JPH0849659A - 油圧ポンプ流量制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】油圧ポンプ流量制御装置において、比例電磁弁
制御のための電気的な処理を極力減らし、信頼性の高い
油圧ポンプの吐出流量の制御を可能とする。 【構成】油圧ポンプ１の押しのけ容積可変機構１ａの調
整アクチュエータ２として両端の受圧面積が異なるサー
ボピストン２ａを備えた差動シリンダを用い、この差動
シリンダの小径側室２ｂを油圧源３に常時連通させ、大
径側室２ｃを比例電磁弁４を介して油圧源３に接続し、
比例電磁弁４として差動シリンダの大径側室に接続され
るアクチュエータポートＰ、油圧源３に接続されるポン
プポートＰ及びタンクに接続されるタンクポートＲを有
する３ポート比例電磁弁を用い、この比例電磁弁の各ポ
ートとスプール４ｂとの間にフィードバックスリーブ７
を挿入し、このフィードバックスリーブをサーボピスト
ンにリンク結合し、制御部５よりソレノイドにポンプ吐
出流量の目標値に応じた制御電流を出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は油圧ポンプ流量制御装置
に係わり、特に比例電磁弁を用いた電気−油圧サーボ機
構により調整アクチュエータを駆動し可変容量型油圧ポ
ンプの吐出流量を制御する油圧ポンプ流量制御装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】油圧ポンプ流量制御装置として比例電磁
弁を用いた電気−油圧サーボ機構により調整アクチュエ
ータを駆動し可変容量型油圧ポンプの吐出流量を制御す
るものが従来提案されている。その一例として特公平６
−３３７７３号公報に記載のものがある。この従来技術
では、比例電磁弁として３ポート比例電磁弁を用い、油
圧ポンプの吐出流量の検出手段として油圧ポンプの押し
のけ容積可変機構の位置または調整アクチュエータのピ
ストンの位置Ｗを検出する位置センサを用いる。この位
置センサとしては通常、ポテンショメータや差動トラン
ス等が用いられ、位置Ｙに応じた電気信号を位置信号と
して出力する。この位置センサで出力した位置信号は制
御部に送られ、制御部では、入力信号に応じた目標値Ｘ
と位置センサで検出した位置Ｗとの偏差（制御偏差）Ｚ
＝Ｘ−Ｗを演算し、この制御偏差Ｚが零になるよう比例
電磁弁のソレノイドに制御電流を出力する。比例電磁弁
はこの制御電流により作動して油圧源から調整アクチュ
エータに所定の流量の圧油を供給し、油圧ポンプの押し
のけ容積可変機構の位置を制御する。制御偏差Ｚが不感
帯Δより小さくなると比例電磁弁へ閉信号を送り、押し
のけ容積可変機構の位置を保つ。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ように構成した従来技術では、油圧ポンプの押しのけ容
積を位置センサで電気的に検出し、その検出信号を制御
部で電気的に処理して比例電磁弁に制御電流を出力する
ため、電気的な故障が発生し易く、システムの信頼性が
低いという問題があった。

【０００４】本発明の目的は、比例電磁弁を制御するた
めの電気的な処理を極力減らし、信頼性の高い油圧ポン
プ流量制御装置を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の油圧ポンプ流量制御装置は次の構成を採用
する。すなわち、可変容量型の油圧ポンプと、その油圧
ポンプの押しのけ容積可変機構を作動させる調整アクチ
ュエータと、油圧源からその調整アクチュエータへ導か
れる圧油を制御する比例電磁弁と、その比例電磁弁に入
力信号に応じた制御信号を出力する制御部とを備えた油
圧ポンプ流量制御装置において、前記調整アクチュエー
タとして両端の受圧面積が異なるサーボピストンを備え
た差動シリンダを用い、前記差動シリンダの小径側室を
前記油圧源に常時連通させ、大径側室を前記比例電磁弁
を介して前記油圧源に接続し、前記比例電磁弁として前
記差動シリンダの大径側室に接続されるアクチュエータ
ポート、前記油圧源に接続されるポンプポート及びタン
クに接続されるタンクポートの３つのポートを有し、ソ
レノイドの電磁力に応じてスプールを変位させ前記アク
チュエータポートを前記ポンプポート及びタンクポート
に選択的に連通させる３ポート比例電磁弁を用い、この
比例電磁弁の３つのポートとスプールとの間にフィード
バックスリーブを挿入し、このフィードバックスリーブ
を前記差動シリンダのサーボピストンにリンク結合し、
サーボピストンの移動に伴って変位するようにするとと
もに、前記制御部より前記比例電磁弁のソレノイドに前
記油圧ポンプの吐出流量の目標値に応じた制御電流を出
力する構成とする。

