JPH02146269A - 可変容量型斜板ピストンポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、斜板の傾転角を調整することで吐出ヱを制
御する可変容量型斜板ビスＦンポンプに関する。

（従来の技術） エンジン駆動される自動車用油圧ポンプは、入力軸回転
数が広い範囲にわたり大きく変わるにもかかわらず、主
にコスト的節約のため現状では固定容量型ポンプが用い
られている。このため高速回転時には、必要以上の流量
が吐出されることになり、余剰流量はプライオリティ−
バルブ、リリーフイパルブ等を通過してリザーバに戻さ
れるが、これに伴い大きな動力損失を生じている。

この不必要な動力損失を避けるために、入力回転数に対
して一定吐出となる可変容量型斜板ポンプが、特開昭５
６−１２４６８８号等に示されており、この場合、吐出
流量をオリアイスの差圧として検出し、油圧サーボ機構
によりポンプ傾転角の制御を行っている。

また、ポンプ吐出圧に比例して大きくなる斜板の中立点
復帰モーメントを利用して斜板の傾転角を調整可能とし
、ポンプ吐出流量を調整可能としたポンプが実公昭５１
−３２０８３に示されている。この場合は、ポンプ吐出
圧によって斜板傾転角を制御し、圧カ一定制御を行う。

（発明が解決しようとする課Ｍ） しかし上記のような従来の装置にあって、流量の信号を
検出し、サーボ８！も１で傾転角を制御する購造のもの
は、機構が複雑になり、ポンプの占有ｕ　８２が大きく
なるとともにコストの上昇は避は難いという問題がある
。また、ポンプの斜板の自己復帰モーメントを用いて吐
出圧力を一定に制御する場合には、回転数の変動に対し
ても常時一定の吐出量を維持するという流量の制御は不
可能である。

本発明はポンプ回転数に対して所望の流量特性が得られ
る、単純な購造で、小型、低コストの斜板ピストンポン
プを提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） この発明は、ポンプ主軸と一体に回転するシリンダブロ
ックと、このシリンダブロックの回転中心と同一円周上
に等間隔でかつ往復動自由に配設されたピストンと、こ
れらピストンが摺接する斜板とを備え、斜板の傾転角に
応じてピストンのストロークを変化させてその吐出量を
制御する構成にした斜板ピストンポンプにおいて、ポン
プ吐出ラインに回路圧をほぼ一定に制御する圧力制御装
置を配置し、斜板傾転角を増大させる方向に斜板を付勢
する斜板支持ばねを設け、かつこの斜板をその最大傾転
角位置で制止するストツパを設置するとともに、斜板の
傾動中心をポンプ主軸の軸心に対して偏心させ、斜板に
発生する中立点復帰モーメントをポンプの回転数の増加
とともに増加させかつこの中立貞復帰モーメントと斜板
支持ぼねによるモーメントを所要の傾転角で平衡させる
ように構成した。

（作用） ポンプ回転数の上昇に伴い斜板の中立点復帰モーメント
が増加し、ある回転数で、斜板支持ばねのセット荷重に
よるモーメントと発生モーメントが等しくなる。その回
転数以下では斜板の傾転角が一定の、固定ｔｕＬ型のピ
ストンポンプであるが、その回転数より大きくなると、
斜板は最大傾転角から中立点方向に変位を開始し、やが
て中立点復帰モーメントと斜板支持ばねによる傾転角増
加方向のモーメントが平衡する角度位置となり、このよ
うにしてポンプの押し除は容積は減少していく。

この制御を開始する回転数は、ばねのセット荷重と復帰
モーメント特性によって決定され、また、制御状態での
斜板傾転角は、ばねのセット荷重、復帰モーメント特性
とともに、ばね定数によって決定される。

（実施例） 第１図は本発明による可変容量型斜板ピストンポンプの
基本回路を示す。

斜板ピストンポンプ１は原動機６で駆動され、吸込ライ
ン２から作動油を吸込み、吐出ライン３に圧油を吐出す
る。この吐出ライン３には、リリーフ弁に代表される圧
カ一定制御装ｒ！Ｉ４が設置され、吐出圧力をほぼ一定
に保持している。吐出ライン３は更に油圧アクチュエー
タ等の負荷５に接続されている。

