JPS60175863A - 可変容量ポンプの馬力制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は斜板角を変更することたより吐出量が変化する
可変容’ｂｉ’　ｄ”ンゾの馬力制御方法に関する。

第１図にこの種ポンプが組込まれた油圧回路の１例が示
され、第１図において、（１）はエンジン、（２）は可
変容量ポンプ、（３）は斜板コントローラ、（４）は操
作レバー、（５）は負荷、（６）はモータ、（７）（８
）はリリーフ弁、（９１１０）はポンプ（２）とモータ
（６）を連結する左右の油圧配管、０υは斜板である。

エンジン（１）で駆動されるポンプ（２）の吐出方向及
び流量は操作レバー（４）により斜板コントローラ（３
）及び斜板（１１）す介してコントロールされ、操作レ
バー（４）を■側に倒すと斜板コントローラ（３）によ
り斜板（１１）は左に倒れ、作動油は左側配管（９）に
吐出され、操作レバー（４）暑Ｏ側に倒すと逆に作動油
は右側配管（１０）に吐出されンブ（２）の吐出量は零
となる。リリーフ弁（力（８）が作動せず、モータ（６
）の安定な駆動が実現できれば、この回路は省エネルギ
を充分達成できる。

しかし、操作レバーな■側に倒し、ポンプ（２）をｇ動
すると作動油はモータ（６）に送られるが、初めはそれ
に連結している負荷（５）のためモータ（６）は低速で
回転しポンプ（２）の吐出流量は少なく配管（９）内の
圧力（ＰＬ）は高くなる。モータ（６）の回転が加速す
るにつれてこの圧力（ＰＬ）は下がり゛、逆にポンプ（
２）の吐出流量は増加して行く。モーり（６）が定常回
転敬に達するとポンプ（２）とモータ（６）の吐出流量
が釣合℃・、その流量はポンプ（２）の飛火吐出流量と
ほぼ等しくなる。またこのとき圧力（Ｐ、）は更に下が
り、圧力（八）との差が僅かになる。第２図において、
実線は可変容量形ポンプ（２）の圧力ー流計特性、破線
は同じ吐出量を有する固定吐出１１゛形ボンゾの圧力ー
吐出流計特性、細線が定馬力曲線を表わす。

可変容量ポンプは上記圧力ー流量！侍性を有するのでこ
の可変容量ン１′−ンゾを用いてこれを定馬力曲線にそ
って馬力制御を行ＩＸ５こと尾よって、最大圧力、最大
流量を得るためのエンジン出力は少くてすむ。そして、
負荷（５）が大きくなり、圧力が高くなっても馬力制御
によりエンジン出力はある値以下に抑えられているため
過負荷によるエンジン停止はなくなる。またレバー（４
）を中立にし、ポンプ（２）の斜板（１１）を閉じてブ
レーキをかける場合モータ（Ｇｌは負荷（５）の慣性力
によりなおも回り続けようとするため、右側配管（９）
の圧力（ＰＲ）が立ち上がり今度はモータ（６）が７Ｆ
ンプ（２）の役割をしてエンジン（１１と連結している
ポンプ（２）を回そうとするが、エンジンブレーキの作
用によりその嘔侃１力は徐々（（低下し、最終的にモー
タ（６）にブレ一キを掛けることができるが、この場合
ポンプ（６）の馬力制御によりエンジンブレーキを制御
できエンジンのオーバスピードを防止することができる
。