【０００６】

【作用】以上のように構成した本発明においては、制御
部より比例電磁弁のソレノイドに制御電流が出力され、
ソレノイドに発生する電磁力により制御電流（油圧ポン
プの吐出流量の目標値）に比例して比例電磁弁のスプー
ルが移動するとき、制御電流が油圧ポンプの吐出流量を
増やす方向のものであるときは、比例電磁弁のアクチュ
エータポートがポンプポートに連通して油圧源の圧油が
調整アクチュエータ（差動シリンダ）の大径側室に送ら
れ、受圧面積の差でサーボピストンを動かし油圧ポンプ
の押しのけ容積可変機構を動かし、油圧ポンプの吐出流
量を増加させる。一方、サーボピストンの移動にともな
って比例電磁弁内のフィードバックスリーブもスプール
と同じ方向に移動し、フィードバックスリーブの位置が
スプールの位置と同じになると、アクチュエータポート
とポンプポートの連通が遮断され、調整アクチュエータ
の大径側室への圧油の流入が停止し、サーボピストンの
移動が停止して押しのけ容積可変機構の動きも停止す
る。これにより、油圧ポンプの吐出流量は制御電流に応
じた流量（吐出流量の目標値）まで増加する。制御電流
が油圧ポンプの吐出流量を減らす方向のものであるとき
は、比例電磁弁のアクチュエータポートがタンクポート
に連通し、小径側室の油圧力でサーボピストンは上記と
逆の方向に動き、油圧ポンプの吐出流量は制御電流に応
じた流量（吐出流量の目標値）まで減少する。このよう
にして制御電流に応じて油圧ポンプの吐出流量が制御さ
れ、従来の電気−油圧サーボ機構と同様に目標値に応じ
た吐出流量が得られる。

【０００７】また、本発明では、サーボピストンにリン
クしたフィードバックスリーブを用いてサーボピストン
の変位を機械的にフィードバックするので、比例電磁弁
を制御するための電気的な処理が減り、電気的な故障が
少なくなり、信頼性の高い制御ができる。また、比例電
磁弁にフィードバックスリーブを組み込みこれを調整ア
クチュエータのサーボピストンにリンクさせただけの構
成なので、簡単な構造でポンプ吐出流量の電磁比例制御
ができる。更に、制御部では目標値との制御偏差を演算
する必要がないので、制御部の処理負担を軽減し、電気
的な故障が更に少なくなる。また、制御部の低コスト化
も図れる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。

【０００９】図１において、１は本実施例の油圧ポンプ
流量制御装置により吐出流量が制御される可変容量型の
油圧ポンプであり、油圧ポンプ１は斜板などよりなる押
しのけ容積可変機構１ａを有している。押しのけ容積可
変機構１ａは調整アクチュエータ２により作動され、調
整アクチュエータ２は押しのけ容積可変機構１ａに連結
されこれを駆動する両端の受圧面積が異なるサーボピス
トン２ａと、サーボピストン２ａの小径側を収納する小
径側室２ｂ及びサーボピストン２ａの大径側を収納する
大径側室２ｃとを有する差動シリンダとして構成されて
いる。調整アクチュエータ２は油圧源３の圧油を比例電
磁弁４で制御することにより作動する。油圧源３はタン
ク３ａと、パイロットポンプ３ｂと、パイロットポンプ
３ｂの吐出圧力を一定に制御するリリーフ弁３ｃとで構
成され、調整アクチュエータ２の小径側室２ｂはパイロ
ットポンプ３ｂに接続されている。

