JPH10122153A - 可変容量ポンプの容量制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】誤差要因に対して強く、ばね常数の大きなフィ
ードバックスプリングを使用でき、安定性のよい小型の
フィードバック制御された容量制御装置の提供 【解決手段】可変容量ポンプ１のポンプ容量制御部材２
に、容量制御シリンダ３のロッド１０とストローク変換
スプリング９を連結し、該シリンダの回路に比例ソレノ
イド６と設定スプリング８の力で移動するスプール１１
を備えたパイロットバルブ７を設け、該シリンダの動き
を該パイロットバルブにフィードバックスプリング１３
を介してフィードバックする容量制御装置に於いて、パ
イロットバルブに摺動自在のバレル１２を設け、ストロ
ーク変換スプリングをフィードバックスプリングを介し
て該シリンダのロッドに連結し、バレルにストローク変
換スプリングと補助スプリング１５を連結してこれらス
プリング９、１５のバランスによりバレルを摺動する

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、斜板形や斜軸形ア
キシャルピストンポンプ等の可変容量ポンプのポンプ容
量を電気的に制御する容量制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、可変容量ポンプのポンプ容量を電
気的に制御する場合、電気−機械変換装置として電磁比
例ソレノイドを使用し、てこ（リンク）の作用を営む油
圧倍力装置を介して力フィードバック型閉ループ系を形
成して制御するのが一般的である。その１例は図１に示
す如くであり、可変容量ポンプａの斜板や斜軸から成る
ポンプ容量制御部材ｂに、大受圧面積の容量制御シリン
ダｃと小受圧面積の容量制御シリンダｄをその推力が減
殺されるように機械的に連結する。これらの容量制御シ
リンダｃ、ｄのピストンのヘッド側室を、共通の油圧源
ｆに接続し、大受圧面積の容量制御シリンダｃを該油圧
源ｆに接続する油圧回路ｇに、電磁比例ソレノイドｈの
力とこの力に対抗した設定スプリングｉの力で移動する
スプールを備えたパイロットバルブｊを設けて該大受圧
面積のシリンダｃの作動を制御し、該パイロットバルブ
ｊの作動部材にフィードバックスプリングｋ及び油圧倍
力装置を介して該容量制御シリンダｃの力をフィードバ
ックする。尚、フィードバックスプリングｋのばね常数
はＫｆ、該設定スプリングｉは、指令系の安定性確保と
調整用のもので、そのばね常数はＫ１である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記した装置では、電
磁比例ソレノイドｈに適当な磁力を発生させると、パイ
ロットバルブｊが設定スプリングｉとバランスする位置
へ作動して油圧回路ｇを開き、油圧源ｆから大受圧面積
の容量制御シリンダｃのヘッド側室に圧力流体が導入さ
れる。該油圧源ｆの圧力流体は小受圧面積の容量制御シ
リンダｄに常時導入されており、これに発生する推力と
リターンスプリングｅの力とに大受圧面積の容量制御シ
リンダｃの推力が釣り合う位置まで該容量制御シリンダ
ｃが移動し、この移動に伴いポンプ容量制御部材ｂが例
えばポンプ容量を減少すべく移動する。そして、その移
動力がフィードバックスプリングｋを介して該パイロッ
トバルブｊの作動部材例えばスプールと該ソレノイドｈ
を連結する連桿にフィードバックされ、そのフィードバ
ック力が優勢になったとき、該バルブｊが該大受圧面積
のシリンダｃの移動を止めるように、具体的には該シリ
ンダｃのヘッド側室をタンクｌと油圧源ｆとに交互に接
続するように振動的作動を行い、可変容量ポンプａのポ
ンプ容量を一定にする。

【０００４】この構成のポンプ容量制御装置では、該フ
ィードバックスプリングｋの力をＦkf、設定スプリング
ｉの力をＦk1とすれば、電磁比例ソレノイドｈの発生力
Ｆsolとの間に、 Ｆsol＝Ｆkf＋Ｆk1………（１） の関係があり、該電磁比例ソレノイドの発生力Ｆsolが
小さいためフィードバックスプリングの力Ｆkfは極めて
小さな値となってしまう。

【０００５】更に、該電磁比例ソレノイドｈの発生力を
ＦminからＦmaxまで、またストロークをＸsolだけ制御
に使用するものとし、これに対する容量制御シリンダー
ｃ、ｄの全ストロークをＸcylとすれば、 Ｋｆ＝（Ｆmax−Ｆmin−Ｋ１・Ｘsol／２）・１／Ｘcyl……（２） であるから、Ｘcylが大きければ、フィードバックスプ
リングのばね常数Ｋｆも同様に小さくしなければならな
い。フィードバックスプリングの力Ｆkfが小さければ、
摩擦力などの誤差要因に対して敏感になり、Ｋｆが小さ
ければ、スプリングの設計も困難になる。

