JPH0719204A - ロードセンシング油圧回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 圧力ハンチングの減衰を早める。 【構成】 可変容量形の油圧ポンプ１と、この油圧ポン
プ１の吐出油路２に接続されたアクチュエータ５と、吐
出油路２の途中に設けられた可変絞り弁３と、アクチュ
エータ５と可変絞り弁３間の油路から引き出された負荷
圧油路８と、吐出油路２と負荷圧油路８の圧力差が設定
圧力差となるように油圧ポンプ１の容量を制御するポン
プレギュレータ５０と、を有するロードセンシング油圧
回路において、前記設定圧力差を負荷圧が大きくなるほ
ど定常値より小さくし圧力が小さくなるほど定常値より
大きくする負荷スプール弁６０と、該負荷スプール６０
によって変化させられた設定圧力差を経時的に定常値に
収束させる負荷レギュレータピストン機構７０及び絞り
８０とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、建設機械等のロードセ
ンシング油圧回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５は、この種のロードセンシング油圧
回路の従来例を示す。この回路では、可変容量形の油圧
ポンプ１の吐出油路２の途中に可変絞り弁３と圧力補償
弁４が設けられ、可変絞り弁３及び圧力補償弁４を介し
てアクチュエータ５へポンプ吐出油を導入するようにな
っている。可変絞り弁３とアクチュエータ５との間から
は、アクチュエータ５の負荷圧を検出する負荷圧検出油
路６が引き出され、この負荷圧検出油路６がシャトル弁
７を介して最大負荷圧油路（広義の負荷圧検出油路）８
に接続されている。

【０００３】油圧ポンプ１には、該ポンプ１の容量を制
御するためのポンプレギュレータピストン機構１０が付
設されている。ポンプレギュレータピストン機構１０
は、内蔵したピストン１１の両側に、第１作動圧室１１
ａと第２作動圧室１１ｂとを持ち、ピストンロッド１２
側の第２作動圧室１１ｂに、ピストン１１を第１作動圧
室１１ａ側に押圧するバネ１３を備えている。第１作動
圧室１１ａと第２作動圧室１１ｂとに臨むピストン１１
の受圧面積は、ピストンロッド１２が存在する分だけ、
第２作動圧室１１ｂ側の方が小さい。

【０００４】このポンプレギュレータピストン機構１０
は、第１作動圧室１１ａ側の力が第２作動圧室１１ｂ側
の力（バネ１３の力も含む）に勝るとき、ピストン１１
を第２作動圧室１１ｂ側（図中左方）に移動して、油圧
ポンプ１の傾転（斜板式の場合）を小にし、それにより
吐出容量を減少側に調節する。一方、第２作動圧室１１
ｂ側の力が第１作動圧室１１ａ側の力に勝るとき、ピス
トン１１を第１作動圧室１１ａ側（図中右方）に移動し
て、油圧ポンプ１の傾転を大にし、それにより吐出容量
を増加側に調節する。

【０００５】ポンプレギュレータピストン機構１０の第
１作動圧室１１ａは、次に述べる馬力制御弁２０のＡポ
ートに接続されている。また、第２作動圧室１１ｂは、
油圧ポンプ１の吐出油路２に接続されている。

【０００６】馬力制御弁２０は２位置制御弁であり、Ａ
ポート、Ｐ１ポート、Ｐ２ポートの３つの切換用ポート
を有し、スプール２１が図示の第１位置２１ａにあると
き、ＡポートとＰ１ポートとを連通すると共に、Ｐ２ポ
ートを閉鎖する。また、スプール２１が第２位置２１ｂ
にあるとき、ＡポートとＰ２ポートとを連通し、Ｐ１ポ
ートを閉鎖する。さらに、スプール２１が中間位置にあ
るときは、上記の中間状態でバランスする。

