JP3909356B2 - 負荷検出形出力調整 - Google Patents

Description

本発明は、請求の範囲第１項の前提部分に記載された、モータ駆動形の、作動ラインに流体を供給する少なくとも１つの可変容量形ポンプ（variable displacement pump）の出力を調整する装置、および、請求の範囲第６項の前提部分に記載された、モータ駆動形の、作動ラインに流体を供給する可変容量形（容積形）ポンプの出力を調整する方法に関する。
第２図には、ドイツ国特許第44 05 234号（本願請求の範囲の前提部に記載の発明は該ドイツ国特許の発明に基づいている）に開示された出力調整装置が示されている。第２図に示す例えば斜板（swash plate）構造のアキシャルピストンポンプのような可変容量形ポンプ１、２は、それぞれの作動ライン３を介して、例えばエキスカベータ（excavator）の走行駆動装置およびエキスカベータ駆動モータ等のそれぞれの消費装置（図示せず）に連結され、かつそれぞれの吸込みライン４を介して、タンク５に連結されている。２つの可変容量形ポンプ１、２は、例えば内燃機関のような共通駆動モータ６により駆動され、同じ回転速度で回転する。ポンプ１、２の押しのけ容積を変えることができるようにするため、それぞれの設定装置が設けられており、各設定装置は２つの単動形ハイドロリック（hydraulic）（または油圧式）設定シリンダ７、８を有している。
各設定シリンダ７、８内には設定ピストン９が変位可能に配置されており、該設定ピストン９は、ピストンロッド１０を介して、それぞれの可変容量形ポンプ１、２の設定部材１１、１２に連結されている。各設定ピストン９は、それぞれの設定シリンダ７、８において、ピストンロッド１０とは反対側の、大きい方のピストン面および圧力チャンバ１３に境を接している。設定シリンダ７の圧力チャンバ１３は、それぞれの設定圧力ライン１４を介して、それぞれの可変容量形ポンプ１、２に関連する作動ライン３に連結されている。これらの作動ライン３は、それぞれの圧力ライン１５を介して設定シリンダ８の圧力チャンバ１３に通じている。圧力チャンバ１３内にはそれぞれの圧縮ばね１６が配置されており、該圧縮ばね１６は、可変容量形ポンプ１、２の斜板に作用しており、それぞれの作動ライン３からそれぞれの圧力ライン１５を介して取り出される作動圧力により適当に補助されると、ピストン９、ピストンロッド１０および設定部材１２を介して、可変容量形ポンプを最大押しのけ容積の方向に押圧する。設定シリンダ７のピストンロッド１０とは反対側の設定ピストン９のピストン面は、設定シリンダ８内に配置された設定ピストン９のピストン面より大きいため、可変容量形ポンプ１、２の作動中に、設定圧力ライン１４を介して設定シリンダ７の圧力チャンバ１３内に設定圧力として発生する作動圧力は、それぞれの可変容量形ポンプ１、２の斜板を、ピストン９およびピストンロッド１０を介して最小押しのけ容積の方向に調節する。設定シリンダ７の圧力チャンバ１３のそれぞれの調節ストッパ１７は、可変容量形ポンプ１、２の最大押しのけ容積を異なる値に制限すべく機能する。
設定圧力ライン１４にはそれぞれの調整弁１８が配置されており、該調整弁１８は、これらのライン１４を、それぞれの作動ライン３に通じるそれぞれの設定圧力ラインセクション１９と、それぞれの設定シリンダ７に通じるそれぞれの設定圧力ラインセクション２０とに分割する。各調整弁１８は、連続的に調節可能な３／２ポート方向制御弁として構成され、かつ設定圧力ラインセクション１９、２０への２つの作動連結部と、タンク５（該タンクには、それぞれの可変容量形ポンプ１、２の漏洩オイルライン２２が開口している）に通じる逃がしライン２１への１つの作動連結部とを有している。第１図に示す初期位置では、設定圧力ラインセクション１９への作動連結部が閉塞されており、一方、他の作動連結部は開放している。各設定圧力ラインセクション１９から、制御圧力ライン２３が、関連調整弁１８の制御連結部に通じており、かつ、設定圧力ラインセクション２０および逃がしライン２１への作動連結部が開放されかつ残余の作動連結部が閉塞される一端位置の方向への弁１８の調節を可能にしている。
