JPH04136489A - 可変容量型油圧ポンプ制御装置 - 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〕 本発明は、例えば油圧ショベル、油圧クレーン等の建設
機械に設けられ、油圧ポンプからの圧油の吐出量を可変
に制御するのに好適に用人られる可変容量型油圧ポンプ
制御装置に関する。

〔従来の技術〕

一般に、原動機によって駆動され、容量可変部を有した
可変容量型の油圧ポンプと、圧油を給排してサーボピス
トンを摺動させることにより、該油圧ポンプの容量可変
部を傾転駆動するサーボアクチュエータと、制御信号に
より開、閉弁され、該サーボアクチュエータに圧油を給
排する電磁式の容量制御弁と、該容量制御弁に制御信号
を出力し、前記油圧ポンプの容量をサーボアクチュエー
タにより可変に制御させる制御手段とからなる可変容量
型油圧ポンプ制御装置は知られている。

この種の可変容量型油圧ポンプ制御装置では、制御手段
から出力された制御信号により容量制御弁を開、閉弁さ
せたときに、該容量制御弁を介してサーボアクチュエー
タに給排される圧油によってサーボピストンを摺動変位
させ、該サーボビストンで油圧ポンプの容量可変部を傾
転駆動することにより該油圧ポンプの容量としての吐出
量Ｑを、例えば第４図に示す特性線の如く可変に制御す
るようにしている。

この場合、油圧ポンプと油圧アクチュエータとを接続す
る管路の途中には、該油圧アクチュエータの負荷圧Ｐを
検出する圧力センサが設けられ、前記制御手段は圧力セ
ンサが検出した負荷圧Ｐに基づき第４図に示す特性線に
沿って油圧ポンプの吐出量Ｑを増減させるように、容量
制御弁に制御信号を出力し、油圧ポンプを駆動する原動
機に過負荷が作用してエンジンストール（以下、「エン
スト」という）が起きるのを防止すると共に、原動機の
限られた馬力を有効に活用するようにしている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、上述した従来技術では、油圧アクチュエータ
の負荷圧Ｐが変化したときに、これに対応して迅速に油
圧ポンプの吐出力Ｑを可変に制御する必要があるから、
制御手段からの制御信号により電磁式の容量制御弁を開
、閉弁させてサーボアクチュエータに圧油を給排したと
きに、サーボピストンをスムーズに摺動できるようにし
ているこのため従来技術では、サーボアクチュエータの
シリンダとサーボピストンとの間に製造時の寸法公差等
により隙間が生じ、サーボアクチュエータに給排した圧
油がこの隙間を介して外部に漏洩してしまう。そして、
圧油が漏洩すると、これによりサーボピストンが摺動し
て油圧ポンプの容量可変部が傾転され、該容量可変部の
傾転角がずれることにより油圧ポンプの吐出量Ｑが変化
し、該油圧ポンプの容量を正確に制御できないという問
題がある。

本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので
、本発明はサーボアクチュエータから圧油が外部に漏洩
するのを防止でき、油圧ポンプの容量を高い応答性をも
って正確に制御できるようにした可変容量型油圧ポンプ
制御装置を提供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

上述した課題を解決するために本発明が採用する構成の
特徴は、サーボアクチュエータに、外部に圧油が漏洩す
るのを防止すべ（サーボピストンの外周側にピストンリ
ングを設けたことにある。

〔作用〕

上記構成により、サーボアクチュエータからの圧油の漏
洩量を低減でき、サーボピストンの摺動位置がずれるの
を防止できる上に、該サーボピストンをスムーズに摺動
させることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図ないし第３図に基づき説
明する。

図において、１は原動機（図示せず）によって駆動され
る可変容量型の油圧ポンプを示し、該油圧ポンプ１は、
例えば斜軸型、斜板型等の油圧ポンプが用いられ、弁板
、斜板等の容量可変部ＩＡを傾転することによって容量
（吐出量Ｑ）を可変とする構成になっている。そして、
該油圧ポンプ１はタンク２内の作動油を圧油として主管
路３内に吐出させることにより、この圧油を制御弁等を
介して油圧アクチュエータ（いずれも図示せず）に供給
するようになっている。

