JPH0154556B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は可変容量形液圧ポンプ装置、詳しく
は、可変制御要素をもち、エンジンにより駆動さ
れるポンプ要素と、前記可変制御要素の変位量を
調整する操作プランジヤ及び、制御通路を吐出通
路とドレン通路とに切換接続するスプールを持つ
制御弁装置から成り、この制御弁装置による前記
操作プランジヤの制御により、前記可変制御要素
の変位量を調整し、定馬力特性を得るごとくした
可変容量形液圧ポンプ装置に関する。

一般に以上の如く定馬力特性を得るごとくした
液圧ポンプ装置をエンジンにより駆動する場合、
前記エンジンのエンジン効率が最も良好で、か
つ、トルクの変化が少ない領域を常用の回転数範
囲として、前記ポンプの駆動トルクを、前記エン
ジンの常用回転数範囲内におけるトルク以下にな
るごとく制御している。

即ち前記エンジンのトルクは、常用回転数の領
域（例えば1400r.p.m乃至1950r.p.m）において、
ほゞ一定になつているため、その領域の範囲内
で、エンジンの回転数を変更しても、ポンプの駆
動トルクを前記トルク以下に設定すれば、前記エ
ンジンがオーバーロードになることなく使用でき
るのである。

所が建設機械などにおいて、例えばパワーシヨ
ベルの如く使用場所などにより使用条件が異なる
ため、作業の安全性からエンジンの回転数を前記
常用回転数範囲外の回転数以下（例えば1400rpm
以下）に設定してシヨベルの作業速度を変更して
用いる場合がある。

斯かる場合、前記エンジンの回転数をダウンさ
せることによつて、エンジンのトルクが低下し、
その結果、前記ポンプの駆動トルクがエンジント
ルクを上廻り、前記エンジンがエンストすること
が生ずるのである。

またエンジンの燃焼方式や気筒数の違いによつ
て、トルクをほゞ一定にできる回転数の領域が前
記エンジンの常用回転数範囲より狭くなることが
あり、この場合、前記エンジンの常用回転数範囲
内例えば1400r.p.m以上であつても、エンジント
ルクが低減する。

斯るエンジンで、前記エンジンの常用回転数範
囲内である回転数例えば1400r.p.mで使用した場
合、ポンプの駆動トルクがエンジンのトルクより
大きくなり、エンジンがオーバーロードになつて
エンストが生ずるのである。

以上の問題に対しては、そのエンジン能力に合
わせて使用範囲を狭めればよいのであるが、前記
した如くパワーシヨベル等の建設機械に用いる場
合、使用条件や作業の安全性の上で問題があつ
て、前記した問題の根本的な解決にはならないの
である。

そこで本発明は、ポンプの駆動トルクを、エン
ジンのトルクがほゞ一定となる一定トルク領域に
合つた定馬力特性に設定しながら、常用回転数範
囲内外でエンジンのトルクが低下した場合でも、
前記ポンプの駆動を、エンストなく駆動できるよ
うにしたもので、前記エンジンにより駆動される
スピードセンシングポンプを設けると共に、前記
制御弁装置における前記スプールの吐出圧力作用
側に制御ピストンを設けて、前記スピードセンシ
ングポンプの吐出通路を、前記制御ピストンの受
圧室に接続する一方、前記吐出通路に、前記エン
ジンの回転数が一定以上のとき、前記吐出通路を
タンクに開放する手段及び、前記エンジンの回転
数が一定以下のとき、前記吐出通路の圧力を一定
圧力に保持する手段を設け、前記制御ピストンを
介して前記スプールを前記押圧体の方向に押圧さ
せ、前記吐出圧力に対する吐出量を減少し、ポン
プ出力を抑制するごとくしたことを特徴とするも
のである。

即ち、本発明は、前記した建設機械のごとくエ
ンジンの回転数を、エンジンのトルクをほゞ一定
にできる常用回転数範囲以下に設定する場合や、
前記エンジンの燃焼方式や気筒数の変化で、トル
クをほゞ一定にできる回転数の領域が前記常用回
転数範囲より狭くなる場合でも、ポンプの駆動ト
ルクを、前記エンジンのエンジン効率の最も良好
なエンジントルクに付合するごとく制御できなが
ら、前記ポンプの駆動トルクが前記エンジントル
クをオーバーする低速領域において、エンストさ
せることなく前記ポンプの駆動が行なえるように
したものである。つまり、本発明は、前記ポンプ
の駆動トルクがエンジントルクをオーバーする低
速領域においては、前記ポンプの吐出量を減少さ
せて前記ポンプの駆動トルクを、前記エンジント
ルク以下に抑制して、前記したエンストの問題点
を解消したのである。

