KR20150002840A

KR20150002840A - 펌프 제어 장치

Info

Publication number: KR20150002840A
Application number: KR1020147032165A
Authority: KR
Inventors: 미도리 나가시마
Original assignee: 카야바 고교 가부시기가이샤
Priority date: 2013-03-27
Filing date: 2014-02-24
Publication date: 2015-01-07
Also published as: EP2878816A4; CN104302910B; EP2878816B1; JP6075866B2; WO2014156415A1; CN104302910A; JP2014190255A; EP2878816A1; US20150139824A1; KR101675659B1

Abstract

펌프 제어 장치는, 펌프의 토출 용량을 바꾸는 액추에이터와, 액추에이터로 유도되는 제어압을 조절하는 레귤레이터를 구비한다. 레귤레이터는, 복수의 토출구로부터 토출되는 작동 유체의 토출압을 평균한 평균 토출압이 유도되는 구동압 포트와, 복수의 토출구로부터 토출되는 작동 유체 중 가장 높은 고압측 토출압이 유도되는 원압 포트와, 신호압이 유도되는 신호압 포트와, 평균 토출압 및 신호압을 받아 이동함으로써 고압측 토출압을 원압으로 하여 제어압을 조절하는 스풀을 구비하고, 스풀의 내부에 평균 토출압을 받는 구동압 수면이 형성되고, 스풀의 외주 단차부에 신호압을 받는 신호압 수면이 형성된다.

Description

펌프 제어 장치 {PUMP CONTROL DEVICE}

본 발명은, 펌프의 토출 용량을 제어하는 펌프 제어 장치에 관한 것이다.

종래부터, 예를 들어 유압 셔블 등의 작업기에 탑재되는 유압 기기의 구동압원으로서, 엔진에 의해 회전 구동되는 경사판식 다련 피스톤 펌프를 사용한 것이 있다. 이 피스톤 펌프는, 2조의 흡입구와 토출구를 구비하고, 각 토출구로부터 작동유를 토출한다.

JP2008-291732A에는, 경사판식 다련 피스톤 펌프의 토출 용량을 제어하는 펌프 제어 장치가 개시되어 있다. 이 펌프 제어 장치는, 피스톤 펌프의 일률을 일정화하도록 경사판의 틸팅각을 제어하는 레귤레이터를 구비하고, 이 레귤레이터로 유도되는 원압으로서, 각 토출구로부터 유도되는 토출압을 평균한 평균 토출압이 사용된다.

JP2008-240518A에는, 엔진에 의해 구동되는 피스톤 펌프에 있어서, 에어 컨디셔너 등의 기기가 동작하는 경우에 유도되는 신호압에 따라 펌프의 토출 용량을 제어하는 레귤레이터가 개시되어 있다.

그러나, 이러한 종래의 펌프 제어 장치에 있어서는, 신호압의 수가 증가하는 것에 수반하여, 레귤레이터를 구성하는 스풀의 대형화를 초래하거나, 레귤레이터의 구조가 복잡화된다고 하는 문제점이 있었다.

본 발명은, 신호압의 수가 증가해도, 간편한 구조의 레귤레이터를 사용해서 펌프의 토출 용량을 제어하는 펌프 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 어느 형태에 의하면, 복수의 토출구로부터 작동 유체를 토출하는 펌프의 토출 용량을 제어하는 펌프 제어 장치가 제공된다. 이 펌프 제어 장치는, 펌프의 토출 용량을 바꾸는 액추에이터와, 액추에이터로 유도되는 제어압을 조절하는 레귤레이터를 구비한다. 그리고 레귤레이터는, 복수의 토출구로부터 토출되는 작동 유체의 토출압을 평균한 평균 토출압이 유도되는 구동압 포트와, 복수의 토출구로부터 토출되는 작동 유체 중 가장 높은 고압측 토출압이 유도되는 원압 포트와, 신호압이 유도되는 신호압 포트와, 평균 토출압 및 신호압을 받아 이동함으로써 고압측 토출압을 원압으로 하여 제어압을 조절하는 스풀을 구비하고, 스풀의 내부에 평균 토출압을 받는 구동압 수면이 형성되고, 스풀의 외주 단차부에 신호압을 받는 신호압 수면이 형성된다.