【００１０】比例電磁弁４はポンプポートＰ、タンクポ
ートＲ、アクチュエータポートＴを形成したケーシング
４ａと、ケーシング４ａ内に配置されたスプール４ｂ
と、ケーシング４ａの一端に設けられ、制御ユニット５
からの制御電流Ｉによりスプール４ｂを図示右方に付勢
するソレノイド４ｃと、スプール４ｂを図示左方に付勢
するスプリング４ｄとを有している。ケーシング４ａの
ポンプポートＰは油圧源３のパイロットポンプ３ｂに接
続され、タンクポートＲはタンク３ａに接続され、アク
チュエータポートＴは調整アクチュエータ２の大径側室
２ｃに接続されている。ここで、比例電磁弁４は３つの
ポートＰ，Ｒ，Ｔを有するので３ポート比例電磁弁と呼
ばれる。また、スプール４ｂは図示の中立位置において
ポンプポートＰ及びタンクポートＲをそれぞれ閉じるス
プール部分４ｆ，４ｇを有し、スプール部分４ｆと４ｇ
との間には常時アクチュエータポートＴを介して調整ア
クチュエータ２の大径側室２ｃに連通する室４ｉが形成
されている。

【００１１】また、比例電磁弁４において、ケーシング
４ａとスプール４ｂとの間にはフィードバックスリーブ
７が挿入されている。このフィードバックスリーブ７は
調整アクチュエータ２のサーボピストン２ａにリンク８
を介して連結され、このサーボピストン２ａの移動に伴
って変位する構成となっている。フィードバックスリー
ブ７は図示するように、比例電磁弁４のケーシング４ａ
に形成されたポートＰ，Ｒ，Ｔに対応する位置に連通孔
７ａを形成されている。

【００１２】次に、以上のように構成した油圧ポンプ流
量制御装置の動作を説明する。

【００１３】制御ユニット５には油圧ポンプ１の吐出流
量の目標値Ｘが入力され、目標値Ｘに応じた制御電流Ｉ
を比例電磁弁４のソレノイド４ｃに出力する。ソレノイ
ド４ｃはその制御電流Ｉに比例した電磁力Ｆｉを生じ、
スプール４ｂに作用させてこれを図示右方に動かす。ス
プール４ｂが図示右方に移動するとスプリング４ｄの撓
み量が変わりばね反力Ｆｓを強め、最後に電磁力Ｆｉと
ばね反力Ｆｓとがバランスした位置Ｙでスプール４ｂは
止まる。

【００１４】また、このようにスプール４ｂが移動する
と比例電磁弁４のポンプポートＰと室４ｉが連通し、油
圧源３からの圧油がポンプポートＰを経由して室４ｉに
流入し、更に比例電磁弁４のアクチュエータポートＴを
経由して調整アクチュエータ２の大径側室２ｃに流入す
る。こうして油圧源３から送られた同じ圧力の圧油が調
整アクチュエータ２の小径側室２ｂと大径側室２ｃに導
かれる。ここで、大径側室２ｃのサーボピストン２ａの
受圧面積は小径側室２ｂのサーボピストン２ａの受圧面
積より大きい。このため、調整アクチュエータ２のサー
ボピストン２ａは比例電磁弁４のスプール４ｂと同じ図
示右方向へ移動し、油圧ポンプ１の押しのけ容積可変機
構１ａを作動させ、油圧ポンプ１の吐出流量は目標値Ｘ
の値に応じて増加してゆく。

【００１５】一方、このようにサーボピストン２ａが移
動すると、これにリンク結合されている比例電磁弁４の
フィードバックスリーブ７をスプール４ｂと同じ図示右
方に移動させ、フィードバックスリーブ７がスプール４
ｂと同じ位置まで移動するとポンプポートＰを閉じ、室
４ｉ内への圧油の流入を止め、調整アクチュエータ２の
サーボピストン２ａの移動を停止させる。

