JPH0747954B2 - 可変容量型ポンプの制御装置 - Google Patents

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し、特に
内部パイロット方式の可変容量型ポンプにおける吐出量
可変要素の変位をばね力に対抗する油圧力で制御するた
めに前記油圧力を制御する比例電磁制御弁に設定入力信
号に応じた制御電流を供給する制御装置に関するもので
ある。

［従来の技術］ 内部パイロット方式の可変容量型ポンプの吐出容量およ
び吐出圧力を比例電磁制御弁を用いて電気的に閉ループ
制御するための制御装置の従来例は、例えば特開昭62−
225788号公報に示されている。この種の可変容量ポンプ
では、そのポンプ要素の吐出量可変要素（例えばアキシ
ャルピストンポンプでは斜板、ベーンポンプではカムリ
ングなど）は内蔵ばねによって常に最大吐出量位置へ向
って付勢されており、このばねに抗して油圧力により吐
出量可変要素の位置を制御して吐出量を設定値に制御し
ている。この場合、従来の制御装置では、モーターで駆
動されるポンプ要素はその吐出量可変要素の位置によっ
て定まる吐出流量を生じるが、この吐出量可変要素をば
ね力に抗して変位させるための制御油圧力は、外部油圧
源からではなく、ポンプ要素自身の吐出圧油の一部を制
御弁で制御して与えられるようになっている。吐出量可
変要素は、この油圧力が減少すると内蔵ばねによって吐
出量を増やす方向に動作する。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の制御装置では、内部パイロット方式であるため
に、ポンプを小流量設定で動作させる場合に第５図に示
すように吐出圧力（負荷圧力）が低い領域において負荷
圧力の低下に伴って吐出流量が設定値よりも増加する傾
向が生じる。このような傾向は、斜板等の吐出量可変要
素をほぼカットオフ位置近傍に位置させて吐出量制御動
作を行う微小流量制御状態に達する以前の小流量設定時
でも現れ、その主な理由は、大流量設定時と小流量設定
時とにおける吐出量可変要素の戻しばねの撓み量の違い
に対して、吐出量可変要素の油圧−機械フィードバック
系の制御ゲインがほぼ一定であることにより、小流量設
定時の低圧領域で制御ゲインが不足がちになることによ
るものである。

即ち、この種の可変容量型ポンプでは、設定流量が比較
的多い場合には吐出量可変要素がその最大吐出量位置側
に大きく変位しており、従って戻しばねはあまり撓んで
おらず、吐出量可変要素に作用しているばね力は比較的
小さい値になっている。この状態で吐出圧力（負荷圧
力）が低下すると、それに伴ってばね力により吐出量可
変要素が流量増加方向へ変位するが、その変位量は、こ
のときのばね力に対して充分な制御ゲインによって比較
的僅かに抑えられる。一方、設定流量が比較的少ない場
合には吐出量可変要素がそのカットオフ位置側に変位し
ており、従って戻しばねが大きく撓んでいるため、吐出
量可変要素に作用しているばね力は比較的大きい値にな
っている。この状態で吐出圧力（負荷圧力）が低下する
と、それに伴ってばね力により吐出量可変要素が流量増
加方向へ変位するが、その変位量は、このときのばね力
に対して制御ゲイン相対的に不足することにより比較的
大きくなってしまい、吐出量可変要素がポンプの吐出量
を増加する方向に無視できないほど過剰に変位してしま
うことによって、低圧領域で吐出流量の増加現象が現れ
る結果となる。この傾向は設定流量が低くなるほど目立
つようになり、またポンプの定格容量に応じてほぼ定ま
った負荷圧力値以下で現れることが確認されている。

従って本発明の課題は、小流量設定で負荷圧力が低下し
ても吐出流量があまり増加しないようにして、安定制御
領域を拡大することのできる可変容量型ポンプの制御装
置を提供することである。