１５２図は本発明による可変容量型斜板ピストンポンプ
１の断面図である。

ポンプボディ９の内部にはポンプ主軸１３と一体的に回
転するシリンダブロック１５が収められ、このシリンダ
ブロック１５にはポンプ主軸１３を中心にして同一円周
上に等間隔で複数のピストン１１が配設される。各ピス
トン１１はシリンダブロック１５に形成したシリンダ１
２に摺動自由に収められ、各ピストン１１の頭部がリテ
ーナ１６によって保持されるシュー１７を介して斜板７
と接触する。シリンダブロック１５の反対側は弁板１８
と接触し、シリンダブロック１５の回転に伴って往復動
するピストン１１によるシリング１２に対する作動油の
吸込みと吐出を制御する。

斜板７は、４０を通り紙面に垂直な斜板７のトラニオン
中心軸の回りを傾動するとともに、斜板支持ぼね８で傾
転角増大方向に力を受けており、ボディ９の一部をスト
ッパ１０として斜板７の最大傾角を決定している。前記
トラニオン軸中心Ｏはポンプ主軸１３の軸心よりも斜板
支持ばね８の方に所定量だけ偏心させて設けられる。

したがってこのポンプでは、斜板７には、上記斜板支持
ばね８の作用力とピストン１１の推力によって発生する
モーメントが作用する。そして本発明では斜板７に発生
する中立点復帰モーメントをポンプの回転数と共に増加
させ、かつこの中立点復帰モーメントと支持ばね８によ
るモーメントを所要の傾転角で平衡させるために以下の
ようにトラニオン軸中心０の位置、及び斜板支持ばね８
が設定される。

まず、支持ぼね８の作用力は、ばねの諸元（ばね定数、
自由長）と斜板傾角、ばね着力点から、比較的容易に求
まる。

これに対しで、ピストン推力によるそれは、シリング１
２の内圧と斜板７上のピストン１１の位置、及び斜板７
の傾動中心Ｏの位置によって決まる。

第３図は斜板７、ピストン１」、トラニオン中心軸Ｏの
関係を模式的に説明するものである。

ここで、ピストン１１の下死点到達位置からθｉの公転
角度位置にある１番ピストンの推力Ｆｉによる斜板傾転
モーメントＭｉを求めると、ピストン公転半径をＲ１斜
板傾転角をａとすれば、Ｆｉ＝Ｎｉｅｏｓθ１（１） Ｍｉ＝Ｎｉ　ＩＲｃｏｓ（９ｉ／ｃａｓａｈ　ｔａｎα
−（ｅ／ｃｏｓＱ　−ｃ　ｔａｎａ月　　　　　　（２
）この２式より、斜板からの抗力Ｎ１を消去すると、 Ｍｉ＝Ｆｉ　　ＩＲｃｏｓθｉ−ｅ＋（ｃ−１＋）　５
ｉｎａｌ／ｏＳ２ａ ＝ＦｉＲｃｏｓθｉ／ｃｏｓ２α−Ｆ　ｉ　　ｅ／ｃｏ
ｓ２α＋　Ｆ　ｉ　　（ｃ−１＋）　　５ｉｎ（２／ｃ
ｏｓ２Ｑ＝　Ｍ　ｉ、十Ｍ　ｉ２＋　Ｍ　ｉ　　　　　
　　　　　（３）右辺の第１項Ｍ１１はピストン公転角
度位置によって、ＩＡ　２　項Ｍ　ｉ　２はトラニオン
軸心とポンプ主軸中心との距Ｒｅによって、第１項Ｍ１
１は斜板摺動面からトラニオン軸心までの距離ｃ１及び
ピストンシューの球継手中心位置までの距離りとの差に
よって、それぞれ生ずるモーメンＦである。

ここで、ピストン推力Ｆｉはほぼシリング内圧Ｐｉによ
る油圧力Ａｐ−Ｐｉであり（Ａ　ｐ：ピストン有効断面
積）、更にポンプ吐出圧は前記圧カ一定制御！ｍ４によ
って一定値（Ｐｄ）に規定されることから、シリング内
圧パターンは模式的に、第４図の実線ように、吐出行程
のθｉ＝０〜πｒａｄでＰｉ＝Ｐｄ、吸込行程のθｉ＝
　ｗ　−２πｒａｄでＰｉ＝Ｏと考えられる。

