JPH0491380A - 可変容量型ポンプの制御装置 - 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］ この発明は可変容量型ポンプの制御装置に関するもので
ある。

［従来の技術］ 特開昭６２−５５４８４号公報には、圧力と流量の設定
を電気信号で与え、吐出量可変要事の位置制御を単一の
比例電磁制御弁による閉ループの電気−油圧制御系で行
なうことにより、吐出ラインに流量制御弁を接続するこ
となくポンプ吐出量と流量を前記可変要素の変位によっ
て制御するようにしたロードセンシング方式の可変容量
型ポンプが示されている。この従来の可変容量型ボンブ
では、ポンプの吐出量可変要素へ操作力を与えるための
操作ピストンの圧力室内の圧油圧力を吐出圧油の一部の
導入により増圧またはタンクラインへの導出により降圧
させるように単一の比例電磁制御弁を用いて吐出圧およ
び吐出流量（可変要素の位置）の測定電気量に基づく閉
ループフィードバック制御をすることにより、吐出量可
変要素を操作ピストンを介して戻しばねに抗して位置制
御し、設定圧力以下では吐出流量を設定値に保つと共に
設定圧力に達したときには前記可変要素を吐出流量が必
要最小限になるカットオフ位置に変位させている。

しかしながら、この従来の可変容量型ポンプでは、ポン
プの吐出量可変要素の位置制御を、可変要素の戻しばね
に対抗する操作ピストンのみの圧力制御で行なっており
、ポンプの最低調圧をなるべく低くするために操作ピス
トン径を比較的太くして低圧領域でも安定した流量制御
ができるようにしているが、そのために操作ピストンの
単位変位量当りのパイロット流量が多くなり、吐出量可
変要素の応答性が低下する傾向があった。

これを解決するために、例えば実開昭６３−１９１２８
１号あるいは実開昭６４−４１６８１号では、パイロッ
ト圧油の導入を受けてポンプ吐出量可変要素をばね力に
抗して最小吐出量位置へ向けて押圧する操作ピストンの
ほかに、圧油の導入により前記吐出量可変要素に対して
前記ばね力と同方向の押圧力を作用させるバイアスピス
トンを設けたタイプの可変容量型ポンプの制御装置の改
良が提案されている。

即ち、このようなバイアスピストンを有するものでは、
操作ピストンへのパイロット流れを三方弁形式または四
方弁形式の前記比例電磁制御弁で制御するときに、ポン
プ自身の吐出圧油の一部または別の補助ポンプからの圧
油な前記パイロ・ソト流れに利用し、このパイロット圧
を前記バイアスピストンにも導入して、バイアスピスト
ンにより前記戻しばねのばね荷重と同じ方向にパイロッ
ト圧に応じた大きさの力を吐出量可変要素に作用させ、
これにより戻しばねの力の一部を肩代りさせて比較的小
型の戻しばねの採用を可能とし、結果的に流量制御状態
の特に低圧領域での吐出量可変要素の応答性を高めるこ
とを実現している。

［発明が解決しようとする課題］ 操作ピストンおよびバイアスピストンへのパイロット圧
油の供給方式として、従来からこの種の可変容量型ポン
プの制御装置では、ポンプ自身の吐出圧の一部をパイロ
ット圧油として利用する自己圧パイロット方式と、別の
補助ポンプからの吐出圧油なパイロット圧油として利用
する外部パイロット方式との三方式が知られている。

前記バイアスピストンを用いた場合、前記比例電磁制御
弁として三方弁方式のものを用いた自己圧パイロット方
式ではバイアスピストンには常に自己の吐出圧に対応す
る圧力が作用し、また外部パイロット方式ではバイアス
ピストンには常に補助ポンプの吐出圧に対応する圧力が
作用していることになる。

