JPH06103027B2

JPH06103027B2 - 可変容量型ポンプ

Info

Publication number: JPH06103027B2
Application number: JP4355423A
Authority: JP
Inventors: 登志雄橋本
Original assignee: Yuken Kogyo Co Ltd
Current assignee: Yuken Kogyo Co Ltd
Priority date: 1992-12-21
Filing date: 1992-12-21
Publication date: 1994-12-14
Anticipated expiration: 2009-12-14
Also published as: JPH05256264A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は可変容量型ポンプに関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の可変容量型ポンプでは、図３に示
すように、圧力と流量の設定は共に電気信号として与え
ているものの、これらの圧力設定信号ｉ１および流量設
定信号ｉ２に基づくポンプ３１の吐出量可変要素３２の
変位の制御は、油圧パイロット圧力によるコンペンセー
タ弁制御方式の開ループ制御である。

【０００３】即ち、図３において、ポンプ３１の吐出側
に比例電磁流量制御弁３３を直列に挿入し、その比例ソ
レノイドに入力電流ｉ２を与えて、ソレノイドの吸引力
と対抗したばね力との関係でスプールを比例動作させて
その絞り開度を定め、この絞り前後の差圧を一定に保つ
ように可変要素３２の加圧室の圧油圧力をコンペンセー
タ弁３４によって制御し、ポンプ３１の可変要素３２を
対抗ばね力に対して前記加圧室内の圧力の制御で変位制
御することにより、入力電流ｉ２に対応した所定の吐出
流量を得る一方、ポンプ３１の吐出ポートから固定オリ
フィス３５を介して比例電磁リリーフ弁３６にパイロッ
ト圧を作用させ、この比例電磁リリーフ弁３６を設定圧
力に対応した入力電流ｉ１により比例制御して、吐出圧
が設定圧力に達したときにリリーフ弁３６を開くことに
より吐出圧油の一部を固定オリフィス３５及びリリーフ
弁３６を介してパイロット流れとしてタンクへ逃がすよ
うにし、このときの固定オリフィス３５の前後の差圧を
コンペンセータ弁３７で検出して可変要素３２の加圧室
に吐出圧油の一部を導入し、以ってリリーフ弁３６によ
り所定のカットオフ圧力値を得るようにしたロードセン
シング制御方式となっている。

【０００４】尚、図３において安全弁３８はリリーフ弁
３６と並列に機能し、吐出圧または負荷圧が自身の調圧
ばねに設定された上限値に達するとパイロットラインを
タンクへ連通させてコンペンセータ弁３７を切換え、可
変要素３２の加圧室に吐出圧油を直接導入してポンプを
直ちにカットオフ状態にするためのものである。

【０００５】このような従来のロードセンシング制御の
可変容量型ポンプでは、ソレノイドのヒステリシス以外
にも、開ループの油圧制御方式のために圧油の圧縮性や
粘性等が影響して圧力および流量制御共にヒステリシス
を小さくすることが困難であるので制御性に難点があ
り、ポンプの吐出圧としては負荷圧のみならずメイン流
路中の流量制御弁３３の絞り前後の差圧分が上乗せさ
れ、この流量制御弁３３は吐出量の大きさに応じて体格
の大きいものが必要である。

【０００６】また従来の可変容量型ポンプでは、油圧的
なコンペンセータ弁の動きを信号として可変要素を変位
させるため、動作特性上の限界が存在し、油圧制御方式
であるので補償をとることが難しく、応答性を高めると
発振現象を起こし易く、メインスプールやばねなどの振
動要素をもつコンペンセータ弁やパイロットリリーフ弁
などを多く用いているので、安定動作のためのダンピン
グ用絞りの付加をはじめ、使用状態での現場の整合性調
整作業が必要となることがある。

【０００７】更に従来の可変容量型ポンプでは、パイロ
ット圧制御を行うので油路が複雑に入り組み、ポンプハ
ウジングやカバーの通路構成が複雑化し、圧力設定信号
を受けるための比例電磁弁と流量設定信号を受けるため
の比例電磁弁とが別個にそれぞれ必要であるので消費電
力が大きいことの他に各弁をポンプに搭載する場合には
全体の体格が大きくなってコンパクト化を図ることが困
難であるなど、種々の欠点を抱えている。

