JPS63272974A - ピストンポンプの馬力制御装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は一定馬力となるように可変吐出ピストンポンプ
の吐出量を制御するｙｃ置の改良に関する。

（従来の技術） ピストンポンプの吐出量を制御するために、斜板の傾転
角をポンプ吐出圧に応動するサーボピストンを介して調
整することは既に公知である。

ポンプの発生馬力は吐出量と吐出圧との積によって決ま
り、ポンプを駆動する原動機との関係にもよるが、ポン
プ発生馬力が常に一定値となるように吐出圧との関係に
基づいて吐出量をフィードバック制御している。

従来の定馬力制御は、いわゆる位置フィードバック、カ
フィードバックのいずれの方式もフィードバックされる
ポンプ吐出圧に対して、多段に介装したスプリングによ
り、吐出量が近似的に双曲線特性となるように設定して
いる。

第５図に従来の一例として直動型の制御装置を示す。

ポンプ軸１によって回転されるシリングブロック２には
、ポンプ軸を中心とする円周−にに複数のピストン３が
等間隔に配置される。ピストン３はシュー４を介して斜
板５に摺接し、シリングブロック２の１回転につき１回
の割合で吸込、吐出作用を行う。

ピストン３による吐出量は斜板５の傾転角に比例し、斜
板傾転角がゼロ、すなわちポンプ軸に斜板５が直角にな
っているときは、シリンダブロック２が回転してもピス
トン３が往復動しないため吐出量はゼロであるが、斜板
５の傾きを増すに従って、ビストンストローク量が太き
（なり、吐出量が比例的に増大していく。

この斜板５の傾転角を制御するために、ポンプ吐出圧に
応動するプランツヤ６と、これに対抗する制御スプリン
グ７が設けられる。

プランツヤ６は圧力室８に導入されるポンプ吐出圧が上
昇すると斜＠５の傾転角が小さくなるようｌこ、制御ス
プリング７に対抗して斜板５を押す。

このため、ポンプ吐出圧Ｐが小さいときはポンプ吐出ｊ
ｌＱは大きいが、吐出圧Ｐが上昇するのに従って吐出Ｍ
Ｑが減少する。

ポンプ発生馬力Ｈは、Ｈ＝　１）　−Ｑであり、Ｈを常
に一定値とするためには、Ｑ＝Ｈ／Ｐとなるように制御
する必要がある。

これは吐出量Ｑと吐出圧Ｐが双曲線の関係で変化する特
性で、プランジャ６に対抗する制御スプリング７を２段
として、最初は第１のスプリング７ａのみを効かし、途
中から第２のスプリング７ｂとの合成力を働かすことに
より、第６図にも示すように、吐出圧Ｐに対して吐出量
Ｑを双曲線特性に近似させることができる。

（発明が解決しようとする間ｊ！ｆｉ点）しかしながら
、このような制御装置では、ポンプの発生馬力特性を双
曲線に近似させることはできても、厳密には線形特性の
スプリング反力を２段に効かせる新線特性であり、＃Ｉ
Ｉ６図の新線領域を使用できず、原動機の定格出力に対
するポンプ効率が低下する。

本発明はポンプ吐出圧と吐出量の関係を双曲線特性に近
付け、より精度の良い一定馬力制御を実現することを目
的とする。

（問題点を解決するための手段） そこで、本発明はポンプ軸と共に回転するシリンダブロ
ックに複数のピストンを配設し、ピストンが摺接する斜
板の傾斜角に応じて吐出量を変化させるようにしたピス
トンポンプにおいて、斜板の傾転軸を前記ポンプ軸の軸
芯から偏心させると共に、ピストン合力の作用点からポ
ンプ軸方向に偏心させ、斜板を傾転方向へと付勢するピ
ストン合力と対抗的に斜板を押圧するプランジャを設け
、ポンプ吐出圧に相関する圧力を発生する圧力制御手段
を設け、この発生圧力をプランツヤに伝達するようにし
た。