【０００６】しかも、（Ｋｆ＋Ｋ１）を大きくできない
ので、パイロットバルブｊのスプールの質量、電磁比例
ソレノイドｈのアマチャー質量等と設定スプリングｉ、
フィードバックスプリングで成り立つばね質量系の共振
点が低くなってしまうが、このばね質量系がポンプ容量
制御の閉ループ内に入るため、ポンプ容量制御系の安定
性を高くすることができないという欠点がある。

【０００７】本発明は、摩擦力等の誤差要因に対して強
く、ばね常数の大きなフィードバックスプリングを使用
でき、安定性がよく、小型に設計可能なフィードバック
制御された容量制御装置を提供することを目的とするも
のである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明では、上記の目的
を達成すべく、可変容量ポンプのポンプ容量を制御すべ
く移動するポンプ容量制御部材に、容量制御シリンダの
ロッドを連結し、該容量制御シリンダの油圧回路に電磁
比例ソレノイドの力とこの力に対抗した設定スプリング
の力で移動するスプールを備えて該容量制御シリンダの
流体の給排を制御するパイロットバルブを設け、該容量
制御シリンダの動きを該パイロットバルブの作動部材に
フィードバックスプリングを介してフィードバックする
容量制御装置に於いて、該パイロットバルブに摺動自在
のバレルを設けて該バレルの内部に該スプールを摺動自
在に設け、フィードバックすべき該容量制御シリンダの
ストロークをフィードバックスプリングとのばね常数比
で変換するストローク変換スプリングの移動端を該フィ
ードバックスプリングを介して該容量制御シリンダのロ
ッドに連結し、該バレルに該ストローク変換スプリング
と補助スプリングを連結して該フィードバックスプリン
グと該ストローク変換スプリング及び補助スプリングの
バランスにより該バレルを摺動するようにした。該容量
制御シリンダを大受圧面積の容量制御シリンダと小受圧
面積の容量制御シリンダの組合せで構成し、これら大小
の容量制御シリンダのピストンヘッド側の室を共通の油
圧源に接続すると共に該大受圧面積の容量制御シリンダ
のピストンヘッド側の室と該油圧源を結ぶ油圧回路に該
バレルを備えたパイロットバルブを設け、或いは該容量
制御シリンダを１基とし、そのピストンロッド側室を油
圧源に直接に接続すると共にそのピストンヘッド側室に
該バレルを備えたパイロットバルブを接続し、該ストロ
ーク変換スプリングの移動端を該バレル及びフィードバ
ックスプリングを介して該容量制御シリンダのロッドに
連結してもよい。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
き説明すると、図２に於いて、符号１は斜板型や斜軸型
の可変容量ポンプ、２は抽象的に示した該ポンプ１の斜
板や斜軸等のポンプ容量制御部材、３は該ポンプ容量制
御部材２を傾転や揺動させてポンプ容量を変更する容量
制御シリンダを示す。同図の場合、該容量制御シリンダ
３は大受圧面積の容量制御シリンダ３ａと小受圧面積の
容量制御シリンダ３ｂの組合せで構成し、大受圧面積の
シリンダ３ａの推力が小受圧面積のシリンダ３ｂの推力
により減殺されるように推力を対向させてポンプ容量制
御部材２にピストンロッドを連結した。両シリンダ３
ａ、３ｂのヘッド側室は、共通のパイロットポンプ等の
油圧源４に油圧回路５を介して夫々接続され、大受圧面
積のシリンダ３ａの油圧回路に電磁比例ソレノイド６で
作動制御されたスプール形のパイロットバルブ７を設
け、該パイロットバルブ７の開閉作動で該シリンダ３ａ
のヘッド側室に油圧源４から流体を供給し或いはタンク
１０へ排除する制御を行う。該パイロットバルブ７のス
プール１１の一端には電磁比例ソレノイド６の力がプッ
シュロッド等の作動部材により作用し、その他端には該
ソレノイド６の力に対抗する設定スプリング８の力が作
用する。

【００１０】こうした構成は従来のものと特に変わりが
ないが、本発明のものでは、該パイロットバルブ７にス
プール１１を囲んでその外周を自在に摺動する中空円筒
状のバレル１２を設け、該バレル１２に、フィードバッ
クスプリング１３を介して該容量制御シリンダ３のピス
トンロッド１４を連結すると共に一端を固定したストロ
ーク変換スプリング９の移動端を連結し、更に該バレル
１２に該ストローク変換スプリング９のばね力と対抗す
るように補助スプリング１５を直列に連結した。該パイ
ロットバルブ７は、公知の３ポート３位置切換弁と同構
成のものでよく、バレル１２にはポートの位置に対応し
て貫通穴が形成される。

