JP6075866B2 - ポンプ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ポンプの吐出容量を制御するポンプ制御装置に関するものである。

従来より、例えば油圧ショベル等の作業機に搭載される油圧機器の駆動圧源には、エンジンによって回転駆動される斜板式多連ピストンポンプが使用される。このピストンポンプは、２組の吸入口と吐出口を備え、各吐出口から作動油が吐出される。

特許文献１には、斜板式多連ピストンポンプの吐出容量を制御するポンプ制御装置が開示されている。このポンプ制御装置は、ピストンポンプの仕事率を一定化するように斜板の傾転角を制御するレギュレータを備え、このレギュレータに導かれる元圧として、各吐出口から導かれる吐出圧を平均した平均吐出圧が用いられる。

特許文献２には、エンジンによって駆動されるピストンポンプにおいて、エアコンディショナ等の機器が動作する場合に導かれる信号圧に応じてポンプの吐出容量を制御するレギュレータが開示されている。

特開２００８−２９１７３２号公報 特開２００８−２４０５１８号公報

しかしながら、このような従来のポンプ制御装置にあっては、信号圧の数が増えるのに伴って、レギュレータを構成するスプールの大型化を招いたり、レギュレータの構造が複雑化するという問題点があった。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、信号圧の数が増えても、簡便な構造のレギュレータを使用してポンプの吐出容量を制御するポンプ制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、複数の吐出口から作動流体を吐出するポンプの吐出容量を制御するポンプ制御装置であって、ポンプの吐出容量を変えるアクチュエータと、アクチュエータに導かれる制御圧を調節するレギュレータと、を備え、レギュレータは、複数の吐出口から吐出される作動流体の吐出圧を平均した平均吐出圧が導かれる駆動圧ポートと、複数の吐出口から吐出される作動流体のうち最も高い高圧側吐出圧が導かれる元圧ポートと、信号圧が導かれる信号圧ポートと、平均吐出圧及び信号圧を受けて移動することにより高圧側吐出圧を元圧として制御圧を調節するスプールと、を備え、スプールの内部に平均吐出圧を受ける駆動圧受面が形成され、スプールの外周段部に信号圧を受ける信号圧受面が形成され、レギュレータは、スプールの内部に形成され駆動圧ポートに連通する駆動圧ポート連通孔と、スプールの内部に形成され駆動圧ポート連通孔に接続される軸孔と、軸孔に摺動自在に挿入されるピンと、をさらに備え、駆動圧ポート連通孔の内壁面においてピンに対向する部位が駆動圧受面を構成し、駆動圧受面は、ピンの先端部を収容する凹部として形成されることを特徴とする。

本発明では、レギュレータのスプールは、ポンプの複数の吐出口から吐出される作動流体の吐出圧を平均した平均吐出圧をスプールの内部に形成された駆動圧受面に受けて移動し、複数の吐出口から吐出される作動流体の吐出圧のうち最も高い吐出圧を元圧としてアクチュエータに導かれる制御圧を調節する。さらに、スプールは、信号圧を外周段部の信号圧受面に受けて移動することによっても制御圧を調節する。これにより、ポンプ制御装置は、信号圧の数が増えても、スプールが大型化することを抑えられるとともに、簡便な構造のレギュレータを使用してポンプの吐出容量を制御することができる。

本発明の実施形態に係るポンプ制御装置の油圧回路図である。 本発明の実施形態に係るレギュレータの断面図である。 本発明の実施形態に係るポンプ制御装置の信号圧と吐出容量の関係を示す特性図である。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。

図１に示すポンプ制御装置１は、油圧ショベルに搭載される油圧機器の駆動圧源に設けられ、可変容量ポンプ１１の吐出容量（ポンプ押しのけ容積）を制御するものである。

可変容量ポンプ１１（以下、単に「ポンプ１１」と称する。）は、例えば斜板式多連ピストンポンプが用いられる。このポンプ１１は、１個の吸入口と２個の吐出口を備える。

ポンプ１１は、エンジン１０によって駆動され、タンク（図示省略）に接続するタンクポート３０から吸込通路２０を通じて吸入口から作動油を吸込み、斜板１５に追従して往復動するピストン（図示省略）によって加圧され、各吐出口から吐出される。

上記の各吐出口から吐出される作動油は、それぞれ第一吐出通路２１及び第二吐出通路２２、各ポンプポート３１、３２、及びコントロールバルブ（図示省略）を通じて油圧ショベルのブーム、アーム、バケットをそれぞれ駆動する各油圧シリンダ、及び左右の走行モータ等に分配される。