도 1은, 본 발명의 일 실시 형태에 의한 펌프 제어 장치의 유압 회로도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시 형태에 의한 레귤레이터의 단면도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시 형태에 의한 펌프 제어 장치의 신호압과 토출 용량의 관계를 도시하는 특성도이다.

이하, 도면 등을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 대해서 설명한다.

도 1은, 본 발명의 일 실시 형태에 의한 펌프 제어 장치(1)의 유압 회로도이다.

펌프 제어 장치(1)는, 예를 들어 유압 셔블 등의 작업 기기에 탑재되는 유압 기기를 구동하기 위한 장치이며, 가변 용량 펌프(11)의 토출 용량(펌프 변위 용적)을 제어한다.

가변 용량 펌프(11)는, 예를 들어 경사판식 다련 피스톤 펌프이며, 1개의 흡입구와 2개의 토출구를 구비한다.

가변 용량 펌프(11)는, 엔진(10)에 의해 구동되어, 탱크에 접속되는 탱크 포트(30)로부터 흡입 통로(20)를 통해서 흡입구로부터 작동유를 흡입하고, 경사판(15)에 추종해서 왕복 이동하는 피스톤에 의해 가압한 작동유를 각 토출구로부터 토출한다.

각 토출구로부터 토출되는 작동유는, 각각 제1 토출 통로(21), 제2 토출 통로(22), 펌프 포트(31, 32) 및 컨트롤 밸브(도시 생략)를 통하여 유압 셔블의 붐, 아암, 버킷을 각각 구동하는 각 유압 실린더 및 좌우의 주행 모터 등으로 분배된다.

한쪽의 토출구로부터 토출되는 압력 P1의 작동유의 일부는, 제1 토출 통로(21)를 통해서 좌의 주행 모터에 공급된다. 다른 쪽의 토출구로부터 토출되는 압력 P2의 작동유의 일부는, 제2 토출 통로(22)를 통해서 우측의 주행 모터에 공급된다. 좌우의 주행 모터에 공급되는 작동유의 유량을, 좌우의 주행 모터용의 각 컨트롤 밸브로 조정함으로써, 차량의 정지, 직진 주행, 선회 주행이 행해진다.

펌프 제어 장치(1)는, 가변 용량 펌프(11)와 동축 상에 배치된 제1 정용량 펌프(12)와 제2 정용량 펌프(13)를 구비한다. 제1 정용량 펌프(12) 및 제2 정용량 펌프(13)는, 토출 용량이 일정한 펌프이며, 가변 용량 펌프(11)와 공통의 구동원인 엔진(10)에 의해 구동된다. 본 실시 형태에서는, 제1 정용량 펌프(12) 및 제2 정용량 펌프(13)로서 기어 펌프를 사용하지만, 이것에 한정되는 것이 아니다.

제1 정용량 펌프(12)는, 흡입 통로(20)로부터 분기된 흡입 통로(25)를 통해서 작동유를 흡입하고, 가압한 작동유를 제3 토출 통로(23)를 통해서 펌프 포트(39)로 보낸다. 이 작동유는, 펌프 포트(39)에 접속된 컨트롤 밸브에 의해 유압 셔블의 캡(운전석)을 선회시키는 선회 모터 등에 공급된다.

제2 정용량 펌프(13)는, 흡입 통로(25)로부터 분기된 흡입 통로(26)를 통해서 작동유를 흡입하고, 가압한 작동유를 신호압 통로(24)를 통해서 신호압 포트(34)로 보낸다. 이 작동유는, 신호압 포트(34)에 접속된 신호압 통로(도시 생략)를 통해서 각 컨트롤 밸브를 전환하는 유압 구동부 등에 공급된다.

본 실시 형태에서는, 가변 용량 펌프(11), 제1 정용량 펌프(12) 및 제2 정용량 펌프(13)로 급배되는 작동 유체로서 작동유(오일)를 사용하고 있지만, 작동유 이외에 예를 들어 수용성 대체액 등의 작동 유체를 사용해도 좋다.