【００１６】このようにして、目標値Ｘの値に比例して
油圧ポンプ１の吐出流量の制御ができる。

【００１７】また、あるバランスした位置での目標値Ｘ
と制御電流Ｉと電磁力Ｆｉとスプール４ｂの位置Ｙとス
プリング４ｄのバネの反力ＦｓをそれぞれＸ0 ，Ｉ0 ，
Ｆｉ0 ，Ｙ0 ，Ｆｓ0 とする。そのバランス位置でのフ
ィードバックスリーブ７の位置Ｚと調整アクチュエータ
２のピストン２ａの位置Ｗと油圧ポンプ１の押しのけ容
積可変機構１ａの位置Ｗｐと油圧ポンプ１の吐出流量Ｑ
ｐをそれぞれＺ0 （＝Ｙ0 ），Ｗ0 ，Ｗｐ0 ，Ｑｐ0 と
する。

【００１８】このようなバランスした位置から油圧ポン
プ１の吐出流量を増加させるための吐出流量の目標値Ｘ
0 ＋ΔＸを制御ユニット５に入力し、制御ユニット５か
ら比例電磁弁４のソレノイト４ｃへ制御電流Ｉ0 ＋ΔＩ
を出力する。その制御電流Ｉ0 ＋ΔＩに比例して、ソレ
ノイト４ｃは電磁力Ｆｉ0 ＋ΔＦｉを生じ、比例電磁弁
４のスプール４ｂをその力Ｆｉ0 ＋ΔＦｉに応じて更に
図示右方へ動かす。スプール４ｂが図示右方へ移動する
と比例電磁弁４のスプリング４ｄはさらに圧縮され、最
後に電磁力Ｆｉ0 ＋ΔＦｉとスプリング４ｄのばね反力
Ｆｓ0 ＋ΔＦｓとがバランスした位置Ｙ0 ＋ΔＹで止ま
る。

【００１９】また、このようにスプール４ｂが移動する
と比例電磁弁４のポンプポートＰと室４ｉが再び連通
し、油圧源３からの圧油がポンプポートＰを経由して室
４ｉに流入し、更に比例電磁弁４のアクチュエータポー
トＴを経由して調整アクチュエータ２の大径側室２ｃに
流入する。こうして油圧源３から送られた同じ圧力の圧
油が調整アクチュエータ２の小径側室２ｂと大径側室２
ｃに導かれる。ここで、大径側室２ｃのサーボピストン
２ａの受圧面積は小径側室２ｂのサーボピストン２ａの
受圧面積より大きい。このため、調整アクチュエータ２
のサーボピストン２ａは比例電磁弁４のスプール４ｂと
同じ図示右方向へ更に移動し、油圧ポンプ１の押しのけ
容積可変機構１ａを作動させ、油圧ポンプ１の吐出流量
は目標値Ｘの増加に応じて増加してゆく。

【００２０】一方、このようにサーボピストン２ａが移
動すると、これにリンク結合されている比例電磁弁４の
フィードバックスリーブ７をスプール４ｂと同じ図示右
方に更に移動させ、フィードバックスリーブ７がスプー
ル４ｂと同じ位置まで移動するとポンプポートＰを閉
じ、室４ｉ内への圧油の流入を止め、調整アクチュエー
タ２のサーボピストン２ａの移動を停止させる。このと
き、スプール４ｂとフィードバックスリーブ７とピスト
ン２ａと押しのけ容積可変機構１ａとはそれぞれ目標値
Ｘの増加ΔＸに応じた新たな位置Ｙ0 ＋ΔＹ，Ｚ0 ＋Δ
Ｚ，Ｗ0 ＋ΔＷ，Ｗｐ0 ＋ΔＷｐになり、油圧ポンプ１
の吐出流量も増加した新たな値Ｑｐ0 ＋ΔＱｐになる。