（作用） 斜板の回転中心をシリンダブロックの回転軸心と、ピス
トン荷重作用点とに対してそれぞれ偏心させたので、斜
板に作用するピストンの反力に基づくモーメントの腕が
斜板の傾斜角に応じて変化し、吐出圧に対して斜板傾転
角（換汀すると吐出量）が双１１１１１１的に変化し、
このためポンプ吐出量と吐出圧の関係を発生馬力が一定
となる特性をもって制御することができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

１ｆｉ１図ｔｍ２図に示す第１の実施例において、ピス
トン３のシェー４を支持する斜板５は、その傾転中心と
なる傾転軸１０が、ポンプ軸１の軸心に対して下方へ所
定１ｉ１ｅだけ偏心すると共に、ピストン合力の荷重作
用点からポンプ軸方向に所定１１Ｓだけ偏心して設けら
れる。

このように傾転軸１０を偏心させることにより、各ピス
トン３の吐出反力に基づく合力のモーメントで、斜板５
は最大傾転位置へと押し付けられる。

この斜板５を傾けるピストン合力のモーメントに対抗す
るように、斜板５を裏面から押し戻すプランジャ１１は
、傾転軸１０に関してピストン合力の荷重作用点よりも
半径方向の外側に配置されると共に、プランジャ１１の
圧力室１２には圧力制御弁１３により１１１Ｉ整された
ポンプ吐出圧Ｐに相関をもつ制御圧Ｐｃが導かれる。こ
れにより斜板５の傾転角はピストン合力とプランジャ１
１の押圧力とのモーメントがバランスする位置に保持さ
れる。

圧力制御弁１３は受圧面積の異なる２つのピストン部１
４ａ、１４ｂをもつスプール１５と、このスプール１５
をポンプ吐出圧に対抗するように付勢するスプリング１
６とを備え、ピストン部面積比に応じてポンプ吐出圧■
）を減圧制御して前記プランツヤ１１の圧力室１２に導
入する。

以上のように枯威され、次に作用について説明する。

ポンプ軸１の回転により斜板５に摺接する各ピストン３
が吸込、吐出作用を行う。斜板５の傾転軸１０は、シリ
ンダブロック２のピストン合力の荷重作用点から図中下
方に変位しているため、斜板５にはピストン合力に基づ
き、傾転軸１０を中心にして反時計方向への回転モーメ
ントが発生する。プランジャ１１を押圧する制御圧力Ｐ
ｃが小さいときは、ピストン合力により斜板５は所定の
最大傾転角まで傾けられる。なお、最大傾転角位置で斜
板５はストッパ（図示せず）に当接して機械的に保持さ
れるようになっており、この最大傾転角（最大吐出量）
はポンプの仕様により、例えばΦ輪ａｘ”　１８°に設
定される。

ポンプ吐出圧力は供給回路の負荷に応じて変化し、負荷
が高くなるほど吐出圧Ｐも上昇する。ポンプ吐出圧Ｐが
上昇すると、圧力制御弁１３で減圧制御される制御圧Ｐ
ｃも増加し、プランジャ１１を介して斜板５を押し戻す
方向、つまり時計回りノｊ向に作用するモーメントも大
きくなる。

斜板５に働くモーメントを考えると、傾転軸１０の軸芯
からの、ピストン合力の荷重作用点よりもプランジャ１
１による押圧力の作用点までの距離が大きく、ポンプ吐
出圧Ｐの上昇に伴い、斜板５の傾転角は減少し、吐出ｆ
ｆ１Ｑが減少していく。