前記比例電磁制御弁として三方弁方式のものを用いた自
己圧パイロット方式では、操作ピストン背部の圧力室に
操作ピストンがフルカットオフ位置になったとぎにトレ
ンへ開かれるブリード穴を設けることにより、操作ピス
トンがフルカットオフ位置になるとブリード穴を通して
ドレンへ流出するパイロット流れが生じるので、操作ピ
ストンはポンプ自体の吐出圧との油圧平衡動作を行って
安定したカットオフ特性をもたらし、また流量制御時の
低圧領域における吐出量可変要素の位置制御に対してバ
イアスピストンの付加による応答性の向上が支障なく行
なわれる。

しかしながら、前記比例電磁制御弁として四方弁方式の
ものを用いたものや、前記操作ピストンとバイアスピス
トンへのパイロット圧油を別の補助ポンプから供給する
外部パイロット方式のものでは、バイアスピストンの存
在により次のような問題点が生じる。

即ち、前記比例電磁制御弁として四方弁方式のものを用
いたものでは、操作ピストンにパイロット圧が導入され
るときにはバイアスピストンがりンクラインへ落ち、逆
に操作ピストンがタンクラインへ落ちるときにはバイア
スピストンにパイロット圧が導入され、バイアスピスト
ンによる力が吐出量可変要素に対して流量増加方向にの
み有効となるので、流量制御に対しては操作ピストン径
を比較的小さくして操作ピストンの押圧による吐出量可
変要素の流量減少動作と戻しばねおよびバイアスピスト
ンによる吐出量可変要素の流量増加動作との何れの応答
性も向上させることができ、また微小流量制御時にもか
なり低圧にまで流量制御が安定に行なわれるという最低
調圧の引下げ効果も得ることができるが、吐出圧力が高
くなりて圧力制御状態になると前記応答性の向上が逆に
制御系の振動などの不安定現象を招く原因となる。

この不安定現象は、特に圧力制御状態の降圧動作時にお
ける吐出ラインの圧油の容量が大きいほど大きく現われ
る。

圧力制御状態で吐出圧力を制御するときは、多くの場合
、ポンプの吐出量可変要素の変位量（例、えば斜板角）
は小さくなっており、定常的には流量を殆ど生しないフ
ルカットオフ状態にある。このとき、吐出圧力制御系は
圧力センサの検出信号をフィードバックして吐出圧を成
る値に保持しようとするが、昇圧動作の場合には可変要
素の変位量を大きくすることで対処できるものの、降圧
動作の場合には圧力を下降させるためには封じ込めた圧
油をどこかに逃がす必要があり、定常的に圧油な漏らず
構造とするか、可変要素がフルカットオフ位置近辺にあ
るときにその圧力室内のブリード穴が開かれるようにす
るなどの工夫が必要である。

前記比例電磁制御弁が三方弁方式の場合、前記ブリード
穴による対策で成る程度の動作の安定性が得られるが、
三方弁方式では先に述べたように操作ピストン径を太く
して最低調圧を下げる必要があるので操作ピストンによ
る可変要素の応答性自体が低く、また大容量ポンプでは
ブリード穴による圧油の逃がし量の制限によって降圧が
遅れる欠点がある。

前記比例電磁制御弁が四方弁方式の場合、吐出量可変要
素のフルカットオフ位置近傍にブリード穴を開けるとそ
の分だけパイロット圧が低下し、せっかくの高応答性と
最低調圧引下げの利点が得られなくなり、またポンプの
圧力−流量の静特性が悪化して動特性の面でも可変要素
の位相ずれによるふらつきがブリード穴近辺で生じるの
で、般にはブリート穴は設けることは得策ではない。

従って、ブリード穴がないと降圧動作時に可変要素がオ
ーバーランしてポンプが吸込モートになることがあり、
するとフィードバック制御によって昇圧指令がくるので
操作ピストンが反転し、この昇圧の結果、再び降圧指令
がでて、これを繰り返すことにより振動を生じる。