従来、ポンプの馬力制御においては、圧力（ＰＬ、）　
＋（ＰＲ）を検知して、この圧力信号によって斜板角を
変更している。ポンプの最大吐出流量をＱ、ｍａｘ：、
斜板角をφ、圧力乞Ｐ、ポンプの馬力乞ＦＰとすると、
馬力は実際の吐出流ｆｔ　Ｑと圧力Ｐとの積で表わされ
るから、 ＦＰ＝Ｑ、、ｐ・・・・・・・・・・・・・・・・・・
（１＞＝φＱｍａＸ−Ｐ　−、、、、−、、（２１よっ
て、ポンプの馬力を一定にするにはその斜板角を 見ｍａｘ＋Ｆ なる値にすればよいことになる。Ｆｐ／Ｑ、ｍａ、ｘは
定量、ＰはＩＰＬ−ＰＲｌで表わされるから、斜板角φ
は配管系の圧力差の絶対値によって一義的に決定される
。

Ｌ２かし、上記従来の制御方法においては、ボン量が増
え再び圧力は上がり、圧力が上がると斜板角は閉じポン
プの吐出ｆｆｉ：は減り圧力はまた下ろうとして、所謂
ハンチング現象が起る。そして、エンジンブレーキ時に
おいては、７１センプの加速時と同じ設定馬力を用いる
とエンジンの回転数がγ［容範囲をこえオーバスピード
°となることがあるという不具合があった。

本発明は前述の不具合を解消するために発明されたもの
であって、その要旨とするところは、斜板角ン変更する
ことにより吐出量が変化する容量可変ｉｌｒンプとモー
タとを１対の配管で連結してなる閉回路中の上記容量可
変ポンプの加速運転時及び定常運転時の設定馬力と制動
運転時の設定馬力とを上記１対の配管内圧力間の差圧信
号とヒ記旧板の角変位信号とにより切換えることにより
イ（ｔら度信号を発生させ、その信号に上記モータの回
転速度に一定のゲインを乗じた信号を加算して、この加
算信号を上記斜板角の変位指令信号とすることに特徴と
する可変容量ポンプの馬力制御方法にある。

本発明においては、上記構成を具えているので圧力と等
価で安定な信号である斜板角の変化速度信号で斜板角を
制御でき、安定した制御が可能となるとともに加速運転
時及び定常運転時と制動運転時の設定馬力を切換えるこ
とにより制動運転時のエンジンのオーバスピードを防止
できる。

以下、本発明を第６図ないし第８図に示す１実施例を参
照しながら具体的に説明する。第３図は制御回路図で、
第６図において、（１０１）はポンプ（２）の制動運転
時の設定馬方、（１０２）はポンプの加速運転及び定常
運転時の設定馬力、（１０３）は配管（９）（１０）内
圧力の差圧Ｐ１４７ＰＲ，（１０４）　＋１斜板角変位
信号、（１０５）は切換えスイッチ、（１０６）は換算
係数、（１（）７）は斜板角変位信号（１０４）の絶対
値、（１０８）は割算器、（１０９）にＬ斜板角の圧力
制御信号、（１，１０）は最小値Ｊｌ’を択器、（１１
，１，）はポジティブフィードバックの加え合せ点、（
１１２）はポジティブフィードバックのフィードバック
ゲインＧ、（１１３，）はモータ回転数、（１１４月エ
サーボ弁斜板角制御系である。

ポンプ（２）の設定馬力はスイッチ（１０５）Ｋよって
切り換わる。モータ（６）の加速運転時及び　定常運転
時は圧力差（１０３）と斜板角変位信号（１０４）は同
符号となり（１，０２）側にスイッチが入る。逆にブレ
ーキを掛けろと異符号となり、スイッチが（１０１）側
に切り換わる。スイッチ（１，０５）によって選択され
た設定馬力には換算係数（’１．０６）が４１１けられ
、割算機（１０８月（より斜板角変位信号の絶対値ｉφ
Ｉ（１０７）で割られろ１、かくして、得られた信号は
別の回路からの圧力制御信号（１，０９）と最小値選択
５（ｎｏ）加え合せ点（１１，１，）ではモータ回転数
ＷＭ（１１３）にゲインＧ　（１，１２）を掛けた信号
はポジティブに加算され、サーボ弁斜板制御系（１１４
，）の入力信号となる。