【０００７】この馬力制御弁２０は、スプール２１を第
１位置２１ａ側（図中左方）に付勢するバネ２２を有す
ると共に、スプール２１をバネ２２に抗して第２位置２
１ｂ側（図中右方）に押圧するためのパイロット圧を導
入するパイロットポートＦ２を有している。このパイロ
ットポートＦ２には吐出油路２が接続されている。ま
た、バネ２２は、一端がスプール２１の端部に受け止め
られると共に、他端がポンプレギュレータピストン機構
１０のピストンロッド１２の先端に受け止められてお
り、これにより、ポンプレギュレータピストン機構１０
のピストン１１の位置に応じて、馬力制御弁２０のバネ
２２の押圧力（以下、「バネ力」という）が調節される
ようになっている。つまり、傾転小側（容量小側）にピ
ストン１１が移動するとバネ２２の力が大となり、傾転
大側（容量大側）にピストン１１が移動するとバネ２２
の力が小となる。

【０００８】馬力制御弁２０のＡポートは前述したよう
にポンプレギュレータピストン機構１０の第１作動圧室
１１ａに接続され、Ｐ２ポートは吐出油路２に接続さ
れ、Ｐ１ポートは次に述べるロードセンシング弁３０の
Ａポートに接続されている。

【０００９】ロードセンシング弁３０は２位置制御弁で
あり、Ａポート、Ｐポート、Ｔポートの３つの切換え用
ポートを有しており、スプール３１が図示の第１位置３
１ａにあるとき、ＡポートとＴポートとを連通すると共
に、Ｐポートを閉鎖する。また、スプール３１が第２位
置３１ｂにあるとき、ＡポートとＰポートとを連通する
と共に、Ｔポートを閉鎖する。さらに、スプール３１が
中間位置にあるときには、上記の中間状態でバランスす
る。

【００１０】このロードセンシング弁３０は、スプール
３１を第１位置３１ａ側（図中左方）に付勢するための
バネ（圧力差設定バネ）３２を有すると共に、スプール
３１を第１位置３１ａ側（図中左方）に押圧するための
パイロット圧を導入するパイロットポートＦ１を有して
いる。また、スプール３１を第２位置３１ｂ側（図中右
方）に押圧するためのパイロット圧を導入するパイロッ
トポートＦ２を有している。パイロットポートＦ１には
最大負荷圧油路８が接続され、パイロットポートＦ２に
は吐出油路２が接続されている。したがって、このロー
ドセンシング弁３０のスプール３１の位置は、最大負荷
圧油路８と吐出油路２の圧力差が、前記バネ３２の力と
バランスする位置に制御される。

【００１１】このロードセンシング弁３０のＡポートは
前述したように馬力制御弁２０のＰ１ポートに接続さ
れ、Ｐポートは吐出油路２に接続され、Ｔポートはタン
ク３５に接続されている。

【００１２】そして、この例においては、ポンプレギュ
レータピストン機構１０と、馬力制御弁２０と、ロード
センシング弁３０とにより、ポンプレギュレータ５０が
構成され、このポンプレギュレータ５０によって、吐出
油路２と最大負荷圧油路８の圧力差が設定圧力差となる
ようポンプ容量を制御するようになっている。

【００１３】次に、上記回路の作用を説明する。

【００１４】可変絞り弁３を開くと、油圧ポンプ１から
の油圧が圧力補償弁４を介してアクチュエータ５に供給
され、アクチュエータ５が動作する。同時に負荷圧検出
油路６に、そのときのアクチュエータ５の負荷圧が生じ
る。アクチュエータ５が複数あるときは、負荷圧の最大
のものが最大負荷圧油路８に生じる。

【００１５】次に、馬力制御について説明する。

【００１６】馬力制御弁２０においては、スプール２１
の図中左端に吐出油路２の圧力Ｐａが作用し、右端にバ
ネ２２の力が作用している。この状態で、ポンプ吐出油
路２の圧力Ｐａが上昇し、スプール２１を右向きに押す
力が、バネ２２による左向きに押す力より強くなると、
スプール２１は、第２位置２１ｂに切り換わる方向に変
位する。すると、ポンプレギュレータピストン機構１０
の第１作動圧室１１ａに、吐出油路２の圧力が導入され
て、ピストン１１が左へ変位し、傾転を小さくして、ポ
ンプ１の容量を減少方向に調節する。