一方、外部パイロット方式でバイアスピストンを付加し
た場合については、操作ピストンの加圧室に導入される
パイロット圧力がポンプの吐出圧とは無関係の圧力であ
るため、ブリード穴による操作ピストンのカットオフ位
置近辺での吐出圧との油圧平衡動作が行なわれず、三方
弁方式および四方弁方式に関わらずポンプのカットオフ
安定性が満足に得られない。

尚、ポンプの吐出流路に別の圧抜き弁を接続してパイロ
ット流路中の検出オリフィスにパイロット流れによって
生じる差圧でこの圧抜き弁を開くことにより降圧時の吐
出圧をタンクへ側路するものもあるが、このものではパ
イロラミー流れに対する検出オリフィス前後の差圧と圧
抜ぎ弁の動作との応答性がパイロット流量によって左右
され、ポンプの吐出量可変要素の動作と圧抜き弁の動作
とが必ずしも常に理想的になるとは限らない欠点がある
。

この発明は、比例電磁制御弁が三方弁方式または四方弁
方式の何れであってもバイアスピストンイ」加の利点を
損なわずに、また前述のような圧力制御状態における降
圧動作時に動作の不安定現象を生しることなく、吐出側
の圧力を適切なタイミングで速やかに充分な流量でタン
クラインへ逃がして圧力制御時に位相ずれを生じない安
定な動作を行なうことのできる可変容量型ポンプの制御
装置を提供しようとするものである。

［課題を解決するための手段］ 前述の課題を解決するために、この発明の可変容量型ポ
ンプの制御装置では、パイロット圧油の導入を受けてポ
ンプ吐出量可変要素をばね力に抗して最小吐出量位置へ
向けて押圧する操作ピストン手段と、圧油の導入により
前記吐出量可変要素に対して前記ばね力と同方向の押圧
力を作用させるバイアスピストン手段と、前記操作ピス
トン手段に対するパイロット圧油の給排を入力電気信号
に比例して制御する単一の比例電磁制御弁とを備え、前
記単一の比例電磁制御弁によって前記吐出量可変要素に
対する吐出量検出信号による流量フィードバラ・り制御
と吐出圧検出信号による圧力フィードバック制御とを行
なう可変容量型ポンプの制御装置において、前記比例電
磁制御弁に動的な圧抜き機能を持たせている。

すなわち、請求項１に記載の発明に係る可変容量型ポン
プの制御装置は、前記比例電磁制御弁が前記圧力フィー
ドバック制御における圧力降下時にポンプ吐出圧をタン
クラインへ直接逃がす圧抜き切換ファンクションを有す
ることによって特徴付けられている。

また請求項２に記載の発明に係る可変容量型ポンプの制
御装置は、前記圧抜き切換ファンクションを有する前記
比例電磁制御弁が、前記バイアスピストン手段に対する
圧油の給排を制御する切換ファンクションを有すること
によって特徴付けられており、これは換言すれば前記四
方弁方式のものに相当する。

［作　用］ 請求項１に記載の可変容量型ポンプの制御装置では、操
作ピストンへのパイロット圧油の給排を制御する比例電
磁制御弁は入力電気信号が降圧指令になると操作ピスト
ンにパイロット圧を導入するが、午の降圧指令の信号量
が成る定められた降圧量以上のときは前記圧抜きファン
クションによってポンプ吐出ラインをタンクラインに直
接連通させる。これにより吐出ラインの圧油は前記圧抜
きファンクションの連通開度で定まる流路断面積でタン
クラインへ直ちＣ演出し、吐出圧力の降下はポンプ吐出
量可変要素の動作と無関係に速やかに行なわれる。吐出
圧が設定指令値まで降下したときには圧力フィードバッ
ク制御によって比例電磁制御弁への降圧指令がなくなり
、比例電磁制御弁はポンプ吐出ラインとタンクラインと
の間の連通を遮断して中立状態に復帰することにより操
作ピストンへのパイロット圧油の導入も停止する。