以下本発明装置の実施例を図面に基づいて説明
する。

図面に示したものは、斜板式アキシアルピスト
ンポンプを用い、該ポンプを２個１対として一つ
のエンジンＥにより駆動するごとくした２連式ポ
ンプ装置である。

本発明ポンプ装置は、２連式に限定されること
なく、単式でも同様に適用できるのであつて、そ
の基本構造は何ら変りない。

以下図面に従つて、２連式ポンプ装置を説明す
るが、各ポンプの構成は同じであるので、説明の
都合上、一方のポンプについて説明し、他方のポ
ンプについてはその説明を省略する。尚、他方の
ポンプにおいて、一方のポンプと同一の構成部品
には、同じ附号を附してある。

本発明装置の基本構造は、第１図に示したごと
く、可変制御要素となる斜板１をもち、前記エン
ジンＥにより駆動されるポンプ要素Ａと、前記斜
板１の傾斜角を調整する操作プランジヤ２と、該
プランジヤ２の背面室２ａに連通する制御通路１
１を吐出通路９とドレン通路１２とに切換接続す
るスプール５を有し、このスプール５の一端側に
吐出圧力を作用させ、他端側に前記吐出圧力に対
抗する２種の押圧体３，４の押圧力を作用させた
制御弁装置Ｂとを備え、前記吐出圧力の変化に応
じて前記斜板１の傾斜角を調整し、前記制御弁装
置Ｂと斜板１との間に介装するフイードバツク機
構Ｃにより定馬力特性としたポンプの駆動トルク
が得られるように構成したものである。

尚前記ポンプの駆動トルクは、前記エンジンＥ
において、回転数の変化に対してほゞ一定にでき
るトルクに合わせた定馬力特性となるごとく設定
するのである。

しかして、本発明装置は、以上の如く構成する
ポンプ装置において、前記エンジンＥにより駆動
される一つのスピードセンシングポンプＰを設け
ると共に、前記制御弁装置Ｂにおけるスプール５
の吐出圧力作用側に制御ピストン６０を設けて、
前記ポンプＰの吐出通路６を、前記制御ピストン
６０の受圧室６１に接続する一方、前記吐出通路
６に、前記エンジンＥの回転数が一定以上のと
き、前記吐出通路６をタンクＴに開放する開閉弁
より成る手段８（以降開閉弁と称す）及び、前記
エンジンＥの回転数が一定以下のとき、前記吐出
通路６の圧力を一定圧力に保持するリリーフ弁よ
り成る手段７（以降リリーフ弁と称す）を設け、
前記制御ピストン６０を介して、前記スプール５
を前記押圧体３，４の方向に押圧させ吐出圧力に
対する吐出量を減少し、ポンプの駆動トルクを抑
制するごとくしたのである。

即ち、前記エンジンＥの出力特性において、
ほゞ一定のトルクが得られる回転数の領域（例え
ば1400rpm〜1950rpm以下高速領域という）で
は、前記ポンプの駆動トルクをそのまゝとし、前
記ポンプの駆動トルクがエンジントルクをオーバ
ーする回転数の領域（例えば1000rpm〜1400rpm
を以下低速領域という）では、吐出量を減少さ
せ、前記ポンプの駆動トルクを抑制するごとくし
たのである。

第１図に示したものは、前記スピードセンシン
グポンプＰの吐出通路６に、前記リリーフ弁７と
開閉弁８との並列回路を接続し、この並列回路を
介して前記吐出通路６を前記タンクＴに連結し
て、前記エンジンＥの回転数が一定以上のとき、
前記開閉弁８を介して前記吐出通路６をタンクＴ
に開放すると共に、前記エンジンＥの回転数が一
定以下のとき、前記リリーフ弁７を介して前記吐
出通路６の圧力を一定圧力に保持するようにして
いる。