【００１７】同時に、ピストンロッド１２が左方へ移動
することにより、馬力制御弁２０のバネ２２を縮め、バ
ネ２２の押圧力を増加させる。そして、この増加したバ
ネ力と容量減少側に調節されたポンプ１の吐出油路２の
圧力とが釣り合うと、馬力制御弁２０のスプール２１が
定常位置（第１位置２１ａ）に戻る。または、ポンプ１
が最小傾転となり、第２位置２１ｂとなる。つまり、吐
出油路２の圧力がバネ２２の押圧力より強くなると、自
動的に傾転を小さくして容量を減少させる。

【００１８】ここで、吐出油路２の圧力Ｐａが低下する
と、スプール２１は、バネ２２の力により第１位置２１
ａ方向へ変位する。すると、ポンプレギュレータピスト
ン機構１０の第１作動圧室１１ａは、ロードセンシング
弁３０を介してタンク３５へ連通するので、第１作動圧
室１１ａの圧力が低下し、ピストン１１が右に移動し
て、傾転が大になる。同時にバネ２２の押圧力が弱くな
り、吐出油路２の圧力Ｐａと釣り合い、定常位置に戻
る。または、最大傾転となって、第１位置２１ａにな
る。つまり、吐出油路２の圧力Ｐａがバネ２２の押圧力
より弱くなると、自動的に傾転を大きくして容量を増加
させる。

【００１９】吐出油路２の圧力と傾転の関係は、図３
（ａ）に示すようになる。そして、以上の馬力制御が行
われることにより、油圧ポンプ１の最大トルクが規制さ
れ、オーバートルクが防止される。

【００２０】次に、ロードセンシング制御について説明
する。

【００２１】ロードセンシング弁３０においては、スプ
ール３１に次の力が作用している。即ち、スプール３１
の図中左端には吐出油路２の圧力Ｐａが作用し、右端に
は最大負荷圧油路８の圧力Ｐｃと、バネ３２による力Ｋ
ａ（圧力換算値）とが作用している。そして、ＰａがＰ
ｃ＋Ｋａより大きくなると（Ｐａ＞Ｐｃ＋Ｋａ）、スプ
ール３１が第２位置３１ｂ方向へ変位し、吐出油路２の
圧力Ｐａがポンプレギュレータピストン機構１０の第１
作動圧室１１ａに作用し、ピストン１１が左へ変位し、
傾転小となる。

【００２２】また、ＰａよりＰｃ＋Ｋａの方が大きくな
ると（Ｐａ＜Ｐｃ＋Ｋａ）、スプール３１が第１位置３
１ａ方向へ変位し、ポンプレギュレータピストン機構１
０の第１作動圧室１１ａの圧力がタンク３５の圧力とな
り、ピストン１１が右へ変位し、傾転大となる。

【００２３】従って、吐出油路２と最大負荷圧油路８の
圧力差Ｐａ−Ｐｃが，バネ３２により設定された圧力差
Ｋａとなるようにポンプ容量が制御され、それにより可
変絞り弁３の開度にほぼ比例するよう流量が一定に制御
される。図３（ｂ）はＰａ、Ｐｃ、Ｋａと傾転の関係を
示している。

【００２４】なお、馬力制御弁２０がロードセンシング
弁３０より、ポンプレギュレータピストン機構１０に近
い上流側にあるので、馬力制御弁１０によってポンプレ
ギュレータピストン機構１０が優先的に馬力制御され
る。

【００２５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、アクチュエ
ータ作動回路に何らかの原因で圧力ハンチングが生じた
場合、この圧力ハンチングを早く減衰させることが望ま
しい。圧力ハンチングの減衰を早めるには、負荷圧が増
加したときアクチュエータへ流入する流量を減少し、負
荷圧が減少したときアクチュエータへ流入する流量を増
加するのが効果的である。