４は油圧ポンプ１に付設されたサーボアクチュエータを
示し、該サーボアクチュエータ４は、段付筒状に形成さ
れ、内周側が大径穴５Ａ、小径穴５Ｂとなったシリンダ
５と、該シリンダ５の両端を施蓋すべく該シリンダ５の
両端にボルト（図示せず）等を介して着脱可能に取付け
られた第１および第２のカバー６．７と、シリンダ５の
大径穴５Ａ、小径穴５Ｂ内に摺動可能に挿嵌された大径
部８Ａ、小径部８Ｂを有し、該大径部８Ａ、小径部８Ｂ
がカバー６．７との間に大径の圧力室９と小径の圧力室
１０とを画成したサーボピストン８とからなり、該サー
ボピストン８の小径部８Ｂはリンク１１を介して油圧ポ
ンプ１の容量可変部ＩＡに連結されている。

また、該サーボアクチュエータ４のカバー６゜７には後
述する補助ポンプ１４からの圧油を圧力室９．１０内に
給排する給排口６Ａ、７Ａが形成され、圧力室９．１０
内に給排された圧油によりサーボピストン８は矢示Ａ、
Ｂ方向に摺動されるようになっている。そして、該サー
ボピストン８は矢示Ａ、Ｂ方向に摺動変位するときに、
油圧ポンプ１の容量可変部ＩＡをリンク１１を介して矢
示Ｃ，Ｄ方向に傾転駆動し、油圧ポンプ１の容量（吐出
量Ｑ）を減少または増大させるようになっている。また
、サーボピストン８の大径部８Ａ外周側には第２図に示
す如く断面コ字形状のリング溝８Ｃが形成されている。

１２はサーボピストン８のリング溝８０に装着されたピ
ストンリングを示し、該ピストンリング１２はばね性を
有する鋳鉄等の金属材料またはエンジニアプラスチック
等の硬質樹脂材料により断面矩形状に形成された円形リ
ングを途中部位で切断することにより略Ｃ字形状のリン
グとして形成され、リング溝８Ｃ内に縮拡径可能に配設
されている。そして、該ピストンリング１２はシリンダ
５の大径穴５Ａとサーボピストン８の大径部８Ａとの間
をシールすることにより、両者の間の隙間（図示せず）
を介して圧力室９内の圧油が後述のドレン管路１３側に
漏洩するのを防止するようになっている。また、該ピス
トンリング１２は圧力室９内の圧油等によりシリンダ５
の壁面との間に潤滑性が与えられ、該シリンダ５内でサ
ーボピストン８をスムーズに摺動させるようになってい
る１３はシリンダ５の段部５Ｃ近傍に位置して大径穴５
Ｂ内をタンク２に接続したドレン管路を示し、該ドレン
管路１３は圧力室１０内からシリンダ５の小径穴５Ｂと
サーボピストン８の小径部８Ｂとの間の隙間（図示せず
）を介して大径穴５Ａ側に漏出してくる圧油をタンク２
内へと排出させるようになっている。また、該ドレン管
路１３はサーボピストン８が矢示Ａ方向に摺動して大径
部８Ａとシリンダ５０段部５Ｃとの間の空間が負圧とな
ったときに、タンク２内の作動油をこの空間内に補給し
、負圧の発生を抑えるようになっている。

１４は油圧ポンプ１と共に原動機によって駆動される補
助ポンプを示し、該補助ポンプ１４の吐出側は管路１５
を介してサーボアクチュエータ４の給排ロアＡに接続さ
れ、補助ポンプ１４からの圧油を圧力室１０内に給排す
るようになっている。また、管路１５は接続点１６で他
の管路１７゜１８と接続され、該管路１８の先端側はタ
ンク２と接続されている。そして、管路１７の先端側は
サーボアクチュエータ４の給排口６Ａに接続され、圧力
室９内に補助ポンプ１４からの圧油を給排するようにな
っている。

１９．２０はサーボアクチュエータ４の圧力室９．１０
に圧油を給排する容量制御弁としての電磁弁を示し、該
電磁弁１９．２０はソレノイド部１９Ａ、２ＯＡとげね
１９Ｂ、２０Ｂとを有し、常時はばね１９Ｂ、２０Ｂに
より閉弁位置（イ）に切換えられるようになっている。