このときのモーメントＭｉの平均値Ｍｉは、Ｍｉ＝１／
２π・Ｓ二Ｍｉｄθｉ ＝　１　／　２　ｗ　・Ｓ：（Ａｐｐ　ｄＲ／　ｅｏｓ
２α’　ｃｏｓθｉ　−Ａ　ｐＰ　ｄ／　ｃｏｓ２α・
ｅ＋　Ａ　ｐＰ　ｄｓｉｎα／ｃｏｓ２（７］ｄθｉ ＝　Ｏ−１／２　・ＡｐＰｄ／ｃｏｓ２ｆｆ−ｅ＋１　
／２・ＡｐＰｄｓｉｎｆｆ　／ｃｏｓ２α−（ｅ−ｈ）
　　　（４）となり、ｎ本ピストンのポンプではこの１
倍のモーメントが発生する。

１４図の実線のようにシリング内圧パターンが変化する
と、（３）式の右辺の各項は、θｉに対して第５図〜第
７図のように変化し、平均的には、ピストン公転位置に
よるモーメントは０となり、ｅ。

ｃ−ｈによるモーメントのみ発生することになる。

しかし、実際には、シリング内圧は有限の時間を要して
遷移するので、一般にある回転数Ｎ。で、第４図の破線
のようなパターンとなり、これにより、（３）式右辺の
各項によって求まるモーメントは、それぞれ第５図〜第
７図の破線のように変化するが、それらの平均値はｔｉ
述の実線の場合と同様である。

ところで、吐出圧Ｐｄを一定にし、シリング内圧の遷移
開始角度位置を同じにしたままシリング内圧パターンの
変化率ｄＰｉ／ｃｌθｉを小とし、第４図の一点鎖線の
ようなパターンとした場合、（３）式右辺の各項によっ
て求まるモーメントは、それぞれＰｔ５Ｓ図〜第７図の
−、α鎖線のように変化する。

この場合、Ｍｉ＋の平均値Ｍｉ、は０にならず、斜板傾
転角減少方向となる負のモーメントを発生してお９、更
に、シリング内圧パターンの変化率ｄＰｉ／ｄθｉを小
とするほど復帰モーメントが大きくなること、また、　
Ｍ　ｉ２ｙＭ　ｉｓの値はほとんど変化しないことが分
る。

すなわち、ポンプ回転数の増加とともに、シリング内圧
パターンの遷移開始角度位置があまり変わらず、変化率
ｄＰｉ／ｄθｉが小さくなると、回転数に比例的に大き
くなる斜板復帰モーメントが発生するが、その変化量は
トラニオン紬の中心位置に関するｅ、ｃ、ｈの値の影響
はほとんど受けない。

弁板形状としては、ノツチが無かったり、ノツチが深く
、短いものは圧力の遷移区間が短く、回転数変化に対す
るシリング内圧パターンの変化が小さいのに対して、ノ
ツチが長く、狭い弁板においては、シリング内圧パター
ンの変化が大さく、このため回転数の増加とともに復帰
モーメントが大きく増大することを、発明者の一人らが
確認している（油圧と空気圧、１８−４（１９８７−７
）、３１７ベーノ）。

よって本発明では、ノツチが長く、狭い弁板形状を用い
て、回転数の増加とともに、中立点復帰モーメントが増
大、あるいは傾転角増加方向のモーメントが減少する特
性を実現している。

以上のことがら、傾転角ａがａ、で一定とすれば、回転
数Ｎに対するＭｉ、、Ｍｉ２．Ｍｉ、の特性は第８図、
第９図のようになる。

一方、回転数に対して希望する流量特性を得るためには
、ある回転数Ｎｊでの所要流量をＱｊとすれば、傾転角
１＝Ｑｊ／（Ｎｊ　ｋｖηＶ）とすれば良い。ここで、
？Ｖはポンプ！！！！積効率、ｋｖは傾転角ａとポンプ
押し除は容積Ｄｐの関係を示す係数であり、厳密にはＤ
ｐ＝ｋｙ　ｔａｎαであるが、傾転角ａ程度の角度では
ｔａｎ　ＩＩ’；ｉαで、定数と見なせる。