一方の吐出口から吐出される圧力Ｐ１の作動油は、第一吐出通路２１を通じて左の走行モータに供給される。他方の吐出口から吐出される圧力Ｐ２の作動油は、第二吐出通路２２を通じて右の走行モータに供給される。コントロールバルブが左右の走行モータに供給される作動油の流量を調整することにより、車両の停止、直進走行、旋回走行が行われる。

ポンプ制御装置１には、ポンプ１１と並んで第一定容量ポンプ１２及び第二定容量ポンプ１３が設けられる。この第一定容量ポンプ１２及び第二定容量ポンプ１３は、ポンプ１１と共通の駆動源であるエンジン１０によって駆動される。第一定容量ポンプ１２及び第二定容量ポンプ１３は、例えばギアポンプが用いられ、吐出容量を一定とする。

第一定容量ポンプ１２は、吸込通路２０から分岐した吸込通路２５を通じて作動油を吸込み、加圧した作動油を第三吐出通路２３を通じてポンプポート３９へと送る。この作動油は、ポンプポート３９に接続するコントロールバルブ（図示省略）によって油圧ショベルのキャブ（運転席）を旋回させる旋回モータ等に供給される。

第二定容量ポンプ１３は、吸込通路２５から分岐した吸込通路２６を通じて作動油を吸込み、加圧した作動油を信号圧通路２４を通じて信号圧ポート３４へと送る。この作動油は、信号圧ポート３４に接続する信号圧通路（図示省略）を通じてコントロールバルブを切り換える油圧駆動部等に供給される。

ポンプ１１、第一定容量ポンプ１２、及び第二定容量ポンプ１３に給排される作動流体には、作動油（オイル）を用いるが、作動油の他に例えば水溶性代替液等の作動流体を用いてもよい。

次に、ポンプ１１の吐出容量を制御する構成について説明する。

斜板式ピストンタイプのポンプ１１は、エンジン１０によって回転駆動されるシリンダブロック（図示省略）と、このシリンダブロックのシリンダ内を往復動して吸い込んだ作動油を吐出するピストンと、このピストンが追従する斜板１５と、この斜板１５の傾転角度を大きくする方向に付勢する馬力制御スプリング４８、４９と、この馬力制御スプリング４８、４９のバネ力と同じ方向に斜板１５を駆動する小径アクチュエータ４７と、馬力制御スプリング４８、４９のバネ力及び小径アクチュエータ４７の駆動力に抗して斜板１５を駆動する大径アクチュエータ１６（以下、単に「アクチュエータ１６」と称する。）と、を備える。多連式のポンプ１１は、１個の吸入口と２個の吐出口（図示省略）を備え、シリンダブロックに第一吐出通路２１に連通するシリンダと、第二吐出通路２２に連通するシリンダと、を備える。

ポンプ１１は、アクチュエータ１６の作動によって斜板１５の傾転角度が変えられると、ピストンが斜板１５に追従して往復動するストロークが変わることによって吐出容量が変えられる。

アクチュエータ１６は、これに導かれる制御圧Ｐｃｇが高まるのに応じて斜板１５の傾転角度を小さくし、ポンプ１１の吐出容量を減少させるようになっている。

ポンプ制御装置１には、アクチュエータ１６に導かれる制御圧Ｐｃｇを調整するロードセンシングレギュレータ６０（以下、単に「ＬＳレギュレータ６０」と称する。）と、このＬＳレギュレータ６０に導かれる作動油圧（制御圧）Ｐｃを調整する馬力制御レギュレータ４０（以下、単に「レギュレータ４０」と称する。）と、が設けられる。

第二制御圧通路５６には、絞り５７が介装され、アクチュエータ１６に導かれる制御圧Ｐｃｇの圧力変動が緩和されるようになっている。第二制御圧通路５６に生じる制御圧Ｐｃｇは、制御圧ポート３５から取り出され、圧力センサ（図示省略）によって検知される。

レギュレータ４０は、３ポート２位置切換弁であって、ポジションａ、ｂの間で移動するスプール７０（図２参照）を備える。スプール７０には馬力制御スプリング４８、４９のバネ力が付与されるとともに、このバネ力に対抗する信号圧（駆動圧）として各吐出口に吐出される作動流体の吐出圧Ｐ１、Ｐ２を平均した平均吐出圧Ｐaveが吐出圧信号通路６３を通じて導かれる。スプール７０は、平均吐出圧Ｐaveと馬力制御スプリング４８、４９のバネ力とが釣り合う位置に移動してポジションａ、ｂの開度を調整する。