そして、この場合斜板５に働くピストン合力に基づくモ
ーメントの腕が傾転角に応じて変化していくため、吐出
圧Ｐと吐出ＩＱの関係は次のようになる。なお、説明の
便宜上、以下の近似条件を採用する。すなわち、斜板５
の傾転角Φの小さな範囲（０°〈Φ≦１８°）において
、 ｃｏｓΦ＝１ｓＬａｎΦ＝βΦ（β：定数）とする、ピ
ストン合力γＰの荷重作用点はポンプ軸１の軸心上にあ
る。！！板傾転角が変化しても、傾転軸中心からプラン
ジャ１１の接触点までの距離りは変化しないものとする
。また斜板傾転軸の摩擦力並びに弁板による操作力は無
視する。

まず、圧力制御弁１３におけるスプ、−ル１５の圧力バ
ランスから、 Ｐ　Ａ　＋　＝　Ｐ　ｃ　Ａ　ｚ　十Ｆ・＝　（１）（
ただし、Ｐ：ポンプ吐出圧、Ｐｃ：制御圧ｇ　Ａ　１１
　Ａ　２　、”ピストン部１４ａ、１４ｂの受圧面積、
Ｆ・・・スプリング１６の作用力） 次に斜板５に作用するピストン吐出反力とプランジャ１
１の押圧力とに基づく、傾転軸１０を中心としてその回
りのモーメントバランスから、Ｌ）ｃ　Ａ　３　Ｌ　＝
γＰχ・・・（２）（ただし、Ａ、：ブランシャ１１の
受圧面積、Ｌ：斜板傾転軸心からプランジャ１１の荷重
作用点までの距離、χ：斜板傾転軸心からピストン合力
の荷重作用点までの距離） なお、γＰは高圧側ピストンの総面積と吐出圧との積で
、シリングブロック２に配設された複数のピストンによ
る合力である。

ピストン合力γＰの作用点から斜板傾転軸までのｌ！離
χは傾転軸１０のポンプ軸１の軸心と平行な偏心量をｅ
５斜板傾転輪からピストン３の荷重作用点までの距離を
Ｓとすると、斜板５の傾転角をΦとしで、 χ＝ｅ／ｅｏｓΦ−８ｔａｎΦ＝ｅ−８βΦ・（３）前
記（１）式からＰｃを求めると、 Ｐ　ｃ−Ａ　＋　Ｐ　／　Ａ　２　　Ｆ　／　Ａ　ｚ・
・・（１）’（１）’、（３）式を（２）式に代入して
Φを求めると、Φ＝（Ａ３Ｆ’Ｌ／Ａ２Ｓβγ・１／Ｐ
）＋（Ａ２γｅ−Ａ　＋　Ａ　２　Ｌ　）／　Ａ　２　
Ｓβγ−（４）ここで、 Ａ　３　Ｆ　Ｌ　／　Ａ　ｔ　ｂβ７＝に、（定数）。

Ａ２γｅ　−Ａ　１Ａ　３Ｌ　／　Ａ　ｔ　Ｓβγ＝に
２（定数）とおけば、 Φ＝に、／Ｐ＋に、・；・（５） この（５２式においてに２＝０に設定、っま９Ａ２γｅ
−Ａ２Ａ、Ｌ＝。

となるように、これらの諸寸法を決めると、Φ＝に、／
Ｐ・・・（５）。

ここで、ポンプ吐出！１Ｑを求めると、吐出ｔｉＱはピ
ストン本数とポンプ回転数、さらに斜板傾転角に対応し
たものとなり、 Ｑ　＝　ｔ　ｔａｎΦ＝εβΦ・（６）なお、定数とな
るεは次のように求める。

ε＝　Ｋ　ｄｐ２／　４・Ｄ・ｎ＊Ｎ （ただし、ｄｐ：ピストン１ａ径、Ｄニジリンダブロッ
クのピストンピッチ円直径、１１：ピストン本数、Ｎ：
ポンプ回転数） （５）°と（６）式から Ｐ−Ｑ／εβ＝に、・・・（７） したがって、この（７）式を整理すると、ＰＱ＝εβＫ
　＋　＝　Ｋ　’・・・（７）。