이어서, 가변 용량 펌프(11)의 토출 용량을 제어하는 구성에 대해서 설명한다.

경사판식 피스톤 타입인 가변 용량 펌프(11)는, 엔진(10)에 의해 회전 구동되는 실린더 블럭과, 이 실린더 블럭의 실린더 내를 왕복 이동해서 흡입한 작동유를 토출하는 피스톤과, 이 피스톤이 추종하는 경사판(15)과, 이 경사판(15)의 틸팅 각도를 크게 하는 방향으로 가압하는 마력 제어 스프링(48, 49)과, 이 마력 제어 스프링(48, 49)의 스프링력과 동일한 방향으로 경사판(15)을 구동하는 소직경 액추에이터(47)와, 마력 제어 스프링(48, 49)의 스프링력 및 소직경 액추에이터(47)의 구동력에 저항해서 경사판(15)을 구동하는 대직경 액추에이터(16)와, 이들을 수용하는 케이싱을 구비한다.

또한, 다연식인 가변 용량 펌프(11)는, 1개의 흡입구와 2개의 토출구를 구비하고, 실린더 블럭에 제1 토출 통로(21)에 연통하는 실린더와, 제2 토출 통로(22)에 연통하는 실린더를 구비한다.

가변 용량 펌프(11)의 토출 용량은, 대직경 액추에이터(16)를 구동해서 경사판(15)의 틸팅 각도를 변화시키고, 경사판(15)에 추종해서 왕복 이동하는 피스톤의 피스톤 스트로크를 변화시킴으로써, 변화한다.

대직경 액추에이터(16)는, 이것에 유도되는 제어압 Pcg가 높아짐에 따라 경사판(15)의 틸팅 각도를 작게 한다. 경사판(15)의 틸팅 각도가 작아질수록, 가변 용량 펌프(11)의 토출 용량은 감소한다.

펌프 제어 장치(1)는, 대직경 액추에이터(16)로 유도되는 제어압 Pcg를 조정하는 로드 센싱 레귤레이터(60)[이하 「LS 레귤레이터(60)」라고 함] 와, 이 LS 레귤레이터(60)로 유도되는 작동 유압(제어압) Pc를 조정하는 마력 제어 레귤레이터(40)를 구비한다.

제2 제어압 통로(56)에는, 교축 밸브(57)가 개재 장착된다. 교축 밸브(57)는, 대직경 액추에이터(16)로 유도되는 제어압 Pcg의 압력 변동을 완화시킨다. 제2 제어압 통로(56)에 발생하는 제어압 Pcg는, 제어압 포트(35)로부터 취출되고, 압력 센서에 의해 검지된다.

마력 제어 레귤레이터(40)는, 3포트 2위치 전환 밸브이며, 마력 제어 레귤레이터(40)의 포지션을 포지션 a 또는 포지션 b로 전환하기 위한 스풀(70)(도 2 참조)을 구비한다.

스풀(70)에는, 마력 제어 스프링(48, 49)의 스프링력이 부여됨과 함께, 이 스프링력에 대항하는 신호압(구동압)으로서 각 토출구로부터 토출되는 작동유의 토출압 P1 및 토출압 P2를 평균한 평균 토출압 Pave가, 토출압 신호 통로(63)를 통해서 유도된다. 스풀(70)은, 평균 토출압 Pave와 마력 제어 스프링(48, 49)의 스프링력이 균형이 잡히는 위치로 이동한다. 이에 의해, 마력 제어 레귤레이터(40)의 포지션이 포지션 a 또는 포지션 b로 전환된다.

토출압 신호 통로(63)는, 제1 토출 통로(21) 및 제2 토출 통로(22)로부터 각각 분기되는 제1 토출압 신호 통로(61) 및 제2 토출압 신호 통로(62)를 구비한다. 제1 토출압 신호 통로(61)에는, 교축 밸브(64)가 설치된다. 제2 토출압 신호 통로(62)에는, 교축 밸브(65)가 설치된다.