２つの可変容量形ポンプ１、２の総合出力調整を行なう装置は、２つの電気制御要素２４と、２つの測定値インジケータ２５と、電子制御ユニット２６と、これらに関連する所望値設定装置２７とからなる。
電気制御要素２４はそれぞれ、力調整形比例磁石（force-regulated proportional magnets）として構成され、かつ制御圧力に対して作用する対抗圧力を発生させる目的で制御弁１８の１つと関連している。電気制御要素２４は、それぞれの制御信号ライン２８を介して電子制御ユニット２６に接続されている。
測定値インジケータ２５はホール角センサとして構成されており、該センサは、可変容量形ポンプ１、２のそれぞれの設定押しのけ容積を検出する目的で、それぞれの設定シリンダ７のピストンロッド１０と関連しておりかつそれぞれの信号ライン２９を介して電子制御ユニット２６に接続されている。
電子制御ユニット２６はマイクロコンピュータとして構成されており、該マイクロコンピュータのメモリ部分には、第４図に示す特性ラインＫＬ_gが記憶されている。この特性ラインは、可変容量形ポンプの押しのけ容積Ｖと作動圧力ｐとの関係を表すが、事実は一般にトルクまたは出力調整についてのものであるため、以下の記載ではトルク特性ラインと呼ぶことにする。本発明の例示実施例では、２つの可変容量形ポンプ１、２、従ってこれらのトルク特性ラインは同一であり、従ってこれらの特性ラインのうちの一方の特性ラインのみがマイクロコンピュータ２６のメモリ部分に記憶される。
トルク特性ラインＫＬ_gの下の面積ｐ×Ｖは、各押しのけ容積Ｖまたは各作動圧力ｐに対して一定であり、この例示実施例では駆動モータ６の全駆動モーメントに等しい。トルク特性ラインＫＬ_g上の点Ｐは、いわゆる出発範囲（ＫＬ_gの垂直セクション）から調整範囲（ＫＬ_gの双曲線セクション）への移行部を示し、その座標値は、全駆動モーメントを伝達する（または伝達しようとする）可変容量形ポンプ１または２に関連する制御弁１８での対抗圧力の所望値に対応する。かくして、点Ｐの座標値は、この可変容量形ポンプにより伝達される最大トルク（すなわち、この場合には、駆動モータ６の全駆動モーメント）にも対応する。各場合において他方の可変容量形ポンプと関連する調整弁での対抗圧力の所望値は、この他方の可変容量形ポンプに連結された消費ユニットの駆動により駆動モータ６が過負荷されることを防止するため、ゼロに設定される。
これらの２つの対抗圧力の合計所望値、従って２つの可変容量形ポンプ１、２のトルクの総和（この総和は、駆動モータ６の全駆動モーメント以下であってもよい）は、同様にマイクロコンピュータ２６のメモリ部分に記憶され、かつ所望値設定装置により任意レベルの所望値に分割される。
このシステム、特に、消費ユニットの圧力差を方向制御弁を介して一定にするように調整するいわゆる負荷検出システムでは、調整システムが規則的振動を非常に受け易いという問題がある。これらのシステム決定形振動（system-determined oscillation）は、慣用的なハイドロリックまたは油圧式調整システムでは減衰させることが困難である。
従って本発明の目的は、特に、いわゆる負荷検出調整システムでの可変容量形ポンプを備えた調整回路の振動を簡単な方法で低減させることにある。
上記目的は、請求の範囲第１項または第６項に記載の特徴により達成される。
かくして本発明によれば、請求の範囲第１項の前提部分に記載の装置であって、圧力制限弁が更に設けられており、該圧力制限弁により、調整弁内の最大対抗圧力が設定される構成の装置が提供される。電子制御ユニットは、検出した設定信号に基づいて圧力制限弁を制御する。
電子制御ユニットは、一定ポンプ出力時の特性ライン（作動圧力ｐと流量Ｑとの関係）、および調整弁に作用する関連対抗圧力を計算でき、所望のポンプ出力に対応する特性ラインを選択できる。
好ましくは、可変容量形ポンプを駆動するモータの回転速度を検出する回転速度センサが設けられ、所定の回転速度限度が達成されないときは、前に選択した特性ラインより小さいポンプ出力に対応する特性ラインを選択する。
圧力制限弁は設定ねじを備え、電子制御ユニットが故障した場合に、該設定ねじにのみよって決定される最大許容対抗圧力を調整弁内に発生するように構成される。