よってｌ）　Ｑ　＝　Ｋ　’から第：）図にも示すよう
に、ポンプ吐出圧Ｐと吐出量Ｑの関係は双曲線特性をも
って変化する一定馬力特性となるのである。

なお、最大吐出ｆｉＱ＋ｓａｘは、前記したように斜板
５の傾転角をメカニカルなストッパで規制することによ
り決め、最大吐出圧Ｐ＋ａａｘは供給回路に介装するす
Ｉノー７弁により設定する。

、また、双曲線の定数の蒙素として含まれるスプリング
カドを、＊ｑすることにより、ｆ５３図の想像線で示す
ように、手付移動することができる。

次に第４図のｔｊＳ２実施例を説明する。

この実施例はｔｊＳｌのプランツヤｌｌａと第２のプラ
ンツヤｌｌｂとの差力により斜板５を駆動する・よう１
こしたもので、ｆ５１のプランツヤｌｌｕに直接ポンプ
吐出圧Ｐを導く一方、このプランツヤ１１ａに対抗して
第２のプランツヤ１１ｂを設け、減圧弁２０を介して第
２のプランジャ１１ｂに圧力を導くことにより、前記ス
プリング１６の代わりに一定力１’を付グするようにし
た。

減圧弁２０は第２のプランジャ１１ｂに作用する負荷圧
力が上昇すると流入ボートを絞り、バネ設定荷重に見合
う圧力でバランスすることにより、負荷圧力を一定値に
保持する。したがって、第１のプランツヤｌｌａに作用
するポンプ圧が所定値を越えるまでＰｔ５２のプランジ
ャｌｌｂは後退せず、最大吐出量を保つが、それ以上の
圧力になると、Ｐｔ５２のプランツヤｌｌｂが移動を開
始し、第１のプランツヤｌｌａにより斜板５の傾転角が
減少する方向に駆動され、結局吐出圧Ｐの上昇に伴って
吐出１ｉｔＱが減少する。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば、ピストン合力に基づくモ
ーメントで斜板を傾転させると共に、傾転軸を中心とす
るモーメントの腕の長さが傾転角に応じて変化するよう
に、斜板傾転軸を偏心させたため、ポンプ吐出圧と吐出
量の関係を双曲線時

【図面の簡単な説明】

ｆｊＳ１図は本発明の実施例を示す構成図、第２図は作
動を解析するための俣式図、ｆ５３図は本発明のポンプ
吐出圧と吐出量の関係を示す特性図、第４図は他の実施
例の概略構成図、第５図は従来例の構成図、第６図は同
じくその特性図である。 １・・・ポンプ軸、２・・・シリングブロック、：（・
・・ピストン、５・・・斜板、１（）・・・傾転軸、１
１，１．１ａ。 １１１＋・・・プランジャ、１２・・・圧力室、１３・
・・圧力制御弁、２０・・・減圧弁。 １・−・ポンプ軸 ２−・・シリンダ゛ブ′ロツフ ３・・ピストン ５・・・Ｍ瓶 １０−−・４転軸 １１・・−プランジ゛ヤ １２−・・圧ｈ！ １３・−・　２玉ＬｆＪ４？ｌＩ３才卸弁第２図 第３図 第４図 第５図 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　ポンプ軸と共に回転するシリングブロックに複数のピ
   ストンを配設し、ピストンが摺接する斜板の傾斜角に応
   じて吐出量を変化させるようにしたピストンポンプにお
   いて、斜板の傾転軸を前記ポンプ軸の軸芯から偏心させ
   ると共に、ピストン合力の作用点からポンプ軸方向に偏
   心させ、斜板を傾転方向へと付勢するピストン合力と対
   抗的に斜板を押圧するプランジャを設け、ポンプ吐出圧
   に相関する圧力を発生する圧力制御手段を設け、この発
   生圧力をプランジャに伝達するようにしたことを特徴と
   するピストンポンプの馬力制御装置。