【０００８】本発明の主要な課題は、前述の従来技術の
欠点を除去するために、吐出圧と流量とを共に閉ループ
の電気−油圧系で単一の比例電磁制御弁を用いて制御す
ることができると共に電気信号の消失時や負荷圧の異常
上昇時においてポンプを直ちにカットオフ状態にするフ
ェールセーフ機能を有するロードセンシング制御型の可
変容量型ポンプを提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、前述の
課題を達成するために、吐出量可変要素の変位をばね力
に対抗する油圧力の制御で行なうことにより吐出量を可
変とした可変容量型ポンプにおいて、ポンプ吐出量に対
応した電気信号を出力する第１の検出手段と、ポンプ吐
出圧に対応した電気信号を出力する第２の検出手段と、
外部から与えられる流量設定信号と前記第１の検出手段
から出力される電気信号との差信号を生じる第１の電気
的制御手段と、前記差信号に応じた入力電流に対応する
開度で前記可変要素の加圧室をポンプ吐出口側またはタ
ンク側に連通させる比例電磁制御弁であって、前記入力
電流の消失時にポンプ吐出圧を前記加圧室に導くことに
より前記可変要素をカットオフ状態にするために前記加
圧室とポンプ吐出側との連通開度を全開にするばね機構
を備え、前記入力電流が最小と最大の間の中立点では前
記加圧室とタンク側及び吐出口側との連通開度を閉じ、
前記入力電流が前記中立点から前記最大側のときには前
記加圧室とタンク側との連通開度を入力電流に比例した
開度に制御し、前記入力電流が前記中立点から前記最小
側のときには前記加圧室と吐出口側との連通開度を入力
電流に反比例した開度に制御する比例電磁制御弁と、外
部から与えられる圧力設定信号と前記第２の検出手段か
ら出力される電気信号とを入力としてポンプ吐出圧が設
定圧力値に達したときに前記可変要素がカットオフ状態
となるように前記入力電流を制御する第２の電気的制御
手段とを備えたことを特徴とする可変容量型ポンプが提
供される。」

【００１０】本発明においては、例えばポンプの吐出量
可変要素の変位量または吐出ライン中の流量検出器等か
ら流量信号を得て流量設定値との差信号をとり、単一の
比例電磁制御弁で構成された流量制御のための電気−油
圧閉ループで吐出量のフィードバック制御をすると共
に、圧力センサなどによるポンプ吐出圧の検出値を圧力
設定値と突き合わせて同じく前記比例電磁制御弁で構成
された圧力制御のための電気−油圧閉ループでカットオ
フ制御している。

【００１１】このように、流量と圧力の両方の電気−油
圧閉ループ制御が単一の比例電磁制御弁で電気系と油圧
系とを全てループ内に含むロードセンシング制御として
達成され、しかもこの比例電磁制御弁は入力電流の無い
ときには前記可変要素の加圧室にポンプ吐出圧を導いて
ポンプをカットオフ状態にするファンクションに自動復
帰するばね機構を備えているので、負荷圧の異常上昇時
のみならず電気信号の消失時においてもポンプを直ちに
カットオフ状態にするフェールセーフ機能を果たすもの
である。

【００１２】また本発明ではポンプ吐出ライン中に一切
の絞り要素を設けずに済み、全体もコンパクトな構造と
なるほか、ループ内の電気制御系でのゲイン調整により
振動対策をかなり自由にとることができ、使用現場での
調整が簡単になると共にカットオフ特性の圧力ダレを大
きくせずにシャープなカットオフ特性を有する可変容量
型ポンプとすることもできる。

【００１３】

【実施例】本発明の好ましい実施例を図面と共に説明す
れば、図１は本発明の一実施例に係る可変容量型ポンプ
の構成を示す油圧回路図、図２はその構造例を示す断面
図である。