【００１１】図２の装置の作動を説明する。電磁比例ソ
レノイド６を励磁してパイロットバルブ７のスプール１
１が押されると、該ソレノイド６の発生力に比例して設
定スプリング８が撓み、該スプール１１がバレル１２内
を摺動してポートを開き、大受圧面積の容量制御シリン
ダー３ａのヘッド側室へ油圧源４の流体が導かれ、該シ
リンダー３ａが小受圧面積の容量制御シリンダー３ｂを
押しながらストロークする。該容量制御シリンダー３
ａ、３ｂはポンプ容量制御部材２に連結されており、こ
のストロークが次第に増大すると、該制御部材２が移動
してポンプ１の容量を例えば増大させ、同時にフィード
バックスプリング１３を介してバレル１２を該スプール
１１と同じ方向へ移動するので開かれたポートが閉じら
れ、これにより容量制御シリンダ３ａの動きが停止し、
該ソレノイド６の発生力に応じた流量を該ポンプ１が吐
出する。

【００１２】該装置による制御は位置フィードバック型
の閉ループ制御であり、この時のバレル１２の摺動距離
は、容量制御シリンダー３ａ、３ｂのストロークに対
し、フィードバックスプリング１３のばね常数Ｋｆと、
ストローク変換スプリング９のばね常数Ｋ２、及び補助
スプリング１５のばね常数Ｋ３で決まる一定の比率で変
換されたものとなっている。以上の構成によるポンプ容
量制御の閉ループのブロック線図を示せば図３の如くで
あり、同図に於いて、ｓ：ラプラス演算子、ｍ：電磁比
例ソレノイドによって摺動される部分の質量の総計、
ｆ：電磁比例ソレノイドによって摺動される時の粘性抵
抗係数、Ｋｑ：パイロットバルブの流量係数（変数＝ス
プールの変位）、Ｃ：容量制御シリンダー配管系の圧縮
係数、ｌｋ：容量制御シリンダー配管系の漏れ係数、
Ｆ：容量制御シリンダー系の粘性抵抗係数、Ａ：容量制
御シリンダー３ａのヘッド側室のピストン面積、Ｍ：容
量制御シリンダー系の質量の総計、ａａ：１−Ｋｆ／
（Ｋ２＋Ｋ３＋Ｋｆ）、である。

【００１３】容量制御シリンダーのストロークＸcylか
らフィードバックスプリング１３、ストローク変換スプ
リング９及び補助スプリング１５の組み合わせた組合せ
スプリング（スプリングリンク）により変換される比率
ｋｐは、図３のフィードバックライン上の係数であるか
ら、ｋｐ＝Ｋｆ／（Ｋ２＋Ｋ３＋Ｋｆ）となる。Ｋ２、
Ｋ３、Ｋｆは定数であるから、従ってｋｐも一定の数で
あることがわかる。もし補助スプリング１５がなく、Ｋ
３＝０である場合は、求めるｋｐに対しＫ２を大きくし
なければならないが、補助スプリング１５を設けたこと
によりＫ３を適当な値にすればＫ２が過大となることを
防止し、しかも夫々のスプリング９，１３，１５の撓み
を適当なレベルに配分することができる。

【００１４】また、従来のものではパイロットバルブの
質量等の制御要素が力フィードバック型閉ループ系に入
っていたが、本発明のものでは、図３に示したように位
置制御閉ループの外にあり、位置制御系の安定性にこの
パイロットバルブの要素が関係してこない。従って、制
御の安定性が向上する。

【００１５】上記のものでは大小本の容量制御シリンダ
３を用いたが、図４のように１本の容量制御シリンダ３
で制御することも可能である。この場合は、図２のもの
と比べて指令に対する容量制御シリンダー３の動作方向
が逆になるだけで、基本的には図２の場合と同じでその
制御ブロック線図も図３と同じになる。図４の具体的構
成を図５に示した。

【００１６】この図５の装置の作動を説明すると以下の
通りである。電磁比例ソレノイド６が非励磁状態で発生
力がない時は、設定スプリング８の力でスプール１１は
図５の最上方に位置し、パイロットポンプの油圧源４か
らの流体が容量制御シリンダ３のヘッド側室及びロッド
側室の両方に導かれ、該シリンダ３のピストン両側の受
圧面積の差により該シリンダ３のロッドはフィードバッ
クスプリング１３を介してバレル１２を上方へ押し上
げ、該バレル１２に形成した貫通孔１２ａが閉じられた
ところでポートが閉じられ、該シリンダ３が停止する。
従って該シリンダ３のロッドも最上端に位置し、該シリ
ンダ３に連結したポンプ容量制御部材２はポンプ１の斜
板等を傾転させ、ポンプ容量を例えば最小に制御する。