［課題を達成するための手段］ 本発明に係る可変容量型ポンプの制御装置は、可変容量
型ポンプの吐出量可変要素の変位をばね力に対抗する油
圧力で制御するために前記ポンプの吐出圧油の一部の導
入により前記油圧力を増圧制御またはタンクへの導出に
より減圧制御する比例電磁制御弁を用い、圧力および流
量の各設定信号と吐出圧力および吐出流量の各測定電気
量に応じたフィードバック信号とによる比例電磁制御弁
の閉ループフィードバック制御によって前記ポンプの吐
出流量と吐出圧力とを制御するものである。この制御装
置は、前記吐出圧力の測定電気量を受けとることによ
り、測定された吐出圧力が、小流量制御状態における低
圧領域で前記ポンプの吐出流量が設定流量よりも増加し
はじめる固有の圧力値より低くなったときに、吐出圧力
の低下に応じて前記流量設定信号の大きさを減少させる
補正回路手段を備えてなるものである。

［作用］ 可変容量型ポンプの圧力制御と流量制御の関連において
は現実の動作上から次の三つの状態に分類することがで
きる。

A:負荷圧力が設定圧力に達しておらず、流量制御だけが
行われている状態 B:吐出流量が設定値に達しておらず、吐出ラインに流れ
が存在する状態で圧力制御が行われる状態 C:吐出ラインに流れが殆ど存在せず、圧力制御だけが行
われている状態 本発明の可変容量型ポンプの制御装置では、可変容量型
ポンプの吐出量可変要素の変位をばね力に対抗する油圧
力で制御するために比例電磁制御弁を用い、圧力および
流量の各設定信号と吐出圧力および吐出流量の各測定電
気量に応じたフィードバック信号とによる比例電磁制御
弁の閉ループフィードバック制御によって前記ポンプの
吐出流量と吐出圧力とを制御する。ここで、比例電磁制
御弁は、前記ポンプの吐出圧油の一部の導入により前記
油圧力を増圧制御して吐出量を減少方向に制御し、また
はタンクへの導出により減圧制御して吐出量を増加方向
に制御する。比例電磁制御弁には、吐出圧力の測定電気
量による圧力フィードバック信号と圧力設定信号との偏
差および／または吐出流量の測定電気量による流量フィ
ードバック信号と流量設定信号との偏差に対応した励磁
信号が与えられ、このような閉ループフィードバック制
御の基本的な動作の一例は、例えば特開昭62−225788号
公報（特公平５−38156号）に開示されている通りであ
る。

即ち、前記状態Ａに対しては、流量フィードバック制御
が有効とされ、圧力フィードバック制御は無効とされ
る。これは、この状態Ａにおいては吐出圧力の測定電気
量による圧力フィードバック信号と圧力設定信号との偏
差が比較的大きいから、この偏差信号をループ内に設け
られた周知のリミッタ回路に通して一定レベルの信号に
することにより容易に達成可能であり、それによりこの
状態Ａにおいては流量フィードバック制御のみが有効と
なり、ポンプに対しては吐出流量の測定電気量による流
量フィードバック信号と流量設定信号とによる閉ループ
フィードバック制御が行われる。

また前記状態Ｂに対しては、圧力フィードバック制御が
有効とされ、流量フィードバック制御は例えば圧力フィ
ードバックループ内における流量の変化負帰還マイナー
ループとして有効とされる。これは、この状態Ｂにおい
ては圧力フィードバック信号と圧力設定信号との偏差が
リミッタ回路の制限レベル以下になるので、流量設定信
号の大きさを圧力フィードバック信号で変化させること
により設定圧力となる流量が得られるように圧力フィー
ドバック制御を行うことができ、吐出流量が変化したと
きには負帰還マイナーループに与えられる流量フィード
バック信号により流量変化による圧力変動を抑制する。