【００２６】しかし、上述したように、従来のロードセ
ンシング油圧回路においては、アクチュエータの負荷圧
が変わっても、可変絞り弁により設定された流量分だ
け、常にアクチュエータへ圧油が供給される。例えば、
図４に示すように、負荷圧力にハンチングが生じている
ときであっても、負荷圧の変動によることなく、常に可
変絞り弁の開度に応じた一定流量の圧油がアクチュエー
タに供給される。このため、圧力ハンチングが減衰しに
くいという問題があった。

【００２７】本発明は、このような従来の問題に鑑みて
なされたものであって、圧力ハンチングが生じた場合、
これを速やかに減衰させることのできるロードセンシン
グ油圧回路を提供することを目的とする。

【００２８】

【課題を解決するための手段】本発明は、可変容量形の
油圧ポンプと、この油圧ポンプの吐出油路に接続された
アクチュエータと、前記吐出油路の途中に設けられた可
変絞り弁と、前記アクチュエータと可変絞り弁間の油路
から引き出されたアクチュエータの負荷圧検出油路と、
前記吐出油路と負荷圧検出油路の圧力差が設定圧力差と
なるように前記油圧ポンプの容量を制御するポンプレギ
ュレータと、前記設定圧力差を前記負荷圧検出油路の圧
力が大きくなるほど定常値より小さくし同油路の圧力が
小さくなるほど定常値より大きくする設定圧力差可変手
段と、該設定圧力差可変手段によって変化させられた設
定圧力差を経時的に前記定常値に収束させる設定圧力差
収束手段と、を備えたことにより、上記課題を解決した
ものである。

【００２９】

【作用】本発明のロードセンシング油圧回路において
は、ポンプレギュレータにより吐出油路と負荷圧検出油
路の圧力差が設定圧力差となるように油圧ポンプの容量
が制御される。

【００３０】ここで、設定圧力差収束手段による収束ス
ピードは、通常運転時の圧力変動の速さよりも速く、か
つ圧力ハンチングのように速い圧力変動時の変動の速さ
よりも遅くなるように時定数（油圧回路では「絞り」の
程度が相当）が定められている。

【００３１】そのような条件下において、圧力ハンチン
グが生じた場合は、負荷圧が大きくなると設定圧力差が
小さくなり、それによりポンプ吐出流量が減少し、アク
チュエータに供給される流量が減る。そして、流量が減
ることにより、負荷圧増加を打ち消す作用が生じる。ま
た、負荷圧が小さくなると設定圧力差が大きくなり、そ
れによりポンプ吐出流量が増加し、アクチュエータに供
給される流量が増加する。そして、流量が増加すること
により、負荷圧減少を打ち消す作用が生じる。以上によ
り、圧力ハンチングの減衰が早まる。なお、設定圧力差
可変手段により変更された設定圧力差は、収束手段によ
り経時的に、つまり時間遅れをもって定常値に収束させ
られる。

【００３２】ここで、圧力変動がハンチング時のように
速い場合は、収束手段によって設定圧力差が定常値に収
束させられるよりも速いスピードで、可変手段によって
設定圧力差が変更されるので、それに応じて流量が変化
させられて、上記の減衰効果が得られる。この場合、も
し時間の遅れを持たずに収束作用を果たすとすると、ほ
とんど流量変化を生じる余裕がないので、上記の減衰を
早める効果は得られない。

【００３３】一方、通常運転における圧力変動時、つま
りゆっくりした圧力変動時には、圧力変動が収束手段に
よる収束スピードよりも遅くなるので、設定圧力差は変
化するやいなや定常値に復帰させられ、結果として、設
定圧力差がほとんど変化しないと同然となり、流量が常
に一定に制御されることになる。よって、通常運転時は
従来と同様の作用を果たす。