いま、回転数に対して流量一定の特性のポンプにいつい
て説明する。この場合、 Ｑ＝＋７ｖｋｖ　ａＮ　　　　　　　　　　　（５）で
、Ｑ＝Ｑ、＝一定、であるので、 ’　Ｎ　＝Ｑ　ｏ／　（’７　ｖ　ｋｖ　）＝一定　　
　　（６）となり、ａとＮの関係は双曲線で示されるが
、ａはｆｆｌａＭで飽和するので、１０図のような関係
となる。すなわち、Ｎ≦Ｎｃでは、斜板７はス）？パ１
０に当たってその最大傾転角を保つ固定容量ポンプであ
り、Ｎ＞Ｎｃでは、所要傾転角で、ばね力によるモーメ
ン）ＭＳとピストン推力に起因するモーメン）ｎＭｉが
平衡する可変容量型ポンプとなる。ただしＮ　ｅ”　Ｑ
　ｏ／　（＋７　ｖ　ｋｖ　１７　ｗａｘ）である。

このため、αとＭｓの関係は、ｔ５１１図のようにしで
、最大傾転角ａ　ｗａｘ時にもばね力で傾転角増加側に
モーメントを発生させている。

これに対して、傾転角ａとピストン推力によって発生す
るモーメントの関係を（３）式右辺の各項別に示すと、
第１項ｎＭｉ＋は第１２図、第２，３項のｎＭ　ｉｚ＋
ｎＭ　ｉｓは第１３図のようになる。

第１２図の破線は回転数をパラメータとしてｎＭｉ、の
傾角αに対する値を示し、更に第１４図に示す各回転数
で必要な傾転角のときのモーメントを結」こと、図中の
実線のように近似でき、これがモーメントの平衡の際に
考慮すべきｎＭｉｌである。

よって、ピストン推力によって斜板７に発生するモーメ
ン）ｎＭｉは、第１２図、第１３図の実線を合計して、
第１４図のようになる。ここで、ｎＭ　ｉ　＋　Ｍ　ｓ
＝０、すなわち、ｎＭ　ｉ　＝　−Ｍ　ｓ　（７）とし
て、はぼ第１５図のような定吐出流量特性を得ている。

（７）式が満足されないときには、トラニオンの軸心位
置に関するｅ、ｃ−ｈの変更、あるいは斜板支持ばねの
ばね定数、セット荷重の変更、さらには、両者の併用に
より、（））式を満足させれば良い。

なお、弁板形状の変更も有効である。

以上の説明では、ピストン推力によるモーメン）ｎＭｉ
の傾転角ａに対する特性がほぼ線形の場合を示したが、
これが線形の近似では、十分な流量制御精度が得られな
い場合があるが、このときには、斜板支持ぽね８に、複
数本のばねを組み合わせたり、円錐コイルぽね等の非線
形特性のばねを用いる。

以上の実施例ではトラニオン形の斜板を用いているが、
いわゆるクレイドル形と呼ばれる半円筒形の斜板を用い
てら良いこと当然であり、この場介には、前述でのトラ
ニオンの中心軸を斜板の傾動の中心軸と置換えればよい
。

また、ここでは、定吐出流量特性のポンプについて実施
例を示したが、回転数Ｎｃ以上の領域で流量の減少する
特性、または増加するものの、回転数に対する流量増加
率がＮｃ以下の領域でのそれに比較して減少する特性も
、（５）式から、各回転数Ｎでの所望のＱを実現するた
めの傾転角αを求め、定吐出流量特性のｐＪ−α関係を
示している第１０図をこの新たなＮ−α関係で置換え、
定吐出流量特性の場合と同様にして設計を行って実現し
ている。

例えば、第１６図の破線で示すようなＮ−α関係にすれ
ば、各回転数に対して、定吐出流量特性となる傾転角よ
り大きい傾転角を有するので、第１７図の破線のように
回転数の増加とともに流量が増加する特性になる。また
、第１６図の−、α鎖線に示すＮ−α関係にすれば、回
転数の増加に対して流量が減少する第１７図の一点ａ線
に示す特性となる。