そして、該電磁弁１９．２０は後述のコントローラ２２
から制御信号が出力され、ソレノイド部１９Ａ、２ＯＡ
が励磁されたときにばね１９Ｂ、２０Ｂに抗して開弁位
置（ロ）に切換えられる。ここで、電磁弁１９は補助ポ
ンプ１４の吐出側と接続点１６との間に位置して管路１
５の途中に設けられ、電磁弁２０は管路１８の途中に設
けられている。

そして、電磁弁１９が開弁位置（ロ）となり、電磁弁２
０が閉弁位置（イ）となったときには、補助ポンプ１４
からの圧油が管路１５，１７を介してサーボアクチュエ
ータ４の圧力室９内に供給され、サーボピストン８の受
圧面積は大径部８Ａが小径部８Ｂより大きいから、該サ
ーボピストン８は矢示Ｂ方向に摺動変位し、電磁弁１９
．２０を図示の如く共に閉弁位置（イ）に切換えたとき
には、サーボピストン８の摺動は停止される。また、電
磁弁１９が閉弁位置（イ）となり、電磁弁２０が開弁位
置（ロ）となったときには、サーボアクチュエータ４の
圧力室ｌＯ内に補助ポンプ１４からの圧油が供給され、
圧力室９内の圧油は管路１７，１８を介してタンク２へ
と排出されるから、サーボピストン８は矢示Ａ方向に摺
動変位し、電磁弁２０を閉弁して圧力室９内の圧油の排
出を断つまでは矢示Ａ方向の摺動を続ける。

２１は油圧ポンプ１に付設され、容量可変部ＩＡの傾転
角を検出する傾転角検出手段としての傾転角センサを示
し、該傾転角センサ２１はサーボアクチュエータ４によ
り容量可変部ＩＡが矢示ＣＤ方向に傾転されたときに、
該容量可変部ＩＡの傾転角を油圧ポンプ１の吐出量Ｑに
対応する値として検出し、これをコントローラ２２に出
力するようになっている。また、前記主管路３の途中に
は油圧ポンプ１の吐出圧を油圧アクチュエータの負荷圧
Ｐとして検出する圧力センサ（図示せず）が設けられ、
この圧力センサは負荷圧Ｐに対応する検出信号をコント
ローラ２２に出力するようになっている。

２２はマイクロコンピュータ等によって構成される制御
手段としてのコントローラを示し、該コントローラ２２
はその入力側が前記圧力センサおよび傾転角センサ２１
等に接続され、出力側が電磁弁１９．２０のソレノイド
部１９Ａ、２ＯＡ等に接続されている。そして、該コン
トローラ２２は原動機の回転数が、例えば所定の回転数
となつた状態で、圧力センサからの負荷圧Ｐと傾転角セ
ンサ２１からの吐出量Ｑとが第４図に例示した特性線の
関係を満たすように電磁弁１９．２０に制御信号を出力
するようになっている。これによって、該コントローラ
２２は原動機に過負荷が作用するのを防止し、原動機の
限られた馬力を有効に活かすようになっている。

本実施例による可変容量型油圧ポンプ制御装置は上述の
ごとき構成を有するもので、次にその作動にって説明す
る。

まず、圧力センサからの負荷圧Ｐが第４図に例示する圧
力ＰＡから圧力ＰＢまで低下したときには油圧ポンプ１
の吐出量Ｑを、例えば吐出量ＱＡから吐出力Ｑ８まで増
大させるべく、電磁弁１９のソレノイド部１９Ａにコン
トローラ２２から制御信号を出力して電磁弁１９を開弁
位置（ロ）に切換え、補助ポンプ１４からの圧油を管路
１５゜１７を介してサーボアクチュエータ４の圧力室９
内に供給し、サーボピストン８を矢示Ｂ方向に摺動させ
ることによって、油圧ポンプ１の容量可変部ＩＡを矢示
り方向に傾転させ、油圧ポンプ１の容量（吐出量Ｑ）を
増大させる。そして、傾転角センサ２１で容量可変部Ｉ
Ａの傾転角θを検出しく第３図参照）、この傾転角θが
吐出量Ｑ、に対応する角度となったときには、コントロ
ーラ２２からの制御信号の出力を停止して電磁弁１９を
閉弁位置（イ）に切換え、圧力室９内への圧油の供給を
停止させることにより、サーボピストン８の矢示Ｂ方向
への摺動を停止させる。