更に前記状態Ｃは負荷流量を殆ど必要としない所謂ブロ
ック状態であり、この状態Ｃでは流量フィードバック信
号は殆ど零となるので、ループに対する流量設定信号の
変化は外乱となり、この外乱は負帰還の作用により影響
として現れず、圧力フィードバックループによって流量
設定としては無効になる。従って圧力フィードバック制
御のみが有効となり、ポンプに対しては圧力フィードバ
ック信号と圧力設定信号との偏差による閉ループフィー
ドバック制御が行われる。

本発明では、小流量設定時において目立ってくる低圧側
での流量増加に対し、前記補正回路手段によって流量設
定信号に対する電気的な補償動作を行なわせるものであ
る。即ち、補正回路手段は一種の関数発生器であり、前
記吐出圧力の測定電気量を受けとることにより、測定さ
れた吐出圧力が、小流量制御状態における低圧領域で前
記ポンプの吐出流量が設定流量よりも増加しはじめる固
有の圧力値より低くなったときに、吐出圧力の低下に応
じて前記流量設定信号の大きさを減少させる機能を有し
ている。

この場合、負荷へ供給されるポンプ吐出流量が低圧領域
で増加する現象は、ポンプに固有の或る圧力値以下で発
生することが確認されているので、補正回路手段には対
象ポンプに固有の前記圧力値が補正開始圧力点として予
め設定される。

補正回路手段は、入力される吐出圧力の測定電気量に基
づいてポンプ吐出圧力が前記固有の圧力値よりも大きい
ときは零レベルの不変出力を生じ、ポンプ吐出圧力が前
記固有の圧力値よりも低下すると、その圧力降下に比例
して電圧が低下する関数信号を発生し、この関数信号と
流量設定信号との加算処理により流量設定信号を関数信
号に対応して減少させる。

この場合、前記固有の圧力値は、圧力フィードバック制
御のための設定圧力値よりはるかに低い低圧領域にある
から、この補正回路手段による電気的な保証動作が有効
となるのは前記状態Ａにおける低圧領域であり、従って
ポンプは流量フィードバック制御状態にある。流量フィ
ードバック制御状態において低圧領域の前記固有圧力値
以下に吐出圧力が低下すると、フィードバックループに
与えられる流量設定信号が補正回路手段によって圧力降
下に応じて減少され、従って比例電磁制御弁による流量
フィードバック制御の機能によってポンプは対応して減
少された流量設定状態に制御されることになり、これに
より負荷へ供給されるポンプ吐出流量が低圧領域で増加
する現象が抑制され、結果的に低圧領域においても設定
流量での吐出が維持されることになる。

このようにして本発明による可変容量型ポンプの制御装
置では比較的小流量の設定時においても低圧領域で吐出
流量が増加することを防止でき、従って吐出流量を設定
値に安定に制御することのできる圧力範囲が低圧領域に
まで拡大される利点があり、更には、一般的な可変容量
型ポンプで不可避の負荷圧力がない時の流量増加も極力
抑制することができる。

［実施例］ 第１図に本発明の実施例に係る制御装置を組込んだ可変
容量型ポンプのシステム全体の構成を、第２図に制御装
置の要部の回路構成例を示す。

第１図において、電動モータ１の回転軸に連結されたポ
ンプ要素２はその吐出量可変要素３の変位によって吐出
流量を変える可変容量型ポンプを構成する。吐出量制御
の油圧系は、可変要素３をばね力に対抗して変位させる
ためにその加圧室の油圧力を制御する比例電磁制御弁４
と、吐出圧力が設定された上限に達したときに可変要素
３を比例電磁制御弁４に拘らず変位させてポンプをカッ
トオフ状態にする安全弁５とを備えている。

本発明に係る制御装置は、ポンプの吐出圧を検出する圧
力センサ６と、ポンプの吐出流量に対応した検出量とし
て可変要素３の変位量を検出する変位検出器７と、これ
らセンサおよび検出器とフィードバックループを組んで
圧力および流量の設定値に応じた制御電流を制御弁４の
ソレノイド装置８に供給する制御アンプ９とを備えてい
る。