（１１４）の出力信号は実際の斜板角変位信号である。

第４図は第３図に示す制御回路により安冗な制御が得ら
れることを説明するためのブロック線図である。（１１
６）は斜板角の最大値に相当する定数Ｃ１、（１１７）
は実際の斜板角の値φａｃｔ、（１１８）はポンプの単
位時間当りの最大吐出流量Ｃ２、（１１９）はｙｌｒン
ブの実際の単位時間当りの吐出流量ＱＰ、（１，２０）
は加え合せ点、（１２１）は積分器、（１，２２）はポ
ンプの吐出側圧力Ｐ、（１２３，）は洩れ係数、（１２
４月エボンプ、モータの単位時間当りの洩れ量ＱＲ１（
１２５ＨＸモータの容量Ｃ５孟１２６）は単位時間当り
のモータの吐出流量ＱＭ（１２７）は定数Ｃ４である。

バックし、サーボ弁斜板制御系（１１４）の出力信号（
，１０４）と斜板角の最大値Ｃ１（１１６）により実際
の斜板角φａｃｔ　（１１７）が得られる。ポンプから
の単位時間当りの吐出流’＋ＶＱｐ　（１１９）はその
斜板角φａ、ｃｔの大きさく１１７）とポンプの単位時
間当りの最大吐出流量Ｃ２（１１，８）の積によって得
られろ。モータの即位時間当りの吐出流量ＱＭ（１２６
月工上の回転数ＷＭ（１１３）と笠惜Ｃ３（１，２４）
の積であり、ポンプとモータのもれ＠　Ｑ　Ｒ（１２４
）は圧力Ｐ　（１２２）と洩れ係数Ｃ３（１２３）の積
で決まる。ポンプ−モータ間の圧力Ｐ（１２２）はポン
プの吐出量ＱＰ（１１９）とモータの吐出流ｌｅｔ　Ｑ
Ｍ（１２６）及び双方の洩れ伍ＱＲ（１２りの差を積分
器（１２１）で積分することにより得られる。圧力Ｐ　
（１，２２）　＆工係数０４（１２２）によりモータに
作用するトルクに変換され、積分器（１２１）を経てモ
ータの回転数が決定される。なお、・ドジテイズフィー
ドバックゲインＧ　（１１２）は具体的には上記の、係
数を用いて次式で示されろ。

Ｇ＝ｃ５／ｃ、・Ｃ２・・・・・・・・・（５）次に第
４図のモータ吐出流量Ｑ、Ｍ（１２６）の加え合せ点（
１２（υヶ（１１１）に移動させて、等価回路を作成す
ると第５図に示すようになり、その移動によってフィー
ドバックゲインにＣｓ　（１７，５）からＣ５，／Ｃ，
・Ｃ２Ｎ１２４　）の差暑積分して圧力を出力するフィ
ードバック器（１２８）は流量に対する圧力の応答が速
いため、１つの定数と見なすことができる。その定数を
０６（１２９）とすると、結局第５図の回路は第６図に
示すようになる。第６図から明らかなようＶこ、入力信
号からモータの回転速度（１１３）　Ｙ出力する系（１
１５）は積分器（１２１）により１つの積分２：＋系と
見なすことができる。即ち系（１１！５）の入力信号は
モータの回転加速度信号である。具体的に６エこの信号
（工斜板角変位の信号（ｉｔ）４）に対する斜板角変化
速度指令信号となる。また、入力信号としてＰｍａｘ１
０１’　ｃ２ｃ６なる信号を入力すれば、（１２２）で
最大圧力ＰｍａＸを得ろことができる。

いま斜板角の変位信号をφ、その変位の速度イｆｊ号を
φ、ポンプの最大流量をＱｍａｘとすると、・１センプ
の吐出流量Ｑと圧力Ｐとの間には次のような関係がある
。

Ｑ＝φＱｍａ　Ｘ・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・（Ｇ）ｐ＝ｃφ（Ｃ：比例定数）・・・
・−・（７）また、ポンプの馬力Ｆは次式で定義される
。