しかして第１図の構成において、前記エンジン
Ｅの回転数がほゞ一定のトルクを出力する高速領
域においては、前記開閉弁８を開いて前記吐出通
路６を開放することにより、第４図実線に示した
ごとくポンプ駆動トルクは前記押圧体３，４によ
り設定する定馬力特性に制御されるのであり、ま
た、前記エンジンＥの回転数が、前記トルク以下
に減衰する低速領域においては、前記開閉弁８を
閉じ、前記吐出通路６を、前記リリーフ弁７で設
定する一定圧力に保持して、この圧力（以下チヤ
ージ圧力という）を前記制御ピストン６０に作用
させることにより、前記スプール５が前記押圧体
３，４の方向に押圧され、前記スプール５の前記
押圧体３，４に対抗する吐出圧力に、前記チヤー
ジ圧力が加算されて、前記した高圧領域において
前記スプール５が動作する吐出圧力より低い吐出
圧力で、前記スプール５が動作し、その結果吐出
圧力に対する吐出量が減少して、前記ポンプ出力
が抑制され、第４図点線に示した定馬力特性に制
御されるのである。

即ち、ポンプ吐出量は、エンジンＥの回転数が
減少することにより減少するが、この減少量以上
に減少するのであつて、ポンプ駆動トルクは第４
図実線に示した前記駆動トルク以下に抑制される
のであり、前記低速領域でも、前記ポンプの駆動
トルクが、エンジントルクを越えることはなくな
り、エンストは生じないのである。

尚、第１図において９は、前記ポンプ要素Ａの
吐出通路、１０は、この吐出通路９から延び、前
記制御弁装置Ｂにおけるスプール５の一端側に接
続する連通路である。また、前記制御通路１１は
前記スプール５の動作により開口するのであつ
て、前記スプール５の動作時、前記吐出通路９は
前記制御通路１１を介して前記操作プランジヤ２
の背面室２ａに連通し、又前記スプール５の非動
作時、前記制御通路１１は前記ドレン通路１２に
連通するのであり、即ち、前記スプール５により
前記制御通路１１を前記吐出通路９とドレン通路
１２とに切換接続するのである。

次に、第１図に示したポンプ装置を、第２図に
基づいて更に詳記する。

２連式ポンプ装置を構成する前記各ポンプ要素
Ａ，Ａは、第２図のごとく一つのハウジング１３
内に組込むのであつて、前記ハウジング１３内
に、軸受１４，１５を介して一本の駆動軸１６を
支持し、この駆動軸１６に、前記各ポンプ要素
Ａ，Ａを構成するシリンダブロツク１７，１７を
スプライン結合すると共に、これら各シリンダブ
ロツク１７，１７ごとに、前記斜板１，１を、同
一傾斜方向に取付けるのである。

前記シリンダブロツク１７，１７は、それぞれ
多数のピストン１８，１８を往復動自由に設けて
おり、これら各ピストン１８，１８の頭部がリテ
イナにより支持されたシユーを介して前記斜板
１，１にそれぞれ接触している。

この斜板１，１は、何れもトラニオン軸１９，
１９を介して、一定の傾斜角の範囲で、揺動自由
に支持され、前記斜板１，１を最大傾斜角となる
方向に押圧するサーボプランジヤ２０，２０と、
斜板１，１の傾斜角を調整する操作プランジヤ
２，２とにそれぞれ連結している。

前記サーボプランジヤ２０，２０は、何れも操
作プランジヤ２，２より径が小さくなつていて、
前記ハウジング１３のエンドキヤツプ１３ａに固
定した筒体２１に移動自由に支持され、第２図右
側に示したごとく前記筒体２１と前記プランジヤ
２０の頭部との間にスプリング２２を介装すると
共に、前記プランジヤ２０の背面室２０ａには、
前記ポンプ要素Ａの吐出側圧力が作用するごとく
構成している。尚第２図において、左側の操作プ
ランジヤ２については、図に示していないが、右
側の操作プランジヤ２と同じである。