制御アンプ９の構成は第２図に例示する通りであり、圧
力設定信号入力端子10と流量設定信号入力端子11に各々
設定信号が入力されるようになっている。20は変位検出
器７の出力信号を受けてその微分信号Ｄを出力する微分
回路からなる流量変化速度検出回路、21は圧力センサ６
の検出出力を受けて予め定められた補正開始圧力値以上
では零レベルの不変出力を生じ、前記補正開始圧力値以
下では該圧力値に比例して電圧が下降するような補正出
力を生じる補正回路である。

加減算器12は、入力端子10からの圧力設定信号を＋入力
端に受け、圧力センサ６の検出出力と流量変化速度検出
回路20の微分出力とを各々−入力端に受け、その偏差に
対応した圧力偏差信号（第１信号）Ｘを出力する。この
圧力偏差信号Ｘはリミッタ14付きの増幅器13に入力さ
れ、リミッタ14による制限レベル以下のときはそのま
ま、また制限レベル以上のときは該レベルに制限された
一定値の信号として掛算器16に入力される。掛算器16に
は端子11から流量設定信号Ｙが入力されるが、この流量
設定信号Ｙに対し、増幅器15bにおいて圧力センサ６か
らの検出出力に基づき、増幅器15aによるポンプ容積効
率の補正と前記補正回路21による低圧時の吐出流量低下
補償とがかけられている。前記掛算器16は信号ＸとＹと
の積Ｚ（＝Ｘ・Ｙ）に相当する出力を生じる（但し、０
≦Ｘ≦1,0≦Ｙ≦１）。

もうひとつの加減算器17は、掛算器16の出力信号Ｚと変
位検出器７の検出出力との偏差に対応した出力信号を生
じる。この出力信号は更に偏差信号増幅器18と電流増幅
器19で増幅され、比例電磁制御弁４のソレノイド装置８
に供給される。

今、流量設定信号と圧力設定信号が与えられ、設定流量
が流れているが負荷圧力が設定よりも低い場合、加減算
器12は大きな圧力偏差信号Ｘを出力する。この圧力偏差
信号Ｘは増幅器13で増幅され、設定上限レベルより大き
いのでリミッタ14で一定値に固定される。この一定信号
Ｘが掛算器16に導かれ、もう一方の流量設定信号Ｙと掛
算されるが、信号Ｘが一定であるので掛算器16の出力Ｚ
は信号Ｙのみによって変化し、結局流量設定信号Ｙに比
例した流量指令信号となる。この流量指令信号Ｚと変位
検出器７の検出出力との偏差が加減算器17によって検出
され、増幅器18,19を介してソレノイド装置８へ供給さ
れ、閉ループの流量フィードバック制御が行われる。こ
の場合、可変要素３が急に変位して流量が変化しようと
すると流量変化速度検出回路20から微分出力が生じる
が、圧力センサ６の出力が小さい間はその速度フィード
バックの利き目は少ない。

流量制御中において負荷圧力は圧力センサ６によって検
出されている。第３図に示したように補正回路21は、圧
力センサ６の検出出力値が補正回路21に設定された補正
開始圧力値Pa以上のときは零レベルの電圧信号を出力
し、圧力検出値が補正開始圧力値以下になると補正回路
21の出力電圧は圧力検出値に比例した負電圧となる。こ
れによって前記流量フィードバック制御中のPa以下の低
圧領域において電気的な補正動作をかけて負荷圧力の低
下に対する吐出流量の増加傾向を抑制している。この補
償動作の効果は設定流量が大きい場合はさほど目立たな
いが、設定流量が低くなると抑制流量の比率が相対的に
増加するため顕著となり、例えば第４図に示すように低
圧領域までフラットな流量特性が得られ、また負荷圧力
が零になったときの吐出流量も同様に抑制されるように
なる。