【００３４】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照しなが
ら説明する。

【００３５】この実施例のロードセンシング油圧回路
は、図５に示した従来のロードセンシング油圧回路に新
たに、設定圧力差を変化させるための負荷スプール弁
（設定圧力差可変手段）６０と、負荷レギュレータピス
トン機構７０と、絞り８０とを付加したものである。負
荷レギュレータピストン機構７０と絞り８０とで設定圧
力差収束手段が構成されている。その他の構成は従来例
と同様であるので、同一構成要素に同一符号を付して説
明を省略する。

【００３６】負荷スプール弁６０は、２位置制御弁であ
り、Ａポート、Ｐポート、Ｔポートの３つの切換え用ポ
ートを有し、スプール６１が図示の第１位置６１ａにあ
るとき、ＡポートとＴポートとを連通すると共に、Ｐポ
ートを閉鎖する。また、スプール６１が第２位置６１ｂ
にあるとき、ＡポートとＰポートとを連通すると共に、
Ｔポートを閉鎖する。さらに、スプール６１が中間位置
にあるときには、上記の中間状態でバランスする。

【００３７】この負荷スプール弁６０は、スプール６１
の図中左端がロードセンシング弁３０の圧力差設定バネ
３２の右端に当接しており、スプール６１の位置に応じ
てロードセンシング弁３０のバネ３２の押圧力（バネ
力）を調節するようになっている。また、この負荷スプ
ール弁６０は、スプール６１を第１位置６１ａ側（図中
左方）に付勢するためのバネ６２を有すると共に、スプ
ール６１を第２位置６１ｂ側（図中右方）に押圧するた
めのパイロット圧を導入するパイロットポートＦ２を有
している。パイロットポートＦ２には、最大負荷圧油路
８が接続されている。また、この負荷スプール弁６０の
Ｐポートは吐出油路２に接続され、Ｔポートはタンク６
５に接続されている。

【００３８】負荷レギュレータピストン機構７０は、内
蔵したピストン７１の両側に、第１作動圧室７１ａと第
２作動圧室７１ｂとを持ち、ピストンロッド７２側の第
２作動圧室７１ｂに、ピストン７１を第１作動圧室７１
ａ側に押圧するバネ７３を備えている。第１作動圧室７
１ａと第２作動圧室７１ｂとに臨むピストン７１の受圧
面積は、ピストンロッド７２が存在する分だけ、第２作
動圧室７１ｂ側の方が小さい。

【００３９】前記ピストンロッド７２の先端は負荷スプ
ール弁６０のバネ６２の右端に当接している。そして、
第２の作動圧室７１ｂは吐出油路２に接続され、第１の
作動圧室７１ａは、途中に絞り８０を備えた油路７５に
より、負荷スプール弁６０のＡポートに接続されてい
る。

【００４０】次に作用を説明する。

【００４１】予め定常時に、負荷スプール弁６０のスプ
ール６１が、最大負荷圧Ｐｃと、バネ３２の力と、負荷
レギュレータピストン機構７０の変位によってバネ力の
変わるバネ６２の力とで、ある位置に保持されるように
なっている。この時、バネ３２は所定のバネ力を持つ。
そして、このバネ３２の押圧力により、ロードセンシン
グ弁３０が、吐出油路２と最大負荷圧油路８の圧力差
を、当該バネ力により設定される圧力差に保つよう制御
する。

【００４２】ここで、最大負荷圧Ｐｃが上昇したとき
（馬力カーブにかかっていないとき）は、負荷スプール
弁６０のスプール６１の左端に最大負荷圧Ｐｃが作用
し、スプール６１が第２位置６１ｂ側（図中右方）に変
位して、バネ３２による押圧力が下がる。このため、ア
クチュエータ５へ流入する流量が減少し、それにより圧
力ハンチングが減衰しやすくなる。