【００１４】図１において、全体を符号１で示す本実施
例に係る可変容量型ポンプは、駆動軸２で原動機（図示
せず）によって回転駆動されるポンプ要素３と、該ポン
プ要素３の吐出量を制御するためにばね力に対抗する油
圧力で変位制御される可変要素４と、比例電磁三方制御
弁５と、安全弁６と、可変要素４の変位量を検出する変
位検出器７と、ポンプ吐出圧を検出する圧力センサ８
と、第１アンプ９ａと第２アンプ９ｂおよび出力アンプ
９ｃの三つのアンプを含んでなる制御アンプ装置９と、
吐出口１０および吸入口１１、それに二つの電気信号入
力端子１２，１３を備えている。

【００１５】例えば、ポンプ要素３がアキシャルピスト
ンポンプを構成している場合、可変要素４は斜板および
その傾転角を制御する操作ピストンを包含し、第１の検
出手段を構成する変位検出器７は、斜板軸の回転角度あ
るいは操作ピストンの移動量から可変要素の変位量を検
出するポテンショメータあるいは差動トランスなどの位
置検出手段によって構成することができる。

【００１６】第２の検出手段を構成する圧力センサ８
は、ポンプボディまたはカバー内、あるいは制御弁５の
弁ボディ内などに取り付けられた半導体ゲージ式圧力セ
ンサなどによって構成でき、本実施例において、圧力セ
ンサ８は、ポンプの吐出ポート１４に連通した内部通路
を介して吐出圧を常に検出している。

【００１７】可変要素４の加圧室からタンクへ到る圧油
通路中には、安全弁６と比例電磁三方制御弁５とがタン
デムに挿入されている。安全弁６は、ポンプ吐出側のブ
ロック（遮断）など、負荷圧が以上に高くなって、その
ばねで設定された回路上限圧に達したときに吐出ポート
１４からの吐出圧を可変要素４の加圧室に直接導き、そ
れ以外の通常時には、可変要素４の加圧室を比例電磁三
方制御弁５に接続している。

【００１８】比例電磁三方制御弁５は、そのソレノイド
１５への入力電流が最大で可変要素４の加圧室をタンク
に全開しており、入力電流が減少するに応じて入力電流
に比例した開度でこれを徐々に絞り、次いで可変要素４
の加圧室をポンプ吐出ポート側に徐々に開き始め、入力
電流が無くなると、吐出圧の一部を安全弁６を介して可
変要素４の加圧室に導入し、このようにして可変要素４
の変位を最大吐出量位置からフルカットオフ位置までの
範囲で制御する。

【００１９】この比例電磁三方制御弁５に対して前記入
力電流を与えるために制御アンプ装置９が例えば制御弁
５に搭載された形で設けられている。アンプ装置９の第
１アンプ９ａには、変位検出器７の検出信号と、外部の
吐出量設定器１６からの設定流量信号とが入力され、設
定流量信号と変位検出器７の検出信号との差信号が第１
アンプ９ａの出力から出力アンプ９ｃに入力され、出力
アンプ９ｃが対応した電流をソレノイド１５に与えてい
る。

【００２０】また第２アンプ９ｂには、圧力センサ８の
検出信号と、外部の圧力設定器１７からの設定圧力信号
とが入力され、両入力が一致したときに第２アンプ９ｂ
から出力アンプ９ｃにカットオフ信号が与えられるよう
になっている。

【００２１】出力アンプ９ｃは、第２アンプ９ｂから前
記カットオフ信号が入力されるまでは第１アンプ９ａの
出力信号に応じた電流出力をソレノイド１５に与え、カ
ットオフ信号が入力されたときは、可変要素４を変位量
がほぼ零のフルカットオフ位置にすべく吐出圧の一部を
可変要素の加圧室に導いてポンプをカットオフ状態にす
るような制御弁開度にする電流出力をソレノイド１５に
与える。

【００２２】即ち、設定圧力と圧力センサ８の検出圧力
との偏差があるか否かで比例電磁三方制御弁５のソレノ
イド１５の入力電流を流量制御電流（ｉ２）にするか圧
力制御電流（ｉ１）にするか選択するように第１と第２
の二つの電気制御回路が組み合わされている。

