背圧室１０への圧油の供給は調整される。すなわち、アキュムレータ１４のばね１９は、クラッチピストン６の戻しばねより弾性力の強いものが使用されており、クラッチ嵌脱弁３がオン（開放）されると、クラッチ油圧調整弁８の入口油室９とクラッチのピストン室７に圧油が流れ、このピストン室７が充満してからばね１９の抗力に抗して背圧ライン１１から蓄圧室１７へ圧油が流れ込む。なお、この程度の圧力ではクラッチ油圧調整弁８のピストン１８が、ばね１８ｂの抗力に抗して移動することができないように設定されている。
【００１７】
アキュムレータ１４には、図２に示されるように、ドレン孔５４の位置を移動して中間油圧Ｐ_２の圧力設定を行う中間油圧設定機構が備えられ、ドレン開閉弁１５がドレン流路１６（図１参照）に設けられて、アキュムレータ１４のドレンポートを開閉できるように構成されている。
【００１８】
図２には、中間油圧の圧力設定のための中間油圧設定機構の具体的な構造を示すために、この発明の具体例であるアキュムレータ１４の断面が示されている。本体５２には、固定オリフィス１２を通過した圧油が流入する入口ポート５０と、蓄圧室１７の油を排出するドレンポート５１と、そして蓄圧室１７の一部を構成する外側ピストン５６のガイドとなる摺動孔６１が形成されている。摺動孔６１の中心部には、一方をステム孔６２に支持され、他方をカバー５８のガイド部６５に支持された中間油圧設定ステム５３が配置されている。
【００１９】
中間油圧設定ステム５３には、軸に対して直角方向にドレン孔５４が形成されていて、フクロナット６０を外し、ナット５９を緩め、ドライバーで中間油圧設定ステム５３を回すことによって、このステムを軸方向に移動させることができる。これによって、ドレン孔５４の軸方向位置が変化し、蓄圧室１７の容積が変化する。すなわち、外側ピストン５６と内側ピストン５７は、止め輪６２で軸方向で一体に固定されていて、蓄圧室１７に圧油が流入すると、ステム５３上をドレン孔５４が開く位置まで摺動し、蓄圧室１７とドレンポート５１とは連通するすることとなる。
【００２０】
クラッチが結合している時、ドレン開閉弁１５はオフの状態にあり、ドレンポート５１はタンクポートＴ’に連通しているため、アキュムレータ１４のピストンはドレン孔５４が開口するまで移動してその位置で保持され、ばね１９の抗力により中間油圧が一定に保たれる。また、固定オリフィス１２を通過して徐々に圧油が蓄圧室１７に流入するので、ピストン５６，５７はドレン孔が開く位置まで、ばね１９の抗力に抗して徐々に移動する。このため、クラッチの作動油圧は中間油圧Ｐ_２まで緩やかに上昇することになる。なお、ピストンは、外側ピストン５６と内側ピストン５７とに分割され、外側ピストン５６は、円周方向回動可能な構造になっているが、これはステム５３と摺動孔６１の芯違いを吸収するためである。
【００２１】
所定の時間が経過すると、ドレン開閉弁１５がオンとなり、ドレンポート５１が閉じられ、内側ピストン５７がストッパー部６４に当接するまで蓄圧室１７内に油が流入し、充満することとなる。
【００２２】
図３は、図１に示されたこの発明の実施例を示す油圧式クラッチの制御回路によって得られた、クラッチ作動油圧力の上昇過程を示す油圧特性図である。
１）クラッチ嵌脱弁３をオンすると、ピストン室７に圧油が供給され、ｔ_１秒経過するとピストン室７が充満し、クラッチ作動油圧はクラッチピストンの戻し力相当の油圧Ｐ_１（約１Ｋｇ／ｃｍ^２）になる。その後、アキュムレータ１４の蓄圧室１７に油が流入し、ドレン孔５４が開口するまでばね１９を押して油圧が上昇し、ｔ_２秒後に中間油圧Ｐ_２（この例では６Ｋｇ／ｃｍ^２に設定されている）まで緩やかに上昇する。
【００２３】
中間油圧Ｐ_２の状態がｔ_３秒まで保持されると、ドレン開閉弁１５が自動的にオンして、ドレンポートが閉じられ、蓄圧室１７に更に圧油が供給されるとともに、クラッチ油圧調整弁８の背圧室１０にも固定オリフィスを通過した圧油が供給されて、作動油圧力は定格油圧Ｐ_３（この例では１６Ｋｇ／ｃｍ^２に設定されている）まで上昇する。このように、クラッチ作動油圧力がＰ_１（約１Ｋｇ／ｃｍ^２）から中間油圧Ｐ_２まで緩やかにかつ滑らかに上昇するので、クラッチ結合時のショックは解消される。