電子制御ユニットの調整パラメータの適宜変更は、油圧オイルの温度を検出する装置により行なうことができる。
本発明の他の態様によれば、請求の範囲第６項の前提部分に記載の方法が提供される。本発明の方法により、設定信号に基づいて、電子制御ユニットにより制御信号が発生され、該制御信号は圧力制限弁に供給される。圧力制限弁により、調整弁内の最大対抗圧力が設定される。
電子制御ユニットでは、一定ポンプ出力時の特性ライン、すなわち、作動圧力ｐと送り出し流量Ｑとの関係、および調整弁に作用する関連対抗圧力が計算され、次に、所望のポンプ出力に対応する特性ラインが選択される。
回転速度センサが、可変容量形ポンプを駆動するモータの回転速度を検出し、所定の回転速度限度が達成されないときは、前に選択した特性ラインより小さいポンプ出力に対応する特性ラインが選択される。
回転速度センサが故障した場合には、より小さなポンプ出力に対応する特性ラインが自動的に選択される。
調整弁内の最大対抗圧力は、調整弁の方向制御作用中の対抗圧力の一時的変化が所定の変化速度を超えないように選択される。
電子制御ユニットが故障した場合に、圧力制限弁の設定ねじにのみよって決定される最大許容対抗圧力が調整弁内に発生される。
調整弁内の最大対抗圧力は、可変容量形ポンプの出力の一時的変化が所定の変化速度を超えないように選択される。
油圧オイルの温度が検出され、これに対応して、電子制御ユニットの調整パラメータが適宜変えられる。
設定装置の設定は、設定信号に基づいて、所定の時間長さに亘って記録され、該記録に基づいて前記調整パラメータが変えられる。
本発明は、添付図面を参照して述べる例示実施例についての以下の説明から一層良く理解されよう。
第１図は、本発明による装置の一例示実施例すなわち本発明による方法を実施する装置を示す図面である。
第２図は、可変容量形ポンプの既知の出力調整システムを示す図面である。
第３図は、圧力制限弁の特性ラインを示すグラフである。
第４図および第５図は、電子制御ユニットに記憶される特性フィールドすなわち特性ラインを示すグラフである。
第１図には、本発明の一例示実施例が示されている。第２図に関連して既に説明した構成部品については、第２図に使用した参照番号と同じ参照番号が使用されている。第１図は可変容量形ポンプ１を駆動するモータ６を示している。もちろん、本発明は、第２図に関連して説明したような、複数の可変容量形ポンプが１つのモータにより駆動される構成のハイドロリック（または油圧式）システムにも適用できる。従って第１図に示したシステムは、任意の組合せが可能なユニバーサルユニットを表す。
第１図に示す例示実施例では、ポンプ調整弁１８は、いわゆる負荷検出システムに配置される。これにより、調整弁１８は、ハイドロリック（または油圧式）装置の効率を高めるため、消費ユニット３の上流側の方向制御弁４６の前後の圧力差を一定に維持する機能を有する。複数の消費ユニットの場合には、最大負荷圧力が考慮されかつ可変容量形ポンプ１の圧力がこれに適用される。負荷検出調整機能は次のように発揮される。すなわち、ライン４５内の消費ユニット圧力が増大すると、これにより、調整弁１８の主ピストンが左方に変位される。かくして、ライン２１とライン２０との連結が確立され、これにより設定装置７の設定圧力が減少され、可変容量形ポンプ１の斜板揺動角が増大（swinging out）される。かくして、消費ユニット圧力が増大すると、消費ユニットの方向制御弁４６の上流側のシステム圧力も増大する。
逆に、ライン４５内の消費ユニット圧力が低下すると、調整弁１８の主ピストンが右方に変位される。かくして、ライン１９とライン２０とが連結され、これにより可変容量形ポンプ１の斜板揺動角が減少（swung in）され、消費ユニット3の方向制御弁４６の上流側のシステム圧力が低下する。かくして、方向制御弁４６の前後の圧力降下が一定に維持される。