Ｆ＝Ｑ−ｐ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・（８）−ＣＱｍａχφ・め・・・・・・
・・・・・・・・・・・ｆ９）よって、次式が成り立つ
。

ば７１センプ馬力がＦ　ｍａＸケ越えろことはない。

なる式で表わされろ。即ち、第３図の斜板角制御回路は
斜板角を直接配管圧力によって制御せず、代−っでそれ
に等価な斜板角変位速度信号で制御する制御回路となる
。

かくして、積分器（１１，５）に入力”されろ信号は斜
板角の変化速度の信号に相当する。またポンプの吐出流
ｆｒ＋Ｘ斜板角の大きさに比例し、配管系の圧力は斜板
角の変化速度に比例するという関係を持つから、斜板角
変化速度による斜板角制御は、ｌｖンプの馬力制御に直
接配管系の圧力欠検知し、余１枚角を制御する方法と等
価であると言える。しかも、その速度信号は制御系に対
し、安定であるので、全体として極めて安定した斜板角
の制御がＤ］能となる。また、ブレーキ時のポンプの馬
力が加；１ζ（１！１０馬力より低くなるように、その
設定馬力を切換え、斜板角変化速度信号を制御すること
（−こよりエンジンブレーキによるエンジンのオーバス
ピードを防止することができろ。

第７図及び第８図には第３図に示す斜板角制御回路のシ
ミュレーション結果の１例が示され、図から明らかなよ
うに４ないし６秒にかけてライン圧力が制限されろため
、エンジン回転数の速Ｉ！ｆ低下が防止されていること
がわかる。また制動運転時で昏エフ〜９秒にかけてライ
ン圧力が制限され、許容最大回転数１９０Ｏｒｐｍに対
し、実際の最大回転数は１８８０ｒｐｍに抑制されてい
ることがわかる。

４、〔り１面の簡単な説明〕 第１図は容計可変ポンプが組込まれた油圧回路図、第２
図はポンプの圧力−流量特性を示す線図、第６図ないし
第８図は本発明の１実椎例を示し、第３図は制御回路図
１、第４図ないし第６図はそねぞれブロック線図、第７
図および第８図はそれぞれシミュレーションの結果を示
す線図である。

斜板・・・（印、可俊容ス１ケポンプ・・・（２）、モ
ータ・・・（６）、配管・−・（９χ（ｌｆ＋）、加速
運転及び定言運転時の設定馬力・・（１０２）、制動運
転時の設定馬力・・・（１０１，）、差圧信号・・・（
＋Ｏ：Ｓ）、斜板の角変位信号・・・（１０−１）、切
換スイッチ・・・（Ｈ）５）、１定の糸数・・・（１（
１６）、斜板の角変位信号の絶対値・・・（１０７）　
、γ［容最大劇板角速度信号・・・（１３（す、モータ
の回転速度・・（Ｈ３）、ゲイン・・・（１１２）。

代Ｉ１１人　弁狸士　岡　本　重　文 外６名 第１図 第２図 −＃Ｐ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 斜板角を変更することにより吐出量が変化する容敞可変
   ポンプとモータとを１対の配管で連結してなる閉回路中
   の上記容最可変ポンプの加速運転時及び定常運転時の設
   定馬力と制動運転時の設定馬力とケーヒ記１対の配管内
   圧力間の差圧信号と」−記斜板の角変位信号とにより切
   換えろことによりイ！１られた設定馬力に一定の糸数を
   采じ、これを実際のへ変位信号の絶対値で除して許容最
   大斜板角速度信号を発生させ、その信号に上記モータの
   回転速度に一定のゲインを乗じた信号を加算して、この
   加ｑ信号を上記斜板角の変位指令信号とすること火特徴
   とする可変容量ポンプの馬力制御方法。