【００１７】該電磁比例ソレノイド６に指令電流が流
れ、スプール１１を押す力が発生すると、該スプール１
１は設定スプリング８を押し下げて移動し、容量制御シ
リンダ３のヘッド側室に連なる通路をタンク１０へ開
き、常時油圧源４の圧力がかかっているロッド側室の圧
力によりそのロッドがポンプ容量制御部材２を伴って下
降する。このとき該容量制御シリンダ３のストロークに
ｋｐを乗じた分だけフィードバックスプリング１３を介
してバレル１２も下降し、その下降によりヘッド側室が
閉じられると該シリンダ３の動きも止まり、その位置を
維持する。このときの該シリンダー３のストロークは該
ソレノイド６の指令電流に比例して制御される。該シリ
ンダ３の動きでポンプ容量制御部材２も動き、例えばポ
ンプ容量は所望の量に増大される。

【００１８】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、可変容量
ポンプのポンプ容量を制御する容量制御シリンダの動き
をフィードバックスプリングを介して該シリンダを作動
制御するパイロットバルブにフィードバックする制御装
置に於いて、該パイロットバルブに摺動自在のバレルを
設け、該シリンダにストローク変換スプリングを該フィ
ードバックスプリングを介して連結し、該バレルに該ス
トローク変換スプリングと補助スプリングを連結して該
ストローク変換スプリングと補助スプリングのバランス
により該バレルを摺動させたので、位置フィードバック
型の閉ループ制御によりポンプ容量が制御され、フィー
ドバックスプリングは非力な電磁比例ソレノイドと対抗
する必要がなく、そのばね常数を大きく設定でき、摩擦
力等の外乱要因に強い制御装置が得られ、該ソレノイド
の発生力が制御ループから外れるので制御系の安定性が
向上し、スプリングの組合せで変位量変換を行うので、
てこ式のものに比べて構成部品を直線上に配置すること
ができ、制御装置を小型化できる等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のフィードバック型可変容量ポンプの容量
制御装置の説明図

【図２】本発明の実施の形態を示す説明線図

【図３】図２の制御系のブロック線図

【図４】本発明の他の実施の形態の説明線図

【図５】図４の具体的構成の断面図

【符号の説明】

１ 可変容量ポンプ、２ ポンプ容量制御部材、３・３
ａ・３ｂ 容量制御シリンダ、４ 油圧源、５ 油圧回
路、６ 電磁比例ソレノイド、７ パイロットバルブ、
８ 設定スプリング、９ ストローク変換スプリング、
１０ ロッド、１１ スプール、１２ バレル、１３
フィードバックスプリング、１５ 補助スプリング、

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】可変容量ポンプのポンプ容量を制御すべく
   移動するポンプ容量制御部材に、容量制御シリンダのロ
   ッドを連結し、該容量制御シリンダの油圧回路に電磁比
   例ソレノイドの力とこの力に対抗した設定スプリングの
   力で移動するスプールを備えて該容量制御シリンダの流
   体の給排を制御するパイロットバルブを設け、該容量制
   御シリンダの動きを該パイロットバルブの作動部材にフ
   ィードバックスプリングを介してフィードバックする容
   量制御装置に於いて、該パイロットバルブに摺動自在の
   バレルを設けて該バレルの内部に該スプールを摺動自在
   に設け、フィードバックすべき容量制御シリンダの変位
   をフィードバックスプリングとのばね常数比で変換する
   ストローク変換スプリングの移動端を該フィードバック
   スプリングを介して該容量制御シリンダのロッドに連結
   し、該バレルに該ストローク変換スプリングと補助スプ
   リングを連結して該フィードバックスプリングと該スト
   ローク変換スプリング及び補助スプリングのバランスに
   より該バレルを摺動することを特徴とする可変容量ポン
   プの容量制御装置。
2. 【請求項２】上記容量制御シリンダを大受圧面積の容量
   制御シリンダと小受圧面積の容量制御シリンダの組合せ
   で構成し、これら大小の容量制御シリンダのピストンヘ
   ッド側の室を共通の油圧源に接続すると共に該大受圧面
   積の容量制御シリンダのピストンヘッド側の室と該油圧
   源を結ぶ油圧回路に該バレルを備えたパイロットバルブ
   を設けたことを特徴とする請求項１に記載の可変容量ポ
   ンプの容量制御装置。
3. 【請求項３】上記容量制御シリンダを１基とし、そのピ
   ストンロッド側室を油圧源に直接に接続すると共にその
   ピストンヘッド側室に該バレルを備えたパイロットバル
   ブを接続し、上記ストローク変換スプリングの移動端を
   該バレル及びフィードバックスプリングを介して該容量
   制御シリンダのロッドに連結したことを特徴とする請求
   項１に記載の可変容量ポンプの容量制御装置。