【００２３】ポンプの始動時においては、各弁は図１に
示した状態のポジションをとっており、従って、可変要
素４は、吐出圧が生じるまでは対抗ばねの力によって最
大吐出流量位置にある。いま、ポンプの最大吐出流量を
１００％としてＱ ₁₀₀ で表わし、最小吐出流量を０％と
してＱ ₀ で表わすと、変位検出器７は可変要素４が最大
流量位置でＱ ₁₀₀ に相当する検出信号を生じ、最小流量
位置でＱ ₀ に相当する検出信号を生じる。一方、流量設
定器１６からは０〜１００％流量の間の任意の流量Ｑ _IN
に相当する設定流量信号が与えられる。前記変位検出器
７からの検出信号に対応する流量をＱ _FB で表わすと、第
１アンプ９ａは（Ｑ _IN −Ｑ _FB ）に相当する差信号を出力
し、出力アンプ９ｃは、この差信号に対応した電流出力
をソレノイド１５に与える。この場合、差信号は（Ｑ ₀
−Ｑ ₁₀₀ ）に相当する最小値から（Ｑ ₁₀₀ −Ｑ ₀ ）に相
当する最大値までの範囲の値をとるので、出力アンプ９
ｃはこの差信号の最小値から最大値までの範囲に対して
比例した電流出力を生じ、この電流出力でソレノイド１
５が励磁されることによって、制御弁５は、励磁電流が
前記差信号の最小値に対応するときに可変要素４の加圧
室をポンプ吐出口側へ連通させる制御開度となり、又励
磁電流が前記差信号の最大値に対応するときには可変要
素４の加圧室をタンク側に連通させる制御開度となり、
励磁電流が差信号の最小値と最大値との間の零値（Ｑ _IN
−Ｑ _FB ＝０のとき）に対応するときには加圧室を吐出側
とタンク側のいずれにも連通させない中立状態となり、
これらの間の連通開度を励磁電流に比例して絞り制御す
る。

【００２４】またポンプの最大吐出圧を１００％として
Ｐ ₁₀₀ で表わし、最小吐出圧を０％としてＰ ₀ で表わす
と、圧力設定器１７からは０〜１００％圧力の間の任意
の圧力Ｐ _IN に相当する設定圧力信号が与えられる。圧力
センサ８は負荷側に供給されているポンプ吐出圧に対応
した検出信号を生じ、この検出信号に対応する圧力をＰ
_FB で表わすと、第２アンプ９ｂは（Ｐ _FB −Ｐ _IN ）がほぼ
零になったときにカットオフ信号を出力し、出力アンプ
９ｃは、このカットオフ信号が入力されていない状態で
は前述のように第１アンプ９ａからの差信号に対応した
電流出力をソレノイド１５に与えて流量フィードバック
制御を行なっているが、カットオフ信号が入力されてい
るときには、第１アンプ９ａからの差信号に無関係に、
制御弁５の開度を吐出圧の一部が可変要素４の加圧室へ
導かれて可変要素４をほぼ流量零のカットオフ位置にす
るような電流出力を生じる。

【００２５】流量設定器１６から例えば５０％流量Ｑ ₅₀
の設定流量信号を与え、また圧力設定器１７から８０％
圧力Ｐ ₈₀ の設定圧力信号を与えててポンプを始動したと
すると、始動時には吐出圧が生じるまでは可変要素４が
最大流量位置にあるので変位検出器７から生じている検
出信号はＱ ₁₀₀ に相当し、また圧力センサ８によって検
出される吐出圧も当然ながら設定圧力以下であるから、
出力アンプ９ｃは第１アンプ９ａからの差信号（Ｑ ₅₀ −
Ｑ ₁₀₀ ）に応じた電流出力でソレノイド１５を励磁す
る。このときの電流出力でソレノイド１５が励磁される
と、制御弁５は吐出圧の一部を励磁電流に応じた開度で
絞り制御しながら可変要素４の加圧室に導入し、これに
より加圧室の圧力が上昇してくると可変要素４が設定流
量位置へ向けてばねに抗して移動し、ポンプの吐出量が
設定流量へ向けて減少してくる。このときの可変要素４
の位置変化は変位検出器７によって第１アンプ９ａにフ
ィードバックされ、Ｑ _FB がＱ ₁₀₀ から減少してくるので
差信号が零に向かって増加してくる。これにより出力ア
ンプ９ｃの電流出力も増加し、制御弁５が開度を減少さ
せながら中立状態へ向かう。可変要素４が設定流量位置
に達するとＱ _FB がＱ _IN と等しくなる（この場合はＱ ₅₀ ）
ので第１アンプ９ａからの差信号が零となり、制御弁５
が中立状態となって加圧室が吐出側およびタンク側のい
ずれとも接続されなくなり、可変要素４はもはや移動せ
ずに設定流量位置にとどまることになるので、ポンプが
設定流量で吐出を行なう。