吐出圧信号通路６３は、第一吐出通路２１、第二吐出通路２２からそれぞれ分岐する第一吐出圧信号通路６１、第二吐出圧信号通路６２を備え、この第一吐出圧信号通路６１、第二吐出圧信号通路６２に絞り６４、６５が介装される。吐出圧信号通路６３には、第一吐出通路２１に生じる吐出圧Ｐ１が絞り６４を介して導かれるとともに、第二吐出通路２２に生じる吐出圧Ｐ２が絞り６５を介して導かれることにより、吐出圧Ｐ１、Ｐ２を平均した平均吐出圧Ｐaveが生じる。平均吐出圧Ｐaveは平均吐出圧ポート３２からも取り出されるようになっている。

馬力制御スプリング４８、４９は、一端がスプール７０に連結され、他端が斜板１５に連係する。馬力制御スプリング４９のバネ長が馬力制御スプリング４８のバネ長より短く形成され、馬力制御スプリング４８、４９のバネ力が斜板１５の傾転角及びスプール７０のストロークに応じて段階的に高まるようになっている。

レギュレータ４０は、元圧通路５３から第一制御圧通路５５へ導かれる元圧と、第一制御圧通路５５から低圧通路５９へ排出することによってＬＳレギュレータ６０に導かれる作動油圧（制御圧）Ｐｃを調整する。

元圧通路５３には、第一吐出通路２１、第二吐出通路２２からそれぞれ分岐する第一元圧通路５１、第二元圧通路５２と、この第一元圧通路５１、第二元圧通路５２のうち作動油圧Ｐ１、Ｐ２の高い方を選択的に開通させる高圧選択弁５０と、を備える。

これにより、第一吐出通路２１から第一元圧通路５１に導かれる作動油圧Ｐ１と、第二吐出通路２２から第二元圧通路５２に導かれる作動油圧Ｐ２のうち高い方が高圧選択弁５０によって取り出され、元圧通路５３を通じてレギュレータ４０及び小径アクチュエータ４７に導かれる。

レギュレータ４０は、平均吐出圧Ｐaveに基づく信号圧と馬力制御スプリング４８、４９のバネ力が釣り合うように作動油圧Ｐｃを調整する。

レギュレータ４０には第三吐出通路２３から分岐する信号圧通路２９が接続され、信号圧通路２９によってスプール７０に導かれる第一定容量ポンプ１２の吐出圧（第二信号圧）Ｐ３がバネ力に対抗する方向に作用する。第二信号圧Ｐ３は第二信号圧ポート３９からも取り出されるようになっている。

これにより、旋回モータを駆動する第一定容量ポンプ１２の負荷が高まると、吐出圧Ｐ３が上昇するのに伴って、レギュレータ４０のスプール７０がポジションａに切り換わる方向に移動して作動油圧Ｐｃを高められる。

さらに、レギュレータ４０には外部信号圧通路２８が接続され、この外部信号圧通路２８によって導かれる馬力制御信号圧Ｐｉがスプール７０にバネ力と同一方向に作用する。これにより、馬力制御信号圧Ｐｉが上昇すると、レギュレータ４０のスプール７０がポジションｂに切り換わる方向に移動して作動油圧Ｐｃを低くする。

ＬＳレギュレータ６０は、３ポート２位置切換弁であって、ポジションｃ、ｄの間で移動するスプール（図示省略）を備える。スプールの一端にはコントロールバルブの上流側に生じる信号圧Ｐｐｓが信号ポート３６から信号通路４３を通じて導かれる。スプールの他端にはコントロールバルブの下流側に生じる信号圧Ｐｌｓが信号圧ポート３７から信号通路４４を通じて導かれる。さらに、スプールの他端にはＬＳスプリング１４のバネ力が与えられる。スプールは、コントロールバルブの前後に生じるＬＳ差圧（Ｐｐｓ−Ｐｌｓ）と他端に作用するＬＳスプリング１４のバネ力とが釣り合う位置に移動してポジションｃ、ｄに切り換わる。

例えばブーム、アーム、バケットを駆動する各油圧シリンダ等の負荷が大きい場合には、コントロールバルブの下流側（負荷側）から信号圧ポート３７に導かれる信号圧（負荷圧）Ｐｌｓが上昇する。これによりＬＳ差圧（Ｐｐｓ−Ｐｌｓ）が低下すると、図１に示すようにスプールがＬＳスプリング１４のバネ力によってポジションｃに保持される。このポジションｃでは、レギュレータ４０に接続される第一制御圧通路５５と、アクチュエータ１６に接続される第二制御圧通路５６とが連通され、ＬＳレギュレータ６０からアクチュエータ１６に導かれる制御圧Ｐｃｇがレギュレータ４０によって調整される値Ｐｃに基づく値になる。