【００２４】
上記実施例から明らかなように、クラッチ嵌脱弁がクラッチ油圧調整弁の上流に配置されているので、クラッチ油圧調整弁からピストン室までの圧力損失に、クラッチ嵌脱弁の圧力損失が含まれなくなり、クラッチ作動油供給ラインの圧力損失が少なくなったこと、および、クラッチ油圧調整弁のドレンが潤滑油として利用せず、タンクに解放されているので、クラッチ油圧調整弁の初期設定油圧を下げることが可能となり、低圧（クラッチピストン戻し力相当の油圧）からの昇圧が可能になった。
【００２５】
アキュムレータの蓄圧室のドレン孔の位置を変更するための手段を設けて、蓄圧室の容積を変更できるようにしたので、中間油圧を所定の調節範囲で任意に設定することができるとともに、低圧（クラッチピストン戻し力相当の油圧）から中間油圧に達するまでの間の作動油圧力を緩やかにかつ滑らかに上昇させることができる。
【００２６】
【発明の効果】
この発明によれば、圧力調整弁で調整された油ポンプからの圧油をクラッチ嵌脱弁を介して油圧式クラッチに供給するとともに、圧力調整弁からの排出油を潤滑油として利用する油圧式クラッチの制御回路において、クラッチ嵌脱弁の出口側に設けられた、作動油圧を初期には低圧に、中間油圧保持後には定格油圧に維持するクラッチ油圧調整弁と、このクラッチ油圧調整弁の背圧ラインに固定オリフィスを介して設けられた、蓄圧室とこの蓄圧室のドレン孔の位置を変更するための手段を備えたアキュムレータと、このアキュムレータの蓄圧室のドレン孔と連通するドレン流路を開閉する開閉弁とを設けたので、クラッチ油圧調整弁の初期設定油圧を下げて、クラッチピストン戻し力相当の低圧からの昇圧が可能であるとともに、アキュムレータの蓄圧室の容積を変更して中間油圧を所定の範囲で任意に設定することができ、低圧から中間油圧に達するまでの間の作動油圧力を緩やかにかつ滑らかに上昇させることができる。したがって、油圧式クラッチの結合時に、駆動源側の回転速度の吹き上がりを防止できるとともに、駆動源側や動力伝達経路にかかる負荷が緩やかになって、それらの装置の寿命を延ばすことができるとともに、エンジンガバナや過給機の追随も容易で、殆ど回転落ちすることがなく、黒煙の排出量も低減される、という効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例を示す油圧式クラッチの制御回路の説明図である。
【図２】図１の制御回路に使用されるアキュムレータの断面図である。
【図３】図１の制御回路を備えた油圧式クラッチの作動油圧力の油圧特性図である。
【図４】従来の油圧式クラッチの制御回路の説明図である。
【図５】図５の制御回路を備えた油圧式クラッチの作動油圧力の油圧特性図である。
【符号の説明】
２ 圧力調整弁
３，３１ クラッチ嵌脱弁
４，３９ 作動油供給ライン
５，４３ 油圧式クラッチ
６，４５ クラッチピストン
７，４４ ピストン室
８，３４ クラッチ油圧調整弁
１１，３８ 背圧ライン
１２，３５ 固定オリフィス
１４ アキュムレータ
１５ ドレン開閉弁
１７ 蓄圧室
１９ ばね
３７ 背圧開閉弁
５３ 調整ステム（ドレン孔の位置を変更する手段）
５４ ドレン孔
５６ 外側ピストン
５７ 内側ピストン
６４ ストッパー部

Claims (1)

1. 圧力調整弁で調整された油ポンプからの圧油をクラッチ嵌脱弁を介して油圧式クラッチに供給するとともに、前記圧力調整弁からの排出油を潤滑油として利用する油圧式クラッチの制御回路において、前記クラッチ嵌脱弁の出口側に設けられた、作動油圧を初期にはクラッチピストン戻し力相当の低圧に、中間油圧保持後には定格油圧に維持するクラッチ油圧調整弁と、このクラッチ油圧調整弁の背圧ラインに固定オリフィスを介して設けられた、蓄圧室とこの蓄圧室のドレン孔の位置を変更するための手段を備えたアキュムレータと、このアキュムレータの蓄圧室のドレン孔と連通するドレン流路を開閉する開閉弁とを設けたことを特徴とする油圧式クラッチの制御回路。

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