【００２６】この場合、例えば負荷条件の変動によって
ポンプ内で可変要素４に加わる力が変化し、可変要素４
が設定流量位置から移動しようとすると、その変位は変
位検出器７によって直ちに第１アンプ９ａにフィードバ
ックされる。例えば可変要素４が設定流量位置から流量
増加方向へ変位しようとする場合、変位検出器７からの
フィードバック信号（Ｑ _FB ）が増加するので差信号が零
よりも減少し、これによって制御弁５から吐出圧の一部
が加圧室へ導かれて可変要素４を流量減少方向へ押し戻
す。また可変要素４が設定流量位置から流量減少方向へ
変位しようとする場合は、変位検出器７からのフィード
バック信号（Ｑ _FB ）が減少するので差信号が零よりも増
加し、これによって制御弁５が加圧室の圧力の一部をタ
ンク側へ導くので可変要素４はばね力により流量増加方
向へ戻される。このようにして、制御弁５は加圧室を昇
圧させる時には吐出圧を導入し、加圧室を減圧させると
きにはタンク側へ圧力を逃がし、制御弁５が流量フィー
ドバック制御により中立状態を中心として平衡動作を行
ないながら可変要素を設定流量位置に位置制御するの
で、ポンプが流量設定器１６によって設定された流量で
安定した吐出を行なうことになる。

【００２７】吐出流量が設定値に達して吐出圧油が吐出
口１０から負荷アクチュエータへ供給され、アクチュエ
ータが作動するが、アクチュエータがストロークエンド
などで停止すると吐出口１０の圧力が上昇する。この圧
力は圧力センサ８によって検出され、圧力フィードバッ
ク信号（Ｐ _FB ）として第２アンプ９ｂに入力されてい
る。吐出口１０の圧力が上昇してＰ _FB が設定圧力（この
場合Ｐ ₈₀ ）に達すると、第２アンプ９ｂからカットオフ
信号が出力され、これにより出力アンプ９ｃは流量フィ
ードバック制御状態から圧力フィードバック制御状態に
切換わり、ソレノイド１５の励磁電流を直ちに減少して
制御弁５により吐出圧の一部を加圧室へ導入し、可変要
素４をほぼ流量零のカットオフ位置に変位させる。この
状態ではポンプは負荷側での漏れ分だけの必要最小限の
流量を吐出しながら圧力制御状態となる。

【００２８】比例電磁三方制御弁５は、入力電流が消失
すると自身のばね機構の力で自動復帰して可変要素４の
加圧室を吐出ポート１４に全開開度で連通させ、従って
電気系の故障でソレノイド１５への入力が断たれれば、
可変要素４が直ちにフルカットオフ位置へ移動してポン
プをカットオフ状態にし、このようにして電気的な系統
のフェールセーフ機能の一つが組まれている。

【００２９】安全弁６は、制御弁５よりも近い部分で可
変要素４の加圧室を吐出ポート１４に連通させることが
できるように接続されており、吐出圧が回路上限値に達
したときに制御弁５よりも優先してポンプをカットオフ
状態にすることになる。

【００３０】図２には、前記実施例をアブソリュートキ
シャルピストンポンプとして構成した場合の構造例のひ
とつが示されている。図２における各部の符号は、図１
に対応させて相当部分には同一符号を付してある。図２
において、可変要素４としての操作ピストン２１は、ポ
ンプ要素３のピストン２２のストロークを定める斜板２
３の傾転角をばね２４に抗して油圧力で変えるものであ
るが、この操作ピストン２１の背部にて差動トランス式
のリニア変位検出器７がポンプカバー２５に組み込まれ
ている。