一方、ブーム、アーム、バケットを駆動する各油圧シリンダ等の負荷が小さい場合には、信号圧（負荷圧）Ｐｌｓが低くなる。これによりＬＳ差圧（Ｐｐｓ−Ｐｌｓ）が上昇すると、スプールがＬＳスプリング１４のバネ力に抗してポジションｄに切り換わる方向に移動する。このポジションｄでは、第二吐出通路２２から分岐して吐出圧Ｐ２が導かれる元圧通路５４と、アクチュエータ１６に接続される第二制御圧通路５６とが連通され、制御圧Ｐｃｇが上昇する。

こうしてＬＳレギュレータ６０では、ＬＳ差圧とＬＳスプリング１４のバネ力が釣り合うようにアクチュエータ１６に導かれる制御圧Ｐｃｇを調整する。これにより、油圧シリンダの負荷が増減してもＬＳ差圧（Ｐｐｓ−Ｐｌｓ）が略一定になるようにポンプ１１の吐出容量が制御される。

第一制御圧通路５５には絞り６６が介装され、元圧通路５４には絞り６７が介装され、ＬＳレギュレータ６０に導かれる元圧の圧力変動が緩和されるようになっている。

第一制御圧通路５５と第二制御圧通路５６を連通する制御圧連通路６９が設けられる。この制御圧連通路６９には、絞り１８と逆止弁１７が介装される。

第二制御圧通路５６の制御圧Ｐｃｇが第一制御圧通路５５の作動油圧Ｐｃより高い通常の状態では逆止弁１７が閉弁している。制御圧Ｐｃｇが作動油圧Ｐｃより所定値を越えて低下すると、逆止弁１７が開弁して、第一制御圧通路５５の作動油圧ＰｃがＬＳレギュレータ６０を迂回する第二制御圧通路５６を通じてアクチュエータ１６に導かれる。

ポンプ制御装置１には、ポンプ回転速度が上昇するのに応じてポンプ１１の吐出流量を高める調整機構が設けられる。この調整機構は、第二定容量ポンプ１３から吐出される作動油を導く信号圧通路２４に介装される絞り２７と、この絞り２７の前後差圧に応じてＬＳレギュレータ６０のスプールを駆動する制御圧アクチュエータ９０と、によって構成される。

制御圧アクチュエータ９０には、信号圧通路２４における絞り２７の上流圧Ｐ４が上流側制御圧連通路９４を通じて導かれるとともに、絞り２７の下流圧Ｐ５が下流側制御圧連通路９５を通じて導かれる。

ポンプ回転速度が上昇するのに応じて絞り２７の前後差圧（Ｐ４−Ｐ５）が高まると、この前後差圧を受ける制御圧アクチュエータ９０のピストンがＬＳレギュレータ６０のスプールをポジションｃの開度が大きくなる方向に移動する。これにより、ＬＳレギュレータ６０からアクチュエータ１６に導かれる制御圧Ｐｃｇが低下し、アクチュエータ１６の作動によってポンプ１１の吐出容量が増大する。

次に、レギュレータ４０の具体的な構成について説明する。

図２に示すように、レギュレータ４０は、スプール収容孔１１０を有する筒状のハウジング１００と、スプール収容孔１１０に摺動自在に収容される円柱状のスプール７０と、を備える。ハウジング１００は、可変容量ポンプ１１のケーシング（図示省略）に取り付けられる。

スプール７０は、スプール収容孔１１０の開口端から突出する先端部を有し、この先端部にバネ受け（図示省略）が取り付けられる。このバネ受けと可変容量ポンプ１１の斜板１５に連動するフィードバックピン（図示省略）の間に馬力制御スプリング４８、４９（図１参照）が介装される。

ハウジング１００の基端部にはプラグ１４０が螺合して取り付けられる。スプール７０は、馬力制御スプリング４８、４９によってプラグ１４０に向かう方向（図２にて左方向）に付勢され、その基端がプラグ１４０に当接することによってそのストロークが規制される。

ハウジング１００とスプール７０の基端部とプラグ１４０の間には背圧室１３０が画成される。この背圧室１３０は通孔（図示省略）を通じて可変容量ポンプ１１のケーシング内（タンク側）に連通される。

スプール７０にはその基端に開口して軸方向に延びる軸孔７９が形成される。この軸孔７９にはピン９６が摺動自在に収容される。このピン９６は、その基端がプラグ１４０に当接することによって、図２にて左方向に移動することが規制される。

段付き円柱状のピン９６は、プラグ１４０に当接する大径ピン部９８と、この大径ピン部９８より細い小径ピン部９７と、その中程に形成されるピン外周段部９９と、を有する。

ハウジング１００には５つのポート１０１〜１０５が形成される。これらのポート１０１〜１０５は、スプール７０の径方向に延びてスプール収容孔１１０を貫通する。ポート１０１〜１０５は、スプール７０の外周に形成される各環状溝を介して前述した各通路５５、５３、６３、２９、２８（図１参照）とそれぞれ連通する。