従ってポンプ吐出量可変要素は、前記比例電磁制御弁へ
の指令信号が変化しないかぎり前記設定指令値を保持す
るに必要な位置をとり、所定の指令圧力レベルに降圧し
た状態を保持する。比例電磁制御弁へ増圧指令が到来し
たときは前記圧抜き切換ファンクションはポンプ吐出ラ
インとタンクラインとを連通させることはなく、増圧指
令値に応じて操作ピストンの圧力室をタンクラインへ開
いて吐出量可変要素をその吐出量増加方向へ向けて変位
させる。

請求項２に記載の発明に係る可変容量型ポンプの制御装
置では、前記圧抜き切換ファンクションを有する前記比
例電磁制御弁が、前記バイアスピストン手段に対する圧
油の給排を制御する切換ファンクションを有しており、
これは特に前述四方弁方式を採用する場合の特徴である
。四方弁方式は前述三方弁方式に比べて吐出量可変要素
の高応答性が実現でき、また自己の吐出圧油をパイロッ
ト圧油に利用する自己圧方式の場合に極めて低い圧力領
域まで吐出量可変要素の位置制御が安定に行なえる利点
がある反面、ブリード穴を開けられないので圧力制御状
態における降圧時の不安定性が前述のように指摘された
が、本発明の圧抜き切換ファンクション付きの比例電磁
制御弁で両ピストンの切換を果たすことにより、四方弁
方式の利点を損なうことなくその欠点を解消することが
できる。

尚、この発明において、前記操作ピストンへのパイロッ
ト圧油または前記バイアスピストンへの圧油は、ポンプ
の吐出圧油の一部を用いる自己圧方式または別の補助ポ
ンプなどから供給される圧油を利用する外部パイロット
方式の何れによっても得ることがでとる。

この発明の好適な実施例を図面と共に説明すれば以下の
通りである。

［実施例］ 第１図はこの発明の実施例に係る可変容量型ポンプの制
御装置の油圧回路を示しており、第２図はそれに用いた
比例電磁制御弁の構造の一例を示す断面図である。

第１図において、可変容量型ポンプのポンプ要素１は図
示しない原動機によって回転駆動され、このポンプ要素
１の押し退は容積をその変位によって変えてポンプ吐出
量を制御する吐出量可変要素２（例えばピストンポンプ
においては斜板）と戻しばね３とを備えている。

このポンプの制御装置は、戻しばね３のばね荷重に対抗
して吐出量可変要素２を変位させるためにその尾端の圧
力室４ａの油圧力で変位制御される操作ピストン４と、
実質的に６方弁構成をもつ比例電磁制御弁５と、安全弁
６と、〜ポンプ吐出量に対応した量として可変要素２の
変位量（位置）を電気信号として検出する変位・検出器
７と、ポンプ吐出圧を電気信号として検出する圧力セン
サ８と、設定入力端子９ａ、９ｂを有する制御アンプ１
０と、バイアスピストン１１とを備えている。

尚、前記操作ピストン４の圧力室４ａには、従来の三方
弁方式のようなカットオフ位置に対応する個所のブリー
ド穴は設けられていない。

前記比例電磁制御弁５は、操作ピストン４およびバイア
スピストン１１に対するパイロット流れの制御のための
四方弁方式の切換ファンクション５ａと、圧力制御状態
における降圧時の吐出ラインＰの圧抜きのための開閉弁
方式の切換ファンクション５ｂとを有し、第２図に示す
例ではこれら切換ファンクションを単一のスプール２１
で実現している。すなわち、この比例電磁制御弁５は、
ポンプ吐出ラインＰに連通したパイロットラインＰｐと
、タンクラインＴと、操作ピストン４の圧力室４ａに通
じたパイロットラインＰｐｓと、バイアスピストン１１
の圧力室１１ａに通じたラインＰｐｂとに接続され、ス
プール２１は弁ばね２２に対抗するソレノイド装置２３
によってこれらライン間の接続と開度を制御する。