また、前記操作プランジヤ２，２は、第２図右
側に示したごとくエンドキヤツプ１３ａに固定の
筒体２３に移動自由に支持されている。

しかして、前記操作プランジヤ２，２に前記制
御通路１１，１１からの制御圧が作用していない
場合には、前記斜板１，１はその傾斜角が何れも
最大となり、最大吐出量が得られるようになり、
また、前記操作プランジヤ２，２に制御圧が作用
すると、前記斜板１，１の傾斜角が調整され、そ
の傾斜角に見合つた吐出量が得られるようになる
のであつて、前記各ポンプ要素Ａ，Ａは、近似定
馬力特性に制御できるのである。

又、前記制御弁装置Ｂは、前記した各ポンプ要
素ごとに設けるのであつて、第３図のごとく内腔
部３０ａをもつた弁本体３０の前記内腔部３０ａ
に、スリーブ３１とシリンダ３２を移動自由に内
装し、前記スリーブ３１に、前記スプール５を、
また前記シリンダ３２に前記制御ピストン６０を
移動自由に保持すると共に、前記弁本体３０に、
ばね室３３をもつたばね筐３４を螺合手段により
結合し、このばね筐３４の前記ばね室３３に、前
記押圧体３，４を内装して、前記スプール５の一
端側に設ける圧力室３５に前記吐出通路９と連通
する連通路１０を接続し、前記スリーブ３１の中
間部に設ける制御室３６に、前記制御通路１１
を、また、前記ばね室３３に前記ドレン通路１２
を接続し、更に前記シリンダ３２を設ける受圧室
６１に、前記スピードセンシングポンプＰの吐出
通路６を接続したものである。

前記スプール５は、その中間部に一つのランド
をもつた１ランド形式として、前記ランドによ
り、前記制御室３６を、前記圧力室３５とばね室
３３との一方と連通するごとく成すのであり、前
記スプール５の移動により前記制御室３６との間
に可変オリフイスを形成して、吐出圧力の制御圧
力を、前記制御通路１１を介して前記操作プラン
ジヤ２の背面室２ａに作用させるごとく成すので
ある。

また、前記スプール５を押圧する押圧体３，４
は、何れもコイルスプリングを用い、一方の押圧
体３は、そのコイル径を大きくすると共に、その
長さを長くし、そして前記ばね筐３４に螺合し
て、前記押圧体３の押圧力を調整する調整筒３８
と、前記スプール５に接当するばね受３９との間
に介装するのであり、また、他方の押圧体４は、
前記押圧体３よりそのコイル径を小さくすると共
に長さを短かくし、前記調整筒３８に套嵌し、ね
じ体４０により移動調整できる調整体４１と、前
記ばね受３９との間に隙間を置いて介装してい
る。

しかして、前記押圧体３，４の力は、前記圧力
室３５に作用する吐出圧力と、前記受圧室６１に
作用するチヤージ圧力とに対抗する力として作用
するのであつて、エンジンの高速領域におけるト
ルクに対応したポンプ駆動トルクが得られるよう
にした場合と同じ押圧力に設定し、前記スピード
センシングポンプＰからのチヤージ圧力を前記ス
プール５に作用させて前記吐出圧力に加算したと
き前記押圧体３，４の押圧力を弱くした場合と同
じになつて、その押圧力により前記トルク特性に
対応したポンプの定馬力特性が得られるようにす
るのである。

又、前記スピードセンシングポンプＰは、前記
駆動軸１６のエンジンＥへの連結側とは反対側
に、前記駆動軸１６と結合して一体に回転する従
動軸４２を設けて、この従動軸４２に組込むので
あつて、このポンプＰにおけるハウジング４３に
リリーフ弁７を組込んでいる。

しかして、前記ポンプＰの吐出通路６を、前記
制御ピストン６０の受圧室６１に導くと共に、開
閉弁８を介してタンクに開放するものであつて、
前記開閉弁８は第５図のごとく本体８ａに挿入し
た摺動自在なスプール８ｂの切換えによつて、前
記吐出通路６とタンクＴとの間を開閉するもので
あり、常時はスプリング８ｃで、前記吐出通路６
とタンクＴとの間を閉鎖するごとくスプール８ｂ
の位置を設定するものである。