制御圧ポート１０１は第一制御圧通路５５を構成する。この制御圧ポート１０１にはスプール７０の作動によってＬＳレギュレータ６０を経てアクチュエータ１６に導かれる作動油圧（制御圧）Ｐｃが生じる。

元圧ポート１０２は元圧通路５３を構成する。この元圧ポート１０２には第一吐出通路２１、第二吐出通路２２の吐出圧Ｐ１、Ｐ２のうち高い方が導かれる。

駆動圧ポート１０３は吐出圧信号通路６３を構成する。この駆動圧ポート１０３には可変容量ポンプ１１の各吐出口に吐出される作動流体の吐出圧Ｐ１、Ｐ２を平均した平均吐出圧Ｐaveが導かれる。

第二信号圧ポート１０４は信号圧通路２９を構成する。この第二信号圧ポート１０４には第一定容量ポンプ１２から旋回モータに供給される作動油の圧力Ｐ３が導かれる。

第一信号圧ポート１０５は外部信号圧通路２８を構成する。この第一信号圧ポート１０５には運転モードを切り換える馬力制御信号圧Ｐｉが導かれる。

スプール７０の中程にはタンク圧ポート連通孔７１、駆動圧ポート連通孔７２、及び第二信号圧ポート連通孔７３が形成される。これらのポート連通孔７１〜７３は、スプール７０の径方向に延び、それぞれの両端がスプール７０の外周に形成された環状溝に開口している。

スプール７０の先端部にはタンク圧ポート７４が形成される。このタンク圧ポート７４は、スプール７０の軸方向に延び、その一端がタンク圧ポート連通孔７１に開口し、その他端がスプール７０の先端に開口して、可変容量ポンプ１１のケーシング内（タンク側）に連通する。タンク圧ポート７４は、作動油圧Ｐｃをケース内に排出する。

スプール７０の外周には環状に突出した６つのランド部８１〜８６が形成される。このランド部８１〜８６はそれぞれの外周がスプール収容孔１１０の内周に摺接する。

スプール７０が軸方向に移動してポジションａとポジションｂに切り換わることによって、ランド部８１、８２がスプール収容孔１１０に対してタンク圧ポート連通孔７１と元圧ポート１０２を選択的に開通させ、制御圧ポート１０１に生じる作動油圧（制御圧）Ｐｃが調整される。

スプール７０がポジションａとポジションｂの間にある状態では、ランド部８１がタンク圧ポート連通孔７１と制御圧ポート１０１の間を遮断するとともに、ランド部８２が元圧ポート１０２と制御圧ポート１０１の間を遮断している。

スプール７０が図２に示すようにポジションｂにある状態では、タンク圧ポート連通孔７１と制御圧ポート１０１が連通し、作動油圧Ｐｃはケース内に排出され低下する。このとき、ランド部８２が元圧ポート１０２と制御圧ポート１０１の間を遮断している。

スプール７０が図２において右方向に移動してポジションａに切り換わると、元圧ポート１０２と制御圧ポート１０１が連通し、元圧通路５３に導かれる吐出圧Ｐ１、Ｐ２のうち高い方の圧力が第一制御圧通路５５を通じてＬＳレギュレータ６０に導かれ、作動油圧Ｐｃが上昇する。このとき、ランド部８１がタンク圧ポート連通孔７１と制御圧ポート１０１の間を遮断している。

駆動圧ポート連通孔７２と駆動圧ポート１０３は、スプール７０の位置によらず常に連通している。ランド部８３が駆動圧ポート１０３と元圧ポート１０２間の連通を遮断するとともに、ランド部８４が駆動圧ポート１０３と第二信号圧ポート１０４間の間を遮断している。

駆動圧ポート連通孔７２の中程には、軸孔７９の開口端から突出するピン９６の先端９５Ａが臨む。駆動圧ポート連通孔７２の内壁面においてピン９６の先端９５Ａに対向する部位が駆動圧受面７２Ａを構成する。駆動圧受面７２Ａは、小径ピン部９７の断面積に相当する受面面積を有する。駆動圧受面７２Ａに受ける平均吐出圧Ｐaveによってスプール７０が図２において右方向に移動し、スプール７０の先端部がハウジング１００から押し出される。

駆動圧ポート連通孔７２の内壁面においてピン９６の先端９５Ａに対向する部位には、凹部８９が形成される。凹部８９は軸孔７９と同軸上に形成され、ピン９６の先端９５Ａがスプール７０に干渉しないようになっている。

