JPS63306287A - 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装置の改良に関する。

（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パ７り、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
ポンプ吐出圧に対抗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４図に従来の一例として直動型の制御ｍｌ装置を示す
。

ポンプ軸１によって回転されるシリンダブロック２には
、ポンプ軸を中心とする円周上に複数のピストン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、シリングプロッり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＠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が往復動口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大き
くなり、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
応動するプランジャ６と、これに対抗する制御スプリン
グ７が設けられる。

プランジャ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Ｊｆｉ５の傾転角が小さくなるように、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１
１Ｑは大きいが、吐出圧ＰがＬ昇するのに従って吐出量
Ｑが減少する。

ポンプ発生馬力Ｈは、Ｈ＝Ｐ　−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
心安がある。

これは吐出量（−と吐出圧ｌ〕が双曲線の関係で変化す
る特性で、ブランツヤ６に対抗する制御スプリング７を
２　ｊｆｆ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！￥Ｓ２のスプリング７ｂとの合成力
を働かすことにより、１５５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問題点） 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段に効かせる折線特性
であるため、双曲線特性に比較して第５図の絣ｉ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、斜板の傾転軸から偏心した位置で
斜板を傾転方向へと押圧付勢する加圧ピストンを設ける
と共に、この加圧ピストンと対抗的に斜板を押圧するブ
ランツヤを設け、加圧ピストンにポンプ吐出圧を伝達す
る一方、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
うに構成する。

（作用） 斜板の回転中心、つまり傾転軸に対して加圧ピストンを
偏心させたので、斜板に作用する加圧ピストンの押圧力
に基づくモーメントの腕が斜板の傾転角に応じて変化し
、吐出圧に対して斜板傾転角（換言すると吐出量）が双
曲線的に変化し、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。

第１図、第２図に示す第１の実施例において、ピストン
３のシュー４を支持する斜板５は、その傾転中心となる
傾転軸１０はポンプ軸１の細心Ｍとピストン合力の荷重
作用面（ピストンシュー中心）Ｎとが交差する点６に中
心があり、各ピストン３の吐出反力に基づくモーメント
が傾転軸１０の回りで相殺されるようになっている。こ
の斜板５の背面には、ポンプ軸１の細心に対して下）ｊ
へ所定量トＩ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ｔｔＳだけ偏心した位置
に接触する加圧ピストン８が設けられる。

加圧ピストン８はシリング９に導入されるピストン：３
の吐出圧Ｐによって付勢され、斜板５を最大傾転位置へ
と押し付ける。この場合、加圧ピストン８の押圧点が傾
転軸１０の中心から偏心しているため、斜板５の傾転角
度に応じてモーメントの腕の長さが変化し、後述するよ
うに斜板角度に対応するポンプ吐出量を、吐出圧の変化
に対して、双曲線特性をもつように制御する。

この斜板５を傾ける加圧ピストン８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に関して加圧ピストン８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１
１の圧力室１２には圧力制御弁１３により調整されたポ
ンプ吐出圧Ｐに相関をもつ制御圧１）ｃが導かれる。こ
れにより斜板５の傾転角は加圧ピストン８とプランジャ
１１の押Ｊ王力とのモーメントがバランスする位置に保
持される。ただし、プランジ＋１１は斜板５の傾斜面５
ａに接触し、ピストン合力荷重作用面Ｎの延長線に近い
位置に荷重作用点があり、斜板５の傾転角度によってプ
ランジャ１１の押圧力に基づくモーメントの腕の長さの
変化は前記加圧ピストン８に比較すると著しく小さい、
または変化を無視できる程度に設定する。

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ジャ１１の圧力室１２に導
入する。

以−ｔｚのように構成され、次に作用について説明する
。

ポンプ紬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。加圧ピストン８には吐出圧Ｐ
が、またプランジャ１１には吐出圧を減圧した制御圧Ｐ
ｃが作用し、斜板５はこれらの差動力に基づき、傾転軸
１０を中心にして回転するが、ポンプ吐出圧が所定値よ
りも小さいときは、圧力制御弁１３で制御される制御圧
Ｐｃがタンク圧になっているため、加圧ピストン８によ
り斜板５は所定の最大傾転角位置まで傾けられ、ポンプ
最大吐出量となる。なお、最大傾転角位置で斜板５はス
トッパ（図示せず）Ｉこ当接して機械的に保拝されるよ
うになっており、この最大傾転角（最大吐出＋ｉ）はポ
ンプの仕様により、例えばΦｍａｘ＝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（なるほど吐出圧Ｐも上昇する。ポンプ吐出圧Ｐが
上昇して、圧力制御弁１３のスプリング１６に打勝って
スプール１５を変位させ始めると、減圧制御される制御
圧Ｐｃもピストン部１４ａ、１４ｂの面積比に応じて増
加し、これにより加圧ピストン８に対抗してプランジャ
１１が針板５を押し戻す方向、つまり時計回り方向に作
用するモーメントが大きくなり、これによりポンプ吐出
圧Ｐの上昇に伴い、斜板５の傾転角は減少し、吐出量Ｑ
が減少していく。

そして、この場合斜板５に働くプランツヤ１１によるモ
ーメントの腕の長さは略一定であるが、加圧ピストン已
に基づ（モーメントの腕が傾転角に応じて変化しでいく
ため、吐出圧Ｐと吐出ｆｔＱの関係は次のように双曲線
特性をもって変化する。