また、第２図に示したものは、リンクを用いた
フイードバツク機構Ｃを組込んでいる。このフイ
ードバツク機構Ｃは、リンク５０の一端を、前記
弁本体３１にピン５１を介して枢着すると共に、
前記リンク５０の他端にピン５２を介してリンク
５３をピボツタブルに連結し、このリンク５３
を、ピン５４を介して前記斜板１に枢着する一
方、前記リンク５０の中間部にピン５５を介して
ローラー５６を回転自由に取付け、このローラー
５６を前記シリンダ３２の端面に接触させて構成
している。

以上の構成において、前記エンジンＥの回転数
が高速領域にあれば、前記したごとく、前記開閉
弁８を開いて、前記スピードセンシングポンプＰ
の吐出通路６をタンクＴに開放するので、前記ス
プール５には前記チヤージ圧力が作用することは
なく、前記押圧体３，４に対し、吐出圧力のみが
作用することになる。従つて、吐出圧力が前記押
圧体３，４の押圧力に打勝つと、前記スプール５
が移動し、前記制御室３６が前記オリフイスを介
して前記圧力室３５と連通し、その制御圧力が前
記操作プランジヤ２に作用して、該プランジヤ２
を移動させ、前記斜板１を中立方向に傾動させ、
吐出量を減少するのである。

従つて、第４図実線に示したごとく、高速領域
においては、ほゞ一定となるトルクに応じたポン
プ駆動トルクで、定馬力制御が行なえるのであ
る。

又、前記エンジンＥの回転数が低速領域になつ
た場合、前記開閉弁８を閉じるのであつて、この
開閉弁８の閉鎖により、前記スピードセンシング
ポンプＰの吐出通路６は、前記リリーフ弁７によ
り設定する一定圧力に保持され、この圧力がチヤ
ージ圧力となつて前記制御ピストン６０に作用
し、前記スプール５を、前記押圧体３，４の方向
に押圧するのである。

このため、前記押圧体３，４の押圧力は、前記
制御ピストン６０の受圧面積とチヤージ圧力とを
積算した押圧力だけ、実質的に弱くなり、その結
果、スプール５が前記押圧体３，４に抗して移動
するときの吐出圧力を低くできるのである。換言
すると、低い吐出圧力で、前記スプール５が移動
し、低い吐出圧力で吐出量が減少することにな
る。つまり、前記エンジンＥの回転数が低くなる
と、吐出量はその回転数低下に対応して低くなる
が、押圧体３，４のみで吐出圧力に対抗させてい
る場合では、第４図一点鎖線に示したごとく吐出
圧力が前記押圧体３，４で設定した圧力P₁にな
るまで、前記スプール５は動作しないため、吐出
量Q₁は変化せず、前記圧力P₁で始めて吐出量が
減少する特性となるのに対し、前記制御ピストン
６０にチヤージ圧力を作用させ、前記押圧体３，
４の押圧力を実質的に弱くするごとくした本発明
においては、前記圧力P₁より低い圧力P₂で、ス
プール５が動作することになり、前記圧力P₁に
おいては、前記吐出量Q₁より低い吐出量Q₂に抑
制されるのである。

従つて、ポンプ駆動トルクは、第４図点線の定
馬力特性に制御され、エンジンＥのトルク減少に
応じてポンプ駆動トルクも減少でき、低速領域で
ポンプ駆動を行なつても、ポンプ駆動トルクが、
エンジントルクを越えることはなく、エンストは
生じないのである。

以上説明した実施例の開閉弁８は、手動弁でも
よいが、エンジンＥの回転数を操作する操作レバ
ーなどの操作具に機械的又は電気的に連動して開
閉する連動弁を用いるのが好ましい。

又以上の実施例において、前記リリーフ弁７の
設定圧を調整して前記チヤージ圧力を変更した
り、また、押圧体３，４の押圧力を調整すること
により、所定の出力特性に設定したポンプに、回
転数に対するトルク変化の異なるエンジンを用い
ても、エンジン回転数の使用範囲を変えずに常に
そのトルク以下での使用が可能となるのである。