【００２１】逆に、油圧ポンプ１の吐出流量を減少させ
るための吐出流量の目標値Ｘ0 −ΔＸを制御ユニット５
に入力し、制御ユニット５から比例電磁弁４のソレノイ
ド４ｃへ制御電流Ｉ0 −ΔＩを出力する。その制御電流
Ｉ0 −ΔＩに比例して、ソレノイド４ｃは電磁力Ｆｉ0
−ΔＦｉを生じ、比例電磁弁４のスプール４ｂをその力
Ｆｉ0 −ΔＦｉに応じて図示左方へ動かす。スプール４
ｂが図示左方に移動すると比例電磁弁４のスプリング４
ｄは伸ばされ、最後に電磁力Ｆｉ0 −ΔＦｉとスプリン
グ４ｄのばね反力Ｆｓ0 −ΔＦｓとがバランスした位置
Ｙ0 −ΔＹで止まる。

【００２２】また、このようにスプール４ｂが移動する
と比例電磁弁４のタンクポートＲが室４ｉが連通し、調
整アクチュエータ２の大径側室２ｃが比例電磁弁４のア
クチュエータポートＴ，室４ｉ及びタンクポートＲを介
してタンク３ａに連通する。このため、調整アクチュエ
ータ２のサーボピストン２ａは小径側室２ｂの油圧力で
比例電磁弁４のスプール４ｂと同じ図示左方向へ移動
し、油圧ポンプ１の押しのけ容積可変機構１ａを作動さ
せ、油圧ポンプ１の吐出流量は目標値Ｘの減少に応じて
減少してゆく。

【００２３】一方、このようにサーボピストン２ａが移
動すると、これにリンク結合されている比例電磁弁４の
フィードバックスリーブ７をスプール４ｂと同じ図示左
方に移動させ、フィードバックスリーブ７がスプール４
ｂと同じ位置まで移動するとタンクポートＲを閉じ、室
４ｊ内への圧油の流入を止め、調整アクチュエータ２の
ピストン２ａの移動を停止させる。このとき、スプール
４ｂとフィードバックスリーブ７とサーボピストン２ａ
と押しのけ容積可変機構１ａとはそれぞれ目標値Ｘの減
少ΔＸに応じた新たな位置Ｙ0 −ΔＹ，Ｚ0 −ΔＺ，Ｗ
0 −ΔＷ，Ｗｐ0 −ΔＷｐになり、油圧ポンプ１の吐出
流量も減少した新たな値Ｑｐ0 −ΔＱｐになる。

【００２４】このようにして、目標値Ｘの増減に比例し
て油圧ポンプ１の吐出流量の制御ができる。

【００２５】図２に比較例として従来の考えで電気−油
圧サーボ機構を構成した例を示す。図中、図１に示す部
材と同等の部材には同じ符号を付している。従来の電気
−油圧サーボ機構では、比例電磁弁としてはフィードバ
ックスリーブのない通常の３ポート比例電磁弁４Ａを用
い、油圧ポンプ１の吐出流量の検出手段として調整アク
チュエータ２のサーボピストン２ａの位置Ｗを検出する
位置センサ６を設ける。油圧ポンプ１の押しのけ容積可
変機構１ａの位置を検出してもよい。この位置センサと
しては通常、ポテンショメータや差動トランス等が用い
られ、位置Ｗに応じた電気信号を位置信号として出力す
る。この位置センサ６で出力した位置信号は制御ユニッ
ト５Ａに送られ、制御ユニット５Ａでは、入力信号に応
じた目標値Ｘと位置センサ６で検出した位置との偏差
（制御偏差）Ｚ＝Ｘ−Ｗを演算し、この制御偏差Ｚが零
になるよう比例電磁弁４Ａのソレノイド４ｃに制御電流
ＩＡを出力する。比例電磁弁４Ａはこの制御電流ＩＡに
より作動して油圧源３から調整アクチュエータ２に所定
の流量の圧油を供給し、油圧ポンプ１の押しのけ容積可
変機構１ａの位置を制御する。制御偏差Ｚが不感帯Δよ
り小さくなると比例電磁弁４Ａへ閉信号を送り、押しの
け容積可変機構１ａの位置を保つ。