ソレノイド装置２３は入力電流値に比例したカでスプー
ル２１をばね２２に抗して変位させ、これによって比例
電磁制御弁５は、アンプ装置１゜からの制御信号入力が
最大のときは、その切換ファンクション５ａによって操
作ピストン４の圧力室４ａに通しるラインＰｐｓをタン
クラインＴに全開で連通させて圧力室４ａをタンクライ
ンへ落すと共にバイアスピストン１１の圧力室ｌｌａを
パイロットラインＰｐに連通させて圧力室１１ａに吐出
圧の一部を導入し１、入力電流値が減少するとそれに応
じてこれらの連通開度を入力電流値に比例して徐々に絞
り、次いでほぼ零ラップの中立点を介して第２図に示し
たオーバラップ範囲Ｗにおいて操作ピストン４側のライ
ンＰｐｓをパイロットラインＰｐに、バイアスピストン
１１側のラインＰｐｂをタンクラインＴに徐々に開き始
め、入力電流値が定常制御の最低値になるとラインＰｐ
ｓをパイロツトラインＰｐに、またラインＰｐｂをタン
クラインＴに全開で連通させて、操作ピストン４の圧力
室４ａの圧力をタンクライン圧から吐出圧まで、またバ
イアスピストン１１の圧力室＋１ａの圧力を吐出圧から
タンクライン圧まで入力端子値に比例して制御すること
により、可変要素２の変位を最大吐出量位置からフルカ
ットオフ位置の範囲内で制御する。

比例電磁制御弁５の圧抜ぎ切換ファンクション５ｂは、
前述の切換ファンクション５ａの定常の制御範囲内では
パイロットラインＰｐとタンクラインＴとの間の連通を
遮断しており、アンプ装置ｌＯからの入力端子が前記フ
ルカットオフ状態に対応する定常制御の最低値より少な
くなるとパイロットラインＰｐとタンクラインＴとを連
通させて、吐出ラインＰをタンクラインＴへ直接落す。

第２図において、スプール２１のラント部２１ａ、２１
ｂは前記切換ファンクション５ａのためのもので、両側
に制御絞り用の半円形溝を有している。また弁ばね２２
側のラント部２１ｃは定常制御動作のためのオーバーラ
ツプ部Ｗを介してラインＰとＴとの開閉を行なう前記圧
抜き切換ファンクシジン５ｂのためのものである。

安全弁６は、吐出ラインＰに接続された負荷側でのブロ
ックなど、負荷圧が異常に高くなってその設定回路上限
圧に達したときだけ吐出ラインＰからポンプ吐出圧をラ
インＰｐｓに直接導入し、圧力室４ａに吐出圧を作用さ
せて操作ピストン４を介して可変要素２をフルカットオ
フ位置に強制的に変位させる。

制御アンプ装置１０は、前記比例電磁制御弁５のソレノ
イド装置２３に制御信号入力電流を与えるために例えば
制御弁５に搭載された形で設けられている。このアンプ
装置１０は、圧力センサ８によって測定された吐出圧が
端子９ａに与えられた設定値以下のとぎは変位検出器７
からの流量測定信号と端子９ｂに与えられる流量設定信
号とによる閉ループフィードバック制御により吐出量が
設定値になるように可変要素２の変位を制御弁５および
操作ピストン４とバイアスピストン１１を介して制御し
、吐出圧が設定圧になったときには圧力センサ８からの
吐出圧測定信号と端子９ａに与えられる圧力設定信号と
による閉ループフィードバック制御により制御弁５およ
び操作ピストン４とバイアスピストン１１を介して可変
要素２をフルカットオフ位置へ変位させる。

この圧力制御状態において端子９ａに降圧指令を与える
と、前述のようにアンプ１０がソレノイド装置２３への
制御入力端子値を更に減じ、これによってスプール２１
が弁ばね２２によりラント部２１ｃがオーバーラツプ部
Ｗを越えて移動してパイロットラインＰｐをタンクライ
ンＴへ直接連通させ、吐出ラインＰの速やかな降圧が果
たされる。