軸孔７９とピン９６の間には、第二信号圧室１２１が画成される。この第二信号圧室１２１と第二信号圧ポート連通孔７３と第二信号圧ポート１０４は、スプール７０の位置によらず常に連通している。ランド部８５が第二信号圧ポート１０４と第一信号圧ポート１０５間の連通を遮断している。

ピン９６のピン外周段部９９は第二信号圧室１２１に面し、第二信号圧ポート連通孔７３の内壁面においてピン９６のピン外周段部９９に対向する部位が前記第二信号圧受面７３Ａを構成する。第二信号圧受面７３Ａは、小径ピン部９７と大径ピン部９８の断面積差に相当する受面面積を有する。第二信号圧受面７３Ａに受ける第二信号圧Ｐ３によってスプール７０が図２において右方向に移動し、スプール７０の先端部がハウジング１００から押し出される。

スプール７０は、小径スプール部７７と、この小径スプール部７７より太い大径スプール部７６と、その中程に形成される外周段部７８と、を有する。

ハウジング１００のスプール収容孔１１０は、小径スプール部７７を挿入させる小径孔部１１１と、大径スプール部７６を挿入させる大径孔部１１２と、を有する。

ハウジング１００の大径孔部１１２とスプール７０の間には、第一信号圧室１２０が画成される。この第一信号圧室１２０と第一信号圧ポート１０５は、スプール７０の位置によらず常に連通している。ランド部８６が第一信号圧室１２０と背圧室１３０間の連通を遮断している。

スプール７０の外周段部７８は第一信号圧室１２０に面し、小径スプール部７７と大径スプール部７６の断面積差に相当する部位が第一信号圧受面７８Ａを構成する。第一信号圧受面７８Ａに受ける馬力制御信号圧Ｐｉによってスプール７０が図２において左方向に移動する。

次に、レギュレータ４０の動作について説明する。

スプール７０の駆動圧受面７２Ａに受ける平均吐出圧Ｐaveによる力が馬力制御スプリング４８、４９のバネ力より小さい場合には、スプール７０が図２に示すようにポジションｂにある。ポジションｂでは、作動油圧Ｐｃは制御圧ポート１０１からタンク圧ポート７４へ排出され低下する。

一方、スプール７０の駆動圧受面７２Ａに受ける平均吐出圧Ｐaveによる力が馬力制御スプリング４８、４９のバネ力より大きくなった場合には、スプール７０がポジションａに切り換わる方向（図２に右方向）に移動する。ポジションａでは、制御圧ポート１０１に元圧ポート１０２から作動油圧Ｐ１、Ｐ２のうち高い方が導かれ、制御圧ポート１０１の作動油圧Ｐｃが上昇する。

こうしてレギュレータ４０は、平均吐出圧Ｐaveに基づく信号圧と馬力制御スプリング４８、４９のバネ力とが釣り合うように作動油圧Ｐｃを調整する。ポンプ１１の回転速度が高まっても、平均吐出圧Ｐaveが高まると、レギュレータ４０の作動によってＬＳレギュレータ６０を介して導かれる制御圧Ｐｃｇが高められ、ポンプ１１の吐出容量が減少する。

油圧ショベルの制御系（図示省略）は、所定の定格回転速度でエンジン１０が運転される高負荷モード（通常運転モード）と、この定格回転速度より低い回転速度でエンジン１０が運転される低負荷モード（省燃費運転モード）と、に切り換えられる。馬力制御信号圧Ｐｉは、高負荷モードで高められる一方、低負荷モードで低く切り換えられる。このモードの切り換えは、運転者のスイッチ操作等によって行われるが、これに限らずエアコンディショナ（空調装置）等の作動、停止に応じて自動的に行われる構成としてもよい。

高負荷モードから低負荷モードに切り換えられる運転時に、レギュレータ４０では、馬力制御信号圧Ｐｉが低く切り換えられるのに伴って第一信号圧受面７８Ａに受ける馬力制御信号圧Ｐｉによる力が減少することによって、スプール７０がポジションａに切り換わる方向（図２において右方向）に移動する。これによって制御圧ポート１０１の作動油圧Ｐｃが高められ、ポンプ１１の吐出容量が減少する。

また、旋回モータがキャブを旋回させる作動時に、第一定容量ポンプ１２から旋回モータに供給される作動油圧Ｐ３が上昇する。このときに、レギュレータ４０では、第二信号圧受面７３Ａに受ける第二信号圧Ｐ３が上昇することによって、スプール７０がポジションａに切り換わる方向（図２において右方向）に移動する。これによって制御圧ポート１０１作動油圧Ｐｃが高められ、ポンプ１１の吐出容量が減少する。