【００２６】以上の従来技術では、油圧ポンプ１の押し
のけ容積を位置センサ６で電気的に検出し、その検出信
号を制御ユニット５Ａで電気的に処理して制御電流ＩＡ
を出力するため、電気的な故障が発生し易く、システム
の信頼性が低いという問題がある。

【００２７】これに対し本実施例では、比例電磁弁４に
組み込んだフィードバックスリーブ７によりサーボピス
トン２ａの変位を機械的にフィードバックするので、比
例電磁弁４を制御するための電気的な処理が減り、電気
的な故障が少なく信頼性の高い比例電磁弁の制御がで
き、信頼性の高い油圧ポンプの吐出流量の制御ができ
る。また、比例電磁弁４にフィードバックスリーブ７を
組み込みこれを調整アクチュエータ２のサーボピストン
２ａにリンクさせただけの構成なので、簡単な構造でポ
ンプ吐出流量の電磁比例制御ができる。更に、本実施例
では制御ユニット５で目標値Ｘとの制御偏差を演算する
必要がないので、制御ユニット５の処理負担を軽減し、
電気的な故障が更に少なくなる。また、制御ユニット５
の低コスト化も図れる。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、簡単な構造で信頼性の
高い比例電磁弁の制御ができ、信頼性の高い油圧ポンプ
の吐出流量の制御ができる。また、制御部の処理負担を
軽減し、電気的な故障が更に少なくなる。また、制御部
の低コスト化が図れる効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による油圧ポンプ流量制御装
置の構成を示す図である。

【図２】比較例として従来の考えによる電気−油圧サー
ボ機構を用いた油圧ポンプ流量制御装置の構成を示す図
である。

【符号の説明】

１ 油圧ポンプ １ａ 押しのけ容積可変機構 ２ 調整アクチュエータ ２ａ サーボピストン ２ｂ 小径側室 ２ｃ 大径側室 ３ 油圧源 ４ 比例電磁弁 ４ａ ケーシング ４ｂ スプール ４ｃ ソレノイド ４ｄ スプリング ４ｆ及び４ｇ スプール部分 ４ｉ 室 ５ 制御ユニット ７ フィードバックスリーブ（フィードバック手段） ８ リンク Ｐ ポンプポート Ｒ タンクポート Ｔ アクチュエータポート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 湯浅 一正 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内 (72)発明者 本澤 幸裕 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内 (72)発明者 坂入 哲也 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 可変容量型の油圧ポンプと、その油圧ポ
   ンプの押しのけ容積可変機構を作動させる調整アクチュ
   エータと、油圧源からその調整アクチュエータへ導かれ
   る圧油を制御する比例電磁弁と、その比例電磁弁に入力
   信号に応じた制御信号を出力する制御部とを備えた油圧
   ポンプ流量制御装置において、 前記調整アクチュエータとして両端の受圧面積が異なる
   サーボピストンを備えた差動シリンダを用い、前記差動
   シリンダの小径側室を前記油圧源に常時連通させ、大径
   側室を前記比例電磁弁を介して前記油圧源に接続し、前
   記比例電磁弁として前記差動シリンダの大径側室に接続
   されるアクチュエータポート、前記油圧源に接続される
   ポンプポート及びタンクに接続されるタンクポートの３
   つのポートを有し、ソレノイドの電磁力に応じてスプー
   ルを変位させ前記アクチュエータポートを前記ポンプポ
   ート及びタンクポートに選択的に連通させる３ポート比
   例電磁弁を用い、この比例電磁弁の３つのポートとスプ
   ールとの間にフィードバックスリーブを挿入し、このフ
   ィードバックスリーブを前記差動シリンダのサーボピス
   トンにリンク結合し、サーボピストンの移動に伴って変
   位するようにするとともに、前記制御部より前記比例電
   磁弁のソレノイドに前記油圧ポンプの吐出流量の目標値
   に応じた制御電流を出力することを特徴とする油圧ポン
   プ流量制御装置。