バランスピストン１１は、パイロットラインＰｐからの
吐出圧をその圧力室１１ａに受けたときに吐出量可変要
素２をその押し退は容積が増加する方向へ向けて戻しば
ね３のばね荷重と加算的に押圧し、これにより戻しばね
３を必要最低限のもので済ませて、低圧時でも可変要素
２を作動できるようになり、以ってポンプの最低調整圧
力を低く設定することが可能である。

第１図に示した実施例では、比例電磁制御弁５が四方弁
方式の切換ファンクション５ａをもつものを例に掲げた
が、これはバイアスピストン１１に吐出圧を常に導くよ
うにして切換ファンクション５ａを三方弁方式にしても
よく、この場合、操作ピストン４の圧力室４ａにはフル
カットオフ対応位置にタンクラインへ通したブリード穴
が設けられていてもよい。

また第１図の実施例ではパイロットラインＰｐを吐出ラ
インＰに接続して自己圧をパイロットに利用した例を示
したが、例えばポンプ要素１と同じ原動機で駆動される
補助ポンプを設けて、この補助ポンプの吐出圧をパイロ
ットラインＰｐへ供給する所謂外部パイロット方式にし
てもよい。

更に第２図には比例電磁制御弁５として圧抜き切換ファ
ンクション５ｂを同一スプール２１の一端のランド部２
１ｃで構成した例を示したが、この圧抜ぎ切換ファンク
ション５ｂを例えばポペット弁形式で構成することも可
能であることは述べるまでもない。

［発明の効果］ 以上に述べたように、この発明によれば、比例電磁制御
弁が三方弁方式または四方弁方式の何れであっても、バ
イアスピストンの付加による応答性の改善と最低調圧の
引下げ効果を損なうことなしに圧力制御状態にお１）る
降圧動作時に動作の不安定現象を防止でき、吐出側の圧
力を適切なタイミングで速やかに充分な流量でタンクラ
インへ逃がして圧力制御時に位相ずれを生じない安定な
動作を行なうことのできる可変容量型ポンプの制御装置
が得られるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係る可変容量型ポンプの
制御装置の構成を示す油圧回路、第２図はそれに用いた
比例’ＩＩｆ磁制御弁制御弁の一例を示す断面図である
。 （主要部分の符号の説明） ｌ：ポンプ要素、２．吐出量可変要素、３：戻しばね、
４：操作ピストン、４ａ：圧力室、５：比例電磁制御弁
、６：安全弁、７：変位検出器、８　圧力センサ、　９
ａ、９ｂ・設定入力端子、ｌＯ６制御アンプ装置、１１
：バイアスピストン、　ｌｌａ　：圧力室、２１・スプ
ール、２２　　弁ばね、２３：ソレノイド装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、パイロット圧油の導入を受けてポンプ吐出量可変要
   素をばね力に抗して最小吐出量位置へ向けて押圧する操
   作ピストン手段と、圧油の導入により前記吐出量可変要
   素に対して前記ばね力と同方向の押圧力を作用させるバ
   イアスピストン手段と、前記操作ピストン手段に対する
   パイロット圧油の給排を入力電気信号に比例して制御す
   る単一の比例電磁制御弁とを備え、前記単一の比例電磁
   制御弁によって前記吐出量可変要素に対する吐出量検出
   信号による流量フィードバック制御と吐出圧検出信号に
   よる圧力フィードバック制御とを行なうものにおいて、 前記比例電磁制御弁が、前記圧力フィードバック制御に
   おける圧力降下時にポンプ吐出圧をタンクラインへ直接
   逃がす圧抜き切換ファンクションを有することを特徴と
   する可変容量型ポンプの制御装置。 ２、前記比例電磁制御弁が、前記バイアスピストン手段
   に対する圧油の給排を制御する切換ファンクションを有
   する請求項１に記載の可変容量型ポンプの制御装置。