また、圧力センサからの負荷圧Ｐが第４図に示す圧力Ｐ
ｌから圧力ＰＡ間で上昇したときには、油圧ポンプｌめ
吐出量Ｑを吐出量ＱＢから吐出量ＲＱＡ間で減少させる
べく、コントローラ２２から電磁弁２０のソレノイド部
２ＯＡに制御信号を出力して電磁弁２ｏを開弁位置（ロ
）に切換え、補助ポンプ１４からの圧油をサーボアクチ
ュエータ４の圧力室１０に供給し、圧力室９内の圧油を
管路１７，１８を介してタンク２内に排出させ、サーボ
ピストン８を矢示Ａ方向に摺動させることによって、油
圧ポンプ１の容量可変部ＩＡを矢示Ｃ方向に傾転させ、
該油圧ポンプ１の吐出量Ｑを減少させる。そして、傾転
角センサ２１による検出角度が吐出量ＱＡに対応する角
度となったときには、電磁弁２０を閉弁位置（イ）に切
換え、圧力室９からの圧油の排出を断つことにより、サ
ーボピストン９の矢示Ｂ方向への摺動を停止させるこの
場合、コントローラ２２は記憶回路の記憶エリア（図示
せず）内に、例えば前記吐出量ＱＡまたはＱ、等に対応
する目標傾転角θ。を第３図に示す如（設定し、傾転角
センサ２１で検出した傾転角θが目標傾転角θ。に対し
所定の所定のヒステリシス±αなる範囲（θ。±α）に
達したときに前記制御信号の出力を停止し、電磁弁１９
゜２０を共に閉弁させることによってサーボピストン８
の摺動を停止させるようにしている。

しかし、圧力室９内の圧油がシリンダ５の大径穴５Ａと
サーボピストン８の大径部８Ａとの間の隙間を介してド
レン管路１３側に漏洩するときには、この圧油の漏洩に
よりサーボピストン８が矢示へ方向に摺動し、油圧ポン
プ１の容量可変部ＩＡを矢示Ｃ方向に傾転させるから、
傾転角センサ２１で検出した傾転角θが第３図に示す如
く目標傾転角θ。に対する所定の範囲（θ。±α）より
も小さ（なり、電磁弁１９を開弁させて補助ポンプ１４
からの圧油を圧力室９内に供給し、サーボピストン８を
矢示Ｂ方向に摺動させない限り、前記傾転角θを目標傾
転角θ。の範囲（θ０±α）に設定できない。そして、
この範囲（θ。±α）に設定した後も、圧力室９内の圧
油は再び漏洩するから、電磁弁１９の開、閉弁動作を第
３図に示す周期ｔ１をもって繰返す必要が生じ、電磁弁
１９の励磁、消磁を繰返すことにより寿命が低下する。

そこで、本実施例では、サーボピストン８の大径部８Ａ
外周にリング溝８０を設け、該リング溝８０内にピスト
ンリング１２を装着することにより、サーボピストン８
の大径部８Ａとシリンダ５の大径穴５Ａとの間をシール
し、圧力室９内の圧油がドレン管路１３側に漏洩するの
を防止するようにしている。また、該ピストンリング１
２はばね性を有する鋳鉄等の金属材料またはエンジニア
プラスチック等の硬質樹脂材料により略Ｃ字形のリング
として形成され、シール溝８Ｃ内に縮拡径可能に配設さ
れているから、前記シール性を高めつる上に、圧力室９
からの圧油により潤滑され、サーボピストン８をシリン
ダ５内でスムーズに摺動させることができ、摺動特性と
耐摩耗性を向上することができる。

従って、本実施例によれば、サーボピストン８の大径部
８Ａに設けたピストンリング１２により圧力室９内の圧
油が外部に漏洩するのを確実に低減できるから、例えば
油圧ポンプ１の容量可変部ＩＡを目標傾転角θ。の範囲
（θ。±α）に設定するのに電磁弁１９の開、閉弁動作
を頻繁に繰返す必要がな（なり、第３図に例示した周期
ｔ、を大幅に長（することができ、電磁弁１９等の寿命
を効果的に延ばすことができる。そして、圧力室９から
の圧油等によりピストンリング１２を潤滑でき、サーボ
ピストン８をシリンダ５内でスムーズに摺動させつるか
ら、油圧アクチュエータ側の負荷圧Ｐの変化に対応して
サーボピストン８を摺動させ、油圧ポンプ１の吐出力Ｑ
を高い応答性をもって可変に制御できる。