以上の如く本発明によれば、エンジンＥの回転
数が一定以下のとき、前記制御ピストン６０の押
圧力と自己吐出圧力とが加算するごとく前記押圧
体３，４に対抗することにより、前記スプール５
を制御できるから、エンジンＥの回転数が一定以
下になつて、吐出圧力が低い圧力となつても、自
己吐出圧力のみを前記スプールに作用させる場合
に比較してその吐出圧力に対する吐出量をを減少
し、ポンプ出力を抑制でき、定馬力特性を得るこ
とができるのである。したがつて、建設機械のご
とく、エンジンの回転数を、エンジントルクを
ほゞ一定にできる常用回転数範囲以下の低速領域
でポンプを駆動する場合や、エンジントルクを
ほゞ一定にできる回転数の領域が、前記した常用
回転数範囲より狭くなるエンジンを用い、前記回
転数よりも低い回転数の領域でポンプを駆動する
場合でも、前記ポンプの駆動トルクを、前記各エ
ンジンのエンジン効率の最も良好なエンジントル
ク、即ち、回転数の変化に対しほゞ一定となるエ
ンジントルクに合わせたトルクに制御できなが
ら、エンジントルクがほゞ一定となるトルクに対
し減少する回転数領域において用いる場合には、
ポンプの駆動力を抑制し、該駆動力が減少する前
記エンジントルクをオーバーしてエンストが生ず
ることを確実に防止できるのである。

従つて、エンジントルクをほゞ一定にできる常
用回転数範囲をもつエンジンにおいては、使用で
きる回転数範囲を拡大でき、パワーシヨベルのご
とき建設機械用ポンプ装置として好適にできる
し、また、回転数範囲が狭い性能のエンジンを用
いても、前記した常用回転数範囲若しくはそれ以
上に使用できる回転数範囲を拡大できるのであつ
て、前記常用回転数範囲をもつエンジンのエンジ
ントルクに合わせて駆動トルクを設定したポンプ
装置を、そのまゝ改変することなく用いることも
できるのである。しかも、自己吐出圧を前記スプ
ールと前記プランジヤに作用させているから、自
己吐出圧の変動を検出する検出装置等を設けるこ
となく簡単に自己吐出圧の変動により前記スプー
ルを作動させ、前記可変制御要素を制御して吐出
圧力に対する吐出量を増減し、ポンプ出力を定馬
力特性に制御できるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の実施例を示す概略説明
図、第２図はその断面説明図、第３図は制御弁装
置の拡大断面図、第４図はポンプ特性図、第５図
は開閉弁の断面説明図である。 １……斜板、２……操作プランジヤ、３，４…
…押圧体、５……スプール、６……吐出通路、７
……リリーフ弁、８……開閉弁、６０……制御ピ
ストン、６１……受圧室、Ａ……ポンプ要素、Ｂ
……制御弁装置、Ｅ……エンジン、Ｐ……スピー
ドセンシングポンプ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 可変制御要素１をもち、エンジンＥにより駆
   動されるポンプ要素Ａと、前記可変制御要素１の
   変位量を調整する操作プランジヤ２と、該プラン
   ジヤ２の背面室２ａに連通する制御通路１１を吐
   出通路９とドレン通路１２とに切換接続するスプ
   ール５を有し、このスプール５の一端側に吐出圧
   力を作用させ、他端側に前記吐出圧力に対抗する
   押圧体３，４の押圧力を作用させた制御弁装置Ｂ
   とから成り、前記吐出圧力の変化に応じて前記可
   変制御要素１の変位量を調整して、定馬力特性を
   得るごとくした液圧ポンプ装置であつて、前記エ
   ンジンＥにより駆動されるスピードセンシングポ
   ンプＰを設けると共に、前記制御弁装置Ｂにおけ
   る前記スプール５の吐出圧力作用側に制御ピスト
   ン６０を設けて、前記スピードセンシングポンプ
   Ｐの吐出通路６を、前記制御ピストン６０の受圧
   室６１に接続する一方、前記吐出通路６に、前記
   エンジンＥの回転数が一定以上のとき、前記吐出
   通路６をタンクＴに開放する手段８及び、前記エ
   ンジンＥの回転数が一定以下のとき、前記吐出通
   路６の圧力を一定圧力に保持する手段７を設け、
   前記制御ピストン６０を介して、前記スプール５
   を前記押圧体３，４の方向に押圧させ、前記吐出
   圧力に対する吐出量を減少し、ポンプ出力を抑制
   するごとくしたことを特徴とする可変容量形液圧
   ポンプ装置。