なお、これらの特性を解析するにあたり説明の便宜上、
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Ｉｕｉ（０°くΦ≦１８°）において、ｃ
ｏｓΦ＝ｌ、ｔａｎΦ＝βΦ（β：定数）とする。また
、斜板傾転角が変化しても、傾転軸中心からプランツヤ
１１の接触点までの距離りは変化しないものとする。針
板傾転紬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ｆＦ１３におけるスプール１５の圧
力バランスから、 Ｐ　　Ａ　　＋　　＝　　Ｐ　　ｃ　Ａ　　２　＋　　
Ｆ’　　−（１）（ただし、Ｐ：ポンプ吐出圧＊　Ｐ　
ｃ　：制御圧＋Ａ１ｔＡ２：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に作用する加圧ピストン８の押圧力とプラン
ジャ１１の押圧力とに基づく、傾転ｌｌｌ１１１１本中
・１゛、・としてその回りのモーメントバランスかＣ）
、 Ｆ’　ｃΔ、Ｌ＝１）Ａ、χ・（２） （ただし、Ａ、ニブランシャ１１の受圧面積、Ｌ：斜板
傾転輪心からプランジャ１１の荷重作用点までの距離、
Ａ４：加圧ピストン８の受圧面積、χ：斜板傾転軸心か
ら加圧ピストン荷重作用点までの距離）加圧ピストン８
の荷重作用点から傾転軸１０までのｖ１１離χは、傾転
軸１０のポンプ紬ｌの軸心と乎行な偏心量をＩ−Ｉ、傾
転軸１０からピストン３の荷重作用点までのｙｌ口離を
Ｓとすると、斜板５の傾転角をΦとして、 χ　＝　　１−１　／　ｃｏｓΦ　−Ｓ　　ｔａｎΦ　
＝　　１−１　−　　Ｓ　　β　Φ　・　　（３）前記
（１）式からＬ’ｃを求めると、 Ｐｃ＝Ａ、Ｐ／Ａ　　２　　　　Ｆ’／　　Δ　２　・
　　（１）’（１）’、（３）式を（２）式に代入して
１〕を求めると、Ｐ＝Ａ３］、Ｆ／ＩＡ、Ａ３Ｌ−Ａ２
Ａ、（ＩＩ−３βΦ月・・・（４） ここで、 Ａ、Ａ、Ｌ−Ａ２Ａ、Ｈ＝０ なる関係に諸寸法を設定すると、 Ｐ＝Ａ、Ｌ　　ド　／Ａ２Ａ、Ｓ　　β　Φ　　　　　
　　　　　　・・・　（４）゛ここで、 Ｋ＝Ａ３ＬＦ／Ａ２Ａ、Ｓβ（定数） とおくと、 ｉ）　＝　Ｋ　／Φ　　　　　　　　　　　　・・・（
５）犬に、ポンプ吐出ＩＱを求めると、吐出ＩＱはピス
トン本数とポンプ回転数、さらに針板傾転角に対応した
ものとなり、 Ｑ＝εｔａｎΦ＝εβΦ・（６） なお、定数となるεは次のように求める。

ε＝πｄｐ２／４・Ｄ−ｎ−Ｎ （ただし、ｄｐ：ピストン直径、Ｄニジリングブロック
のピストンピンチ円直径、１１：ピストン本数、Ｎ：ポ
ンプ回転数） （５）と（６）式から ｐ　−Ｑ　／εβ＝Ｋ・・・（７） したがって、この（７）式を整理すると、１）　Ｑ　＝
εβに＝に’・・・（７）゛よってｌ）　Ｑ　＝　Ｋ　
’がらＰｔ５３図にも示すように、ポンプ吐出圧Ｐと吐
出ＭＱ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、最大吐出量Ｑ　ｗａｘは１．前記したように斜板
５の傾忙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　ｗａｘは供給回路に介装するリ
リーフ弁により設定する。

また、双曲線の定数の要素として含まれるスプリング力
Ｆ゛を調整することにより、ｐｌＳ３図の想像線で示す
ように、出力特性を双曲線に沿って平行移動することが
できる。

この実施例ではポンプ軸を挾んでプランジャ１１と加圧
ピストン８とを互いに反対側に配置したが、同一サイド
でかつプランジャ１１に対向的に圧力が作用するように
配置しても良いことは明らかである。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば、プランジャに対抗する加
圧ピストンによるモーメントの腕の長さが斜板の傾転角
に応じて変化するように、加圧ピストンを針板傾転軸に
対して偏心させて設け、加圧ピストンにポンプ吐出圧を
、またプランジャにポンプ吐出圧に相関する圧力を作用
させるようにしたため、ポンプ吐出圧と吐出量の関係を
ｌ）　Ｑ　＝にの双曲＃ａ特性による精度のよい定馬力
制御とすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す構成図、Ｐｔ５２図は作
動を解析するための模式図、第３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図は従来例の構
成図、？５５図は同じくその特性し］である。 １・・・ポンプ軸、２・・・シリンダブロック、３・・
・ピストン、５・・・斜板、８・・・加圧ピストン、１
０・・・傾転軸、１１・・・プランツヤ、１３・・・圧
力制ａか。 特許出願人　カヤバエ業株式会社　　　（）・　）第１
図 １−　ポンフ０軸 ２−・シリンダ゛７゛Ｏソフ ３・−・ごストン ５・・−糾オ及 ８・−加圧ご又トン １０−傾怠軸 １トー　ブラ７ン＋ １３−　江力勿」魯ｐ吾 第２図 第３図 ○　　　　　　　　Ｑ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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、斜板の傾転軸から偏心した位置で斜板を傾転方向へ
   と押圧付勢する加圧ピストンを設けると共に、この加圧
   ピストンと対抗的に斜板を押圧するプランジャを設け、
   加圧ピストンにポンプ吐出圧を伝達する一方、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構成したこと
   を特徴とするピストンポンプの馬力制御装置。