【００４３】このとき、同時に負荷スプール弁６０のス
プール６１が第２位置６１ｂ方向（右方）へ変位したこ
とで、吐出油路２と油路７５との連通開度が大となり、
負荷レギュレータピストン機構７０の第１作動圧室７１
ａの圧力が上がる。そして負荷レギュレータピストン機
構７０のピストン７１の受圧面積差により、ピストン７
１が図中左方へ変位し、バネ６２が縮んでバネ力が強く
なり、負荷スプール弁６０のスプール６１が、最大負荷
圧Ｐｃとバネ３２の力とバネ６２の力の釣り合いにより
定常位置へ戻る。このとき、バネ３２も定常の設定状態
に戻り、ロードセンシング弁３０の設定圧力差が定常値
に戻る。

【００４４】この場合、絞り８０の存在によって、定常
状態に戻るまでに時間的な遅れが生じる。従って、即座
に定常状態に戻らないことにより、流量が変動する余裕
が生まれ、これにより圧力ハンチングを打ち消す作用が
発生する。

【００４５】一方、最大負荷圧Ｐｃが下降した時（馬力
カーブにかかっていない時）は、負荷スプール弁６０の
スプール６１の左端に作用していた圧力Ｐｃが減少し、
スプール６１が左に変位する。このとき、負荷レギュレ
ータピストン機構７０が、最大負荷圧Ｐｃが上昇する時
と逆の作用でバネ６２の力を弱める。そして、これによ
りスプール６１が定常位置に戻るまでの間、バネ３２の
力が強くなり、それにより設定圧力差が大きく調整さ
れ、アクチュエータへ流入する流量が増加させられる。
従って、圧力ハンチングが減衰しやすくなる。

【００４６】図２に圧力ハンチング時の流量の変化を示
す。圧力ハンチング時には、図示のように流量がそれを
打ち消す方向に変化するので、ハンチングの減衰が早ま
る。

【００４７】なお、上記実施例においては、設定圧力差
可変手段及び設定圧力差収束手段を共に純油圧手段であ
る負荷スプール弁６０及び負荷レギュレータピストン機
構７０とで構成したが、これらをリニアソレノイド、あ
るいはデューティソレノイド等を用いた電気的な手段で
置き換えることも可能である。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のロードセ
ンシング油圧回路によれば、圧力ハンチング時に、負荷
圧が上昇したとき流量を減少し、負荷圧が低下したとき
流量を増加させるように制御するので、圧力ハンチング
の減衰性を高め、操作性の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の回路図

【図２】本発明の一実施例による作用を示す特性図

【図３】本発明の一実施例及び従来の回路に共通の制御
特性を示す図であり、（ａ）は馬力制御の特性図、
（ｂ）はロードセンシング制御の特性図

【図４】従来のロードセンシング油圧回路の作用を示す
特性図

【図５】従来のロードセンシング油圧回路の回路図

【符号の説明】

１…油圧ポンプ ２…吐出油路 ３…可変絞り ５…アクチュエータ ６…負荷圧検出油路 ８…最大負荷圧検出油路（負荷圧検出油路） ５０…ポンプレギュレータ ６０…負荷スプール弁（設定圧力差可変手段） ７０…負荷レギュレータピストン機構（設定圧力差収束
手段） ８０…絞り（設定圧力差収束手段）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】可変容量形の油圧ポンプと、この油圧ポン
   プの吐出油路に接続されたアクチュエータと、前記吐出
   油路の途中に設けられた可変絞り弁と、前記アクチュエ
   ータと可変絞り弁間の油路から引き出されたアクチュエ
   ータの負荷圧検出油路と、前記吐出油路と負荷圧検出油
   路の圧力差が設定圧力差となるように前記油圧ポンプの
   容量を制御するポンプレギュレータと、前記設定圧力差
   を前記負荷圧検出油路の圧力が大きくなるほど定常値よ
   り小さくし同油路の圧力が小さくなるほど定常値より大
   きくする設定圧力差可変手段と、該設定圧力差可変手段
   によって変化させられた設定圧力差を経時的に前記定常
   値に収束させる設定圧力差収束手段と、を備えたことを
   特徴とするロードセンシング油圧回路。