図３は信号圧Ｐave、Ｐｉ、Ｐ３とポンプ１１の吐出容量との関係を示す特性図である。前記レギュレータ４０の作動により平均吐出圧Ｐaveが高まるのに応じてポンプ１１の吐出容量が減少する。これにより、ポンプ１１の仕事率（馬力）が略一定となるように調整され、エンジン１０の回転数が増減しても運転が円滑に行われる。低負荷モードでは、馬力制御信号圧Ｐｉによるレギュレータ４０の作動により高負荷モードに比べてポンプ１１の吐出容量が減少する。これにより、ポンプ１１の仕事率が低くなり、ポンプ１１を駆動するエンジン１０にかかる負荷が減らされる。旋回モータの作動時には、第一定容量ポンプ１２から第二信号圧Ｐ３によるレギュレータ４０の作動によりポンプ１１の吐出容量が減少する。これにより、ポンプ１１の仕事率がさらに低くなり、ポンプ１１を駆動するエンジン１０にかかる負荷が減らされる。

以上の実施形態によれば、以下に示す作用効果を奏する。

〔１〕レギュレータ４０は、複数の吐出口から吐出される作動流体の吐出圧Ｐ１、Ｐ２を平均した平均吐出圧Ｐaveが導かれる駆動圧ポート１０３と、複数の吐出口から吐出される作動流体のうち最も高い高圧側吐出圧Ｐ１、Ｐ２が導かれる元圧ポート１０２と、馬力制御信号圧Ｐｉが導かれる信号圧ポート１０５と、平均吐出圧Ｐave及び馬力制御信号圧Ｐｉを受けて移動することにより高圧側吐出圧Ｐ１、Ｐ２を元圧として制御圧Ｐｃを調節するスプール７０と、を備え、スプール７０の内部に平均吐出圧Ｐaveを受ける駆動圧受面７２Ａが形成され、スプール７０の外周段部７８に馬力制御信号圧Ｐｉを受ける信号圧受面７８Ａが形成されるものとした。

これにより、レギュレータ４０のスプール７０は、ポンプ１１の複数の吐出口から吐出される作動流体の吐出圧Ｐ１、Ｐ２を平均した平均吐出圧Ｐaveをスプール７０の内部に形成された駆動圧受面７２Ａに受けて移動し、複数の吐出口から吐出される作動流体の吐出圧のうち最も高い吐出圧Ｐ１、Ｐ２を元圧としてアクチュエータ１６に導かれる制御圧Ｐｃを調節する。さらに、スプール７０は、馬力制御信号圧Ｐｉを外周段部７８の信号圧受面７８Ａに受けて移動することによっても制御圧Ｐｃを調節する。こうしてポンプ制御装置１は、スプール７０の内部に駆動圧受面７２Ａを有する構成により、スプール７０の大型化を招くことなく、簡便な構造のレギュレータ４０を使用してポンプ１１の仕事率をポンプ１１の吐出圧Ｐ１、Ｐ２及び馬力制御信号圧Ｐｉに応じて制御することができる。

なお、比較例として、スプールに複数の外周段部を形成し、各外周段部に吐出圧Ｐ１、Ｐ２をそれぞれ受ける駆動圧受面を設けるレギュレータを使用することが考えられる。また、他の比較例として、スプールに連動する複数のピン部材を設け、各ピン部材に吐出圧Ｐ１、Ｐ２を受ける駆動圧受面を設けるレギュレータを使用することが考えられる。これらの比較例に対して、スプール７０は、その内部に吐出圧Ｐ１、Ｐ２を平均した平均吐出圧Ｐaveを受ける駆動圧受面７２Ａが設けられるため、吐出圧Ｐ１、Ｐ２を受ける複数の外周段部を形成する必要がなく、その大型化が抑えられる。また、レギュレータ４０は、スプール７０に連動する複数のピン部材を設ける必要もなく、簡便な構造を実現できる。

〔２〕レギュレータ４０は、スプール７０の内部に形成される駆動圧ポート１０３に連通する駆動圧ポート連通孔７２と、スプール７０の内部に形成され駆動圧ポート連通孔７２に接続される軸孔７９と、軸孔７９に摺動自在に挿入されるピン９６と、を備え、駆動圧ポート連通孔７２の内壁面においてピン９６に対向する部位が駆動圧受面７２Ａを構成するものした。

これにより、スプール７０の内部にピン９６が収容されるとともに、駆動圧受面７２Ａがピン９６に対向するように設けられるため、駆動圧受面７２Ａを設けることによってレギュレータ４０がスプール７０の軸方向に大型化することを抑えられる。