流量制御中に負荷圧力が上昇してくると、加減算器12に
おける圧力設定信号との偏差信号の大きさが小さくなっ
ていく。負荷圧力が設定圧力値に非常に近くなってくる
と、偏差信号増幅器13の出力信号の大きさがリミッタ14
の制限レベルを外れて零に向かって降下しはじめる。そ
れまで掛算器16の出力Ｚは流量設定信号Ｙで定まってい
たのが信号Ｘの降下によってそれに応じた低下をするよ
うになり、この作用により設定圧力となる流量が得られ
るようになる。これは偏差信号増幅器13がリミッタ電圧
以内で動作するときは圧力フィードバック制御が有効に
なり、圧力制御が行なわれるためである。この状態で可
変要素３が急に変位して流量が増加しようとすると流量
変化速度検出器20から微分出力が生じ、この流量変化に
基づく圧力変動を抑制するように加減算器12における圧
力設定信号との偏差信号の大きさをダイナミックに制御
する。

負荷圧力が増大し、負荷流量を殆ど必要としない状態、
すなわちブロック状態では、掛算器16の流量設定信号Ｙ
が変化しても信号Ｘ側の圧力フィードバックループによ
り流量設定としては無効になり、このとき掛算器16は流
量設定入力Ｙが一定と考えて圧力偏差信号Ｘのみによっ
て比例的に動作することになる。この制御状態は圧力フ
ィードバック制御である。

以上の動作は逆方向の変化、すなわち圧力制御状態から
流量制御状態に変化する場合でも同様である。

尚、前記流量変化速度検出回路20には種々の伝達関数の
微分回路が適用できるのは先の特開昭62−225788号公報
による制御装置の場合と同様である。

［発明の効果］ 以上に述べたように、本発明によれば、内部パイロット
方式の可変容量型ポンプの圧力・流量閉ループ制御を行
なうものにおいては小流量設定時における低圧領域での
吐出流量の増加傾向が抑制され、安定流量制御範囲を低
圧側に拡張してしかも負荷圧零のときの吐出流量も少な
くできるという効果が得られるものであり、小流量で広
い圧力範囲に亙って安定流量を必要とする例えばプラス
チックの射出成形機等の油圧制御系統に用いるのに好適
な制御装置が実現するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る制御装置を組込んだ可変
容量型ポンプのシステム全体の構成を示す回路図、第２
図は制御装置の要部の回路構成例を示すブロック図、第
３は補正回路の特性例を示す線図、第４図は本発明の制
御装置によるポンプの圧力−流量特性例を示す線図、第
５図は従来例によるポンプの圧力−流量特性例を示す線
図である。 （主要部分の符号の説明） 2:ポンプ要素、3:吐出量可変要素、4:比例電磁制御弁、
6:圧力センサ（圧力検出手段）、7:変位検出器（流量検
出手段）、8:ソレノイド装置、9:制御アンプ、10:圧力
設定信号入力端子、11:流量設定信号入力端子、12,17:
加減算器（偏差信号検出手段）、13:圧力偏差信号増幅
器、14:リミッタ、15b:補正用加減算増幅器、16:掛算
器、18:流量偏差信号増幅器、19:電流増幅器、21:補正
回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】可変容量型ポンプの吐出量可変要素の変位
   をばね力に対抗する油圧力で制御するために前記ポンプ
   の吐出圧油の一部の導入により前記油圧力を増圧制御ま
   たはタンクへの導出により減圧制御する比例電磁制御弁
   を用い、圧力および流量の各設定信号と吐出圧力および
   吐出流量の各測定電気量に応じたフィードバック信号と
   による比例電磁制御弁の閉ループフィードバック制御に
   よって前記ポンプの吐出流量と吐出圧力とを制御する可
   変容量型ポンプの制御装置において、 前記吐出圧力の測定電気量を受けとることにより、測定
   された吐出圧力が、小流量制御状態における低圧領域で
   前記ポンプの吐出流量が設定流量よりも増加しはじめる
   固有の圧力値より低くなったときに、吐出圧力の低下に
   応じて前記流量設定信号の大きさを減少させる補正回路
   手段を備えたことを特徴とする可変容量型ポンプの制御
   装置。