【００３１】またカバー２５には制御弁５と圧力センサ
８も組み込まれており、吐出ポート１０およびポンプハ
ウジング内のドレン側に通じる各通路、および操作ピス
トン２１の背部の加圧室２６から制御弁５に到る圧油通
路２７も、このカバー２５無いに配設することでポンプ
をコンパクトなものとし、また細かい加工をカバーに集
約できるようにしてある。尚、図２では安全弁は図示を
省略してある。

【００３２】以上に述べたように、本発明によれば、流
量と圧力の両方の電気−油圧閉ループ制御が単一の比例
電磁制御弁で電気系と油圧系とを全てループ内に含むロ
ードセンシング制御として達成され、しかもこの比例電
磁制御弁は入力電流が消失したときには前記可変要素の
加圧室にポンプ吐出圧を導いてポンプをカットオフ状態
にするファンクションに自動復帰するばね機構を備えて
いるので、負荷圧の異常上昇時のみならず電気信号の消
失時においてもポンプを直ちにカットオフ状態にするフ
ェールセーフ機能を果たすことができるものである。

【００３３】また、本発明では油圧系も含めて全体的な
閉ループのフィードバック制御で吐出量および吐出圧が
制御されるので、流量・圧力の制御性が格段に向上し、
単一の比例電磁制御弁で済むので極めて低コスト、低消
費電力のコンパクトな構成が可能であり、メインの吐出
ライン中に制御のための絞り要素が存在しないので圧力
ロスが少なく、系内に振動要素が少ないうえに制御ルー
プ内に包含されているのでアンプのゲイン調整で容易に
振動を押えて応答性の良い制御系が組め、従って前述の
従来技術の諸欠点を解決してシャープなカットオフ特性
を有する可変容量型ポンプを得ることができるものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る可変容量型ポンプの構
成を示す油圧回路図である。

【図２】前記実施例をアキシャルピストンポンプとして
構成した場合の構造例を示す縦断面図である。 ]来例を示す油圧回路図である。

【符号の説明】

１可変容量型ポンプ３ポンプ要素４吐出量可変要素５比例電磁三方制御弁６安全弁７変位検出器８圧力センサ９制御アンプ装置 9a 第１アンプ 9b 第２アンプ 9c 出力アンプ 10 吐出口 11 吸入口 15 ソレノイド 16 流量設定器 17 圧力設定器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】吐出量可変要素の変位をばね力に対抗す
る油圧力の制御で行なうことにより吐出量を可変とした
可変容量型ポンプにおいて、ポンプ吐出量に対応した電
気信号を出力する第１の検出手段と、ポンプ吐出圧に対
応した電気信号を出力する第２の検出手段と、外部から
与えられる流量設定信号と前記第１の検出手段から出力
される電気信号との差信号を生じる第１の電気的制御手
段と、前記差信号に応じた入力電流に対応する開度で前
記可変要素の加圧室をポンプ吐出口側またはタンク側に
連通させる比例電磁制御弁であって、前記入力電流の消
失時にポンプ吐出圧を前記加圧室に導くことにより前記
可変要素をカットオフ状態にするために前記加圧室とポ
ンプ吐出側との連通開度を全開にするばね機構を備え、
前記入力電流が最小と最大の間の中立点では前記加圧室
とタンク側及び吐出口側との連通開度を閉じ、前記入力
電流が前記中立点から前記最大側のときには前記加圧室
とタンク側との連通開度を入力電流に比例した開度に制
御し、前記入力電流が前記中立点から前記最小側のとき
には前記加圧室と吐出口側との連通開度を入力電流に反
比例した開度に制御する比例電磁制御弁と、外部から与
えられる圧力設定信号と前記第２の検出手段から出力さ
れる電気信号とを入力としてポンプ吐出圧が設定圧力値
に達したときに前記可変要素がカットオフ状態となるよ
うに前記入力電流を制御する第２の電気的制御手段とを
備えたことを特徴とする可変容量型ポンプ。