また、容量可変部ＩＡの傾転角θを傾転角センサ２１で
検出し、目標傾転角θ。の範囲（θ。±α）にこの傾転
角θを設定すべく、電磁弁１９゜２０にボントローラ２
２から制御信号を出力し、油圧ポンプ１の容量（吐出量
Ｑ）をフィ゛−ドパツク制御する構成としたから、サー
ボアクチュエータ４による容量可変部ＩＡの傾転角制御
を高精度に行なうことができ、サーボピストン８の摺動
性がピストンリング１２により万−減じられたとしても
、傾転角θを目標傾転角θ。の範囲（θ０±α）に確実
に設定できる上に、圧力室９からの圧油の漏洩を効果的
に防止でき、油圧ポンプ１の容量を正確に制御すること
が可能となる等、種々の効果を奏する。

なお、前記実施例では、サーボアクチュエータ４のカバ
ー６．７に圧油の給排口６Ａ、７Ａを設け、該給排口６
Ａ、７Ａを管路１７，１５に接続して圧力室９．１０内
に圧油を給排するものとして述べたが、これに替えて、
例えば圧力室１０内にばねを設けてサーボピストン８を
矢示Ａ方向に常時付勢するようにし、圧力室９内にのみ
圧油を給排する構成としてもよ（、この場合には給排ロ
アＡを省略することができる。

また、前記実施例では、油圧ポンプ１の吐出量Ｑを負荷
圧Ｐに基づき第４図に示す特性線に沿って制御するもの
として述べたが、本発明はこれに限らず、例えばロード
センシングシステムを用いて油圧ポンプ１の吐出量Ｑを
制御するまうにしてもよい。

〔発明の効果〕

以上詳述したとおり本発明によれば、サーボピストンの
外周側にピストンリングを設け、圧油が外部に漏洩する
のを防止するようにしたから、サーボピストンの摺動位
置が圧油の漏洩によってずれるのを防止でき、油圧ポン
プの容量を正確に制御できる上に、サーボアクチュエー
タ内の圧油によりピストンリングを潤滑し続けることが
でき、サーボピストンをスムーズに摺動させて容量制御
時の応答性を高めることができる。また、電磁式の容量
制御弁の作動回数を減らすことができ、寿命を効果的に
延ばすことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明の実施例を示し、第１図は
油圧ポンプ制御装置の油圧回路図、第２図はサーボアク
チュエータの拡大縦断面図、第３図は傾転角の制御特性
を示す線図、第４図は従来技術を示す負荷圧と吐出量と
の特性線図である。 １・・・油圧ポンプ、ＩＡ・・・容量可変部、２・・・
タンク、４・・・サーボアクチュエータ、５・・・シリ
ング、６．７・・・カバー　８・・・サーボピストン、
８Ａ・・・大径部、８Ｂ・・・小径部、９，１０・・・
圧力室、１２・・・ピストンリング、１３・・・ドレン
管路、１５．１７１８・・・管路、１９．２０・・・電
磁弁（容量制御弁）、２１・・・傾転角センサ、２２・
・・コントローラ（制御手段）。 第２図 第３図 詩閏（１）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 原動機によって駆動され、容量可変部を有した可変容量
   型の油圧ポンプと、圧油を給排してサーボピストンを摺
   動させることにより、該油圧ポンプの容量可変部を傾転
   駆動するサーボアクチュエータと、制御信号により開、
   閉弁され、該サーボアクチュエータに圧油を給排する電
   磁式の容量制御弁と、該容量制御弁に制御信号を出力し
   、前記油圧ポンプの容量をサーボアクチュエータにより
   可変に制御させる制御手段とからなる可変容量型油圧ポ
   ンプ制御装置において、前記サーボアクチュエータには
   、外部に圧油が漏洩するのを防止すべく前記サーボピス
   トンの外周側にピストンリングを設けたことを特徴とす
   る可変容量型油圧ポンプ制御装置。