本発明によれば、更に、揺動角デテクタ２５が設けられている。該揺動角デテクタ２５は、可変容量形ポンプ１の揺動角を検出して、揺動角に比例する信号を電子制御ユニット４０に供給する。電子制御ユニット４０は、可変容量形ポンプの特性フィールドすなわち複数の特性ライン（第４図）、すなわち、一定ポンプ出力の作動圧力ｐと流量Ｑとの関係、および調整弁１８に作用する関連対抗圧力を計算し、そして適宜それを記憶する。この特性フィールドは、第４図に示すように、任意に変位させることができる。すなわち、所望のポンプ出力に対応する特性ラインは、電子制御ユニットにより選択される。第４図に示すように、特定の特性ラインの選択は、調整弁１８の最大許容対抗圧力の変化により行なわれる。電子制御ユニット４０は、制御信号を圧力制限弁４２に送る。調整弁１８の制御チャンバ内の圧力が、圧力制限弁４２により予め選択された最大圧力を超えると、圧力制限弁４２内のコーンが開き、オイルがライン４５からタンク５に放出される。かくして、調整弁１８の制御チャンバ内の圧力が制限される。かくして、調整弁１８の主ピストンが右方へ変位され、ライン２３とライン２０とが連結され、可変容量形ポンプ１が戻り揺動し、消費ユニット３の方向制御弁４６の入力に所望の最大システム圧力が確立される。かくして、負荷検出調整に、電気的に制御可能な圧力遮断が重畳されるポンプ制御が行なわれ、これにより、電子制御ユニット４０により次のような種々の機能が実現される。
・特性ラインを選択することにより、可変容量形ポンプ１の出力を変化できる。
・圧力制限弁４２により遮断される圧力を変化できる。従って、例えば、250バールで作動しかつ２８０バールで走行することができる。
・可変容量形ポンプ１を駆動するモータ６の回転速度を検出するセンサ４３が設けられておりかつこの回転速度信号が電子制御ユニット４０に供給されるため、圧力制限弁４２は、モータ６が過負荷の場合には、設定ポンプ１の出力を低下させ、従って駆動モータ６をより好ましい回転速度範囲にするように、電子制御ユニット４０により制御される。
・回転速度センサ４６が故障した場合には、ポンプ１の出力が低下するように自動的に制御される。
・方向制御弁４６の上流側のシステム圧力の増大速度を、所定値に制限できる。
・電子制御ユニット４０が明らかに故障した場合には、可変容量形ポンプは、圧力制限弁４２の設定ねじ４７の設定によってのみ決定される最大圧力に自動的に移行する。
・揺動角センサ２５からの設定信号は、予め選択できる時間長さに亘って、例えば、電子制御ユニット４０のメモリ４１に記憶される。従って、調整システムの振動が記録から明らかな場合には、電子制御ユニット４０の調整パラメータを適宜変えることができる。
・上記とは別に、または上記に加え、例えばタンク５内の油圧オイルの温度は温度センサ４４により検出でき、タンク５内の油圧オイルの温度が許容できない温度に上昇した場合には、対応して、電子制御ユニット４０の調整パラメータを適宜変えることができる。
第１図には、１つのモータ６が１つのポンプ１のみを駆動するユニットが示されている。しかしながら、参照番号によっても示されるように、本発明による原理は、例えばドイツ国特許第44 05 234号に記載された総合出力調整の場合のように、１つのモータにより制御される複数の可変容量形ポンプを備えたシステムにも容易に適用できる。

Claims (13)

1. 最大押しのけ容積の方向にバイアスがかけられておりかつ設定圧力（２０）の作用を受ける設定装置（７）によってポンプの押しのけ容積を調節することにより、モータ駆動形の、作動ラインに流体を供給する少なくとも１つの可変容量形ポンプ（１）の出力を調整する装置であって、前記設定装置（７）に関連する調整弁（１８）を有し、該調整弁（１８）は、作動ライン内の作動圧力に対応する対抗圧力の作用を受けて、制御圧力が対抗圧力より大きくなると応答し、そして設定装置（７）に作用する設定圧力を、可変容量形ポンプ（１）の押しのけ容積が減少する方向に調整し、作動圧力と出力との積が所定値に対応するようにし、設定装置（７）の設定を検出する装置（２５）を更に有し、該検出装置（２５）が、検出された設定に比例する設定信号を電子制御ユニット（４０）に供給するような出力調整装置において、
   圧力制限弁（４２）が設けられており、
   該圧力制限弁（４２）が、前記電子制御ユニット（４０）により、検出した設定信号に基づいて制御され、
   該圧力制限弁により、調整弁（１８）内の最大対抗圧力が設定され、
   前記調整弁（１８）内の最大対抗圧力は、可変容量形ポンプ（１）の出力の一時的変化が所定の変化速度を超えないように選択されることを特徴とする可変容量形ポンプの出力調整装置。