〔３〕レギュレータ４０は、馬力制御信号圧Ｐｉと異なる第二信号圧Ｐ３が導かれる第二信号圧ポート１０４と、スプール７０の内部に形成され軸孔７９及び第二信号圧ポート１０４に連通する第二信号圧ポート連通孔７３と、をさらに備え、ピン９６はその中程にピン外周段部９９が形成され、第二信号圧ポート連通孔７３の内壁面においてピン外周段部９９に対向する部位が第二信号圧Ｐ３を受ける第二信号圧受面７３Ａを構成するものとした。

これにより、第二信号圧Ｐ３を受ける第二信号圧受面７３Ａがピン９６のピン外周段部９９に対向して設けられるため、第二信号圧受面７３Ａを設けることによってレギュレータ４０がスプール７０の軸方向に大型化することを抑えられる。

〔４〕スプール７０の外周段部７８に受ける馬力制御信号圧Ｐｉが上昇してスプール７０がポンプ１１の吐出容量を増す方向に移動する高負荷モードと、スプール７０の外周段部７８に受ける馬力制御信号圧Ｐｉが低下してスプール７０がポンプ１１の吐出容量を減らす方向に移動する低負荷モードと、に切り換えられるものした。

これにより、高負荷モードから低負荷モードに切り換えられるのに伴って、低下する馬力制御信号圧Ｐｉによってスプール７０が移動して、ポンプ１１の吐出容量が減らされる。低負荷モードで馬力制御信号圧Ｐｉが低下するため、第一定容量ポンプ１２の駆動負荷が減らされ、ポンプ制御装置１の消費エネルギが低減される。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したのに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

本発明のポンプ制御装置は、油圧ショベル等の作業機に限らず、他の機械、設備に設けられる流体圧供給源にも利用できる。

１ ポンプ制御装置
１１ ポンプ
１６ アクチュエータ
４０ レギュレータ
７０ スプール
７２ 駆動圧ポート連通孔
７２Ａ 駆動圧受面
７３ 第二信号圧ポート連通孔
７３Ａ 第二信号圧受面
７８ 外周段部
７８Ａ 信号圧受面
７９ 軸孔
９５ ピン
９９ ピン外周段部
１０２ 元圧ポート
１０３ 駆動圧ポート
１０４ 第二信号圧ポート
１０５ 信号圧ポート

Claims (3)

1. 複数の吐出口から作動流体を吐出するポンプの吐出容量を制御するポンプ制御装置であって、
   ポンプの吐出容量を変えるアクチュエータと、
   前記アクチュエータに導かれる制御圧を調節するレギュレータと、を備え、
   前記レギュレータは、
   前記複数の吐出口から吐出される作動流体の吐出圧を平均した平均吐出圧が導かれる駆動圧ポートと、
   前記複数の吐出口から吐出される作動流体のうち最も高い高圧側吐出圧が導かれる元圧ポートと、
   信号圧が導かれる信号圧ポートと、
   前記平均吐出圧及び前記信号圧を受けて移動することにより前記高圧側吐出圧を元圧として前記制御圧を調節するスプールと、を備え、
   前記スプールの内部に前記平均吐出圧を受ける駆動圧受面が形成され、
   前記スプールの外周段部に前記信号圧を受ける信号圧受面が形成され、
   前記レギュレータは、
   前記スプールの内部に形成され前記駆動圧ポートに連通する駆動圧ポート連通孔と、
   前記スプールの内部に形成され前記駆動圧ポート連通孔に接続される軸孔と、
   前記軸孔に摺動自在に挿入されるピンと、をさらに備え、
   前記駆動圧ポート連通孔の内壁面において前記ピンに対向する部位が前記駆動圧受面を構成し、
   前記駆動圧受面は、前記ピンの先端部を収容する凹部として形成されることを特徴とするポンプ制御装置。
2. 前記レギュレータは、
   前記信号圧と異なる第二信号圧が導かれる第二信号圧ポートと、
   前記スプールの内部に形成され前記軸孔及び前記第二信号圧ポートに連通する第二信号圧ポート連通孔と、をさらに備え、
   前記ピンはその中程にピン外周段部が形成され、
   前記第二信号圧ポート連通孔の内壁面において前記ピン外周段部に対向する部位が前記第二信号圧を受ける第二信号圧受面を構成することを特徴とする請求項１に記載のポンプ制御装置。
3. 前記スプールの外周段部に受ける前記信号圧が上昇して前記スプールが前記ポンプの吐出容量を増す方向に移動する高負荷モードと、
   前記スプールの外周段部に受ける前記信号圧が低下して前記スプールが前記ポンプの吐出容量を減らす方向に移動する低負荷モードと、に切り換えられることを特徴とする請求項１または２に記載のポンプ制御装置。

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