更に、第１６図の二点鎖線に示すＮ−α関係にすれば、
回転数の増加に対して流量が一時期増加し、その後減少
する第１７図の二点鎖線に示す特性となる。

このように、本発明のポンプは回転数に対して任意の流
量特性が容易に実現できる。

（発明の効果） 以−ヒのよ、うに本発明は、ポンプ吐出ラインに回路圧
をほぼ一定に制御する圧力制御装置を配置し、斜板傾転
角を増大させる方向に斜板を付勢する斜板支持ばねを設
け、かっこの斜板をその最大傾転角位置で制止するスト
ッパを設置するとともに、斜板の傾動中心をポンプ主輪
の細心に対して偏心させ、斜板に発生する中立点復帰モ
ーメントをポンプの回転数の増加とともに増加させかっ
この中立点復帰モーメントと斜板支持ばねによるモーメ
ントを所要の傾転角で平衡させるように植成したため、
ばねのセット荷重と回転数に対する自己復帰モーメント
特性の設定により、ポンプ吐出流量を回転数に対して任
意の流量特性、たとえばある回転数以上で流量を一定に
したり、あるいは減少または増加させたり、さらには始
めは減少させその後に再び増加、ないし一定とする等の
特性を得ることができ、しかもこれらはポンプ構造の複
雑化や大型化を招くことなく、低コストでもって実現で
きるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

１１図は本発明の全体構成をあられす油圧回路図、第２
図は斜板ピストンポンプの具体例を示す断面図、第３図
は斜板に作用するモーメンＦの関係を説明するための模
式図、第４図はポンプ回転角とシリンダ内圧との関係を
示す説明図、ｆ：ｌＳ５図から第７図はそれぞれポンプ
回転角と発生モーメントの関係を示す説明図、第８図、
第９図はそれぞれポンプ回転数と発生モーメントの関係
を示す説明図、第１０図は斜板傾転角とポンプ回転数に
対する吐出量の関係を示す説明図、第１１図はばね力に
よるモーメントと斜板傾転角の関係を示す説明図、１１
２図（Ａ）と第１３図はピストン推力によるモーメント
と斜板傾転角の関係を示す説明図、第１２図（Ｂ）は斜
板傾転角とポンプ回転数に対する吐出量の関係を第１２
図＜Ａ）に対応して示す説明図、ｆ５１４図は斜板傾転
角と発生モーメントの関係を示す説明図、ｆＪｆＪ１５
図はポンプ回転数に対する吐出量の関係を示す説明図、
第１６図はポンプ回転数と斜板傾転角の関係を示す説明
図、第１７図は第１６図に対応した流量特性を示す説明
図である。 １・・・斜板ピストンポンプ、３・・・吐出ライン、４
・・・圧力制御装置、７・・・斜板、８・・・支持ばね
、９・・・ポンプボディ、１０・・・ストッパ、１１・
・・ピストン、１２・・・シリンダ、１３・・・ポンプ
主軸、１５・・・シリンダプロ・ツク。 第 図 第６図 第７図 第９図 第３図 第１０図 第１！図 第１２図（Ａ） 第１２図（Ｂ） 第１３図 第１６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ポンプ主軸と一体に回転するシリンダブロックと、この
   シリンダブロックの回転中心と同一円周上に等間隔でか
   つ往復動自由に配設されたピストンと、これらピストン
   が摺接する斜板とを備え、斜板の傾転角に応じてピスト
   ンのストロークを変化させてその吐出量を制御する構成
   にした斜板ピストンポンプにおいて、ポンプ吐出ライン
   に回路圧をほぼ一定に制御する圧力制御装置を配置し、
   斜板傾転角を増大させる方向に斜板を付勢する斜板支持
   ばねを設け、かつこの斜板をその最大傾転角位置で制止
   するストッパを設置するとともに、斜板の傾動中心をポ
   ンプ主軸の軸心に対して偏心させ、斜板に発生する中立
   点復帰モーメントをポンプの回転数の増加とともに増加
   させかつこの中立点復帰モーメントと斜板支持ばねによ
   るモーメントを所要の傾転角で平衡させるように構成し
   たことを特徴とする可変容量型斜板ピストンポンプ。