2. 前記電子制御ユニット（４０）は、特性ラインすなわち、一定ポンプ出力時の作動圧力ｐと流量Ｑとの関係、および調整弁（１８）に作用する関連対抗圧力を計算でき、所望のポンプ出力に対応する特性ラインを選択できることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。
3. 前記可変容量形ポンプ（１）を駆動するモータの回転速度を検出する回転速度センサが設けられており、所定の回転速度限度が達成されないときは、前に選択した特性ラインより小さいポンプ出力に対応する特性ラインを選択できることを特徴とする請求の範囲第２項に記載の装置。
4. 前記圧力制限弁は設定ねじを備え、電子制御ユニット（４０）が故障した場合に、該設定ねじにのみよって決定される最大許容対抗圧力を調整弁（１８）内に発生するように構成されることを特徴とする請求の範囲第１項〜第３項のいずれかに記載の装置。
5. 調整パラメータを適宜変えることができるようにするため、油圧オイルの温度を検出する装置が設けられていることを特徴とする請求の範囲第１項〜第４項のいずれかに記載の装置。
6. 最大押しのけ容積の方向にバイアスがかけられておりかつ設定圧力（２０）の作用を受ける設定装置（７）によってポンプの押しのけ容積を調節することにより、モータ駆動形の、作動ラインに流体を供給する可変容量形ポンプ（１）の出力を調整する方法であって、前記設定装置（７）に関連する調整弁（１８）を有し、該調整弁（１８）は、作動ライン内の作動圧力に対応する対抗圧力の作用を受けて、制御圧力が対抗圧力より大きくなると応答し、そして設定装置（７）に作用する設定圧力を、可変容量形ポンプ（１）の押しのけ容積が減少する方向に調整し、作動圧力と出力との積が所定値に対応するようにし、設定装置（７）の設定が検出されかつ検出された設定に比例する設定信号が電子制御ユニット（４０）に供給される出力調整方法において、
   前記設定信号に基づいて、電子制御ユニット（４０）により制御信号が発生され、
   該制御信号が圧力制限弁（４２）に供給され、
   該圧力制限弁（４２）により、調整弁（１８）内の最大対抗圧力が設定され、
   かつ該調整弁（１８）内の最大対抗圧力は、可変容量形ポンプ（１）の出力の一時的変化が所定の変化速度を超えないように選択されることを特徴とする可変容量形ポンプの出力調整方法。
7. 前記電子制御ユニット（４０）は、特性ライン、すなわち、一定ポンプ出力時の作動圧力ｐと流量Ｑとの関係、および調整弁（１８）に作用する関連対抗圧力を計算し、所望のポンプ出力に対応する特性ラインを選択することを特徴とする請求の範囲第６項に記載の方法。
8. 回転速度センサが、前記可変容量形ポンプを駆動するモータの回転速度を検出し、所定の回転速度限度を超えると、前に選択した特性ラインより小さい出力に対応する特性ラインが選択されることを特徴とする請求の範囲第７項に記載の方法。
9. 前記回転速度センサが故障した場合には、より小さなポンプ出力に対応する特性ラインが自動的に選択されることを特徴とする請求の範囲第８項に記載の方法。
10. 前記調整弁（１８）内の最大対抗圧力は、調整弁（１８）の調整作用中の対抗圧力の一時的変化が所定の変化速度を超えないように選択されることを特徴とする請求の範囲第６項〜第９項のいずれかに記載の方法。
11. 前記圧力制限弁は設定ねじを備え、前記電子制御ユニット（４０）が故障した場合には、該設定ねじにのみよって決定される最大許容対抗圧力を調整弁（１８）内に発生するように構成されることを特徴とする請求の範囲第６項〜第１０項のいずれかに記載の方法。
12. タンク内の油圧オイルの温度が検出され、電子制御ユニット（４０）の調整パラメータが適宜変えられることを特徴とする請求の範囲第６項〜第１１項のいずれかに記載の方法。
13. 前記設定装置（７）の設定は、設定信号により、所定の時間長さに亘って記録され、該記録に基づいて前記調整パラメータが変えられることを特徴とする請求の範囲第６項〜第１２項のいずれかに記載の方法。

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