토출압 신호 통로(63)에는, 제1 토출 통로(21)에 발생하는 토출압 P1이 교축 밸브(64)를 개재해서 유도되는 동시에, 제2 토출 통로(22)에 발생하는 토출압 P2가 교축 밸브(65)를 개재해서 유도된다. 이에 의해, 토출압 신호 통로(63)에는, 토출압 P1 및 토출압 P2를 평균한 평균 토출압 Pave가 발생한다. 평균 토출압 Pave는, 평균 토출압 포트(32)로부터도 취출되도록 되어 있다.

마력 제어 스프링(48, 49)은, 일단부가 스풀(70)에 연결되고, 타단부가 경사판(15)과 연계되어 있다. 마력 제어 스프링(49)의 스프링 길이는, 마력 제어 스프링(48)의 스프링 길이보다도 짧아, 마력 제어 스프링(48, 49)의 스프링력이 경사판(15)의 틸팅 각도 및 스풀(70)의 스트로크에 따라 단계적으로 높아지도록 되어 있다.

마력 제어 레귤레이터(40)는, 원압 통로(53)로부터 제1 제어압 통로(55)로 유도되는 원압과, 제1 제어압 통로(55)로부터 저압 통로(59)로 배출됨으로써 LS 레귤레이터(60)로 유도되는 작동 유압(제어압) Pc를 조정한다.

원압 통로(53)는, 제1 토출 통로(21) 및 제2 토출 통로(22)로부터 각각 분기되는 제1 원압 통로(51) 및 제2 원압 통로(52)와, 제1 원압 통로(51)에 발생하는 작동 유압 P1 및 제2 원압 통로(52)에 발생하는 작동 유압 P2가 높은 쪽을 선택적으로 원압 통로(53)에 발생시키는 고압 선택 밸브(50)를 구비한다.

이에 의해, 제1 토출 통로(21)로부터 제1 원압 통로(51)로 유도되는 작동 유압 P1 및 제2 토출 통로(22)로부터 제2 원압 통로(52)로 유도되는 작동 유압 P2가 높은 쪽이 고압 선택 밸브(50)에 의해 취출되고, 원압 통로(53)를 통해서 마력 제어 레귤레이터(40) 및 소직경 액추에이터(47)로 유도된다.

마력 제어 레귤레이터(40)는, 평균 토출압 Pave에 기초하는 신호압과, 마력 제어 스프링(48, 49)의 스프링력이 균형이 잡히도록 작동 유압 Pc를 조정한다.

마력 제어 레귤레이터(40)에는 제3 토출 통로(23)로부터 분기되는 신호압 통로(29)가 접속되고, 신호압 통로(29)에 의해 스풀(70)로 유도되는 제1 정용량 펌프(12)의 토출압(이하 「제2 신호압」이라고 함) P3이 스프링력에 대항하는 방향으로 작용한다. 제2 신호압 P3은 제2 신호압 포트(39)로부터도 취출되도록 되어 있다.

이에 의해, 선회 모터를 구동하는 제1 정용량 펌프(12)의 부하가 높아지면, 제2 신호압 P3이 상승하는 것에 수반하여, 마력 제어 레귤레이터(40)의 스풀(70)이 포지션 a로 전환되는 방향으로 이동해서 작동 유압 Pc가 높여진다.

또한, 마력 제어 레귤레이터(40)에는 외부 신호압 통로(28)가 접속되고, 이 외부 신호압 통로(28)에 의해 유도되는 마력 제어 신호압 Pi가 스풀(70)에 스프링력과 동일한 방향으로 작용한다. 이에 의해, 마력 제어 신호압 Pi가 상승하면, 마력 제어 레귤레이터(40)의 스풀(70)이 포지션 b로 전환되는 방향으로 이동해서 작동 유압 Pc을 낮게 한다.

LS 레귤레이터(60)는, 3포트 2위치 전환 밸브이며, LS 레귤레이터(60)의 포지션을 포지션 c 또는 포지션 d로 전환하기 위한 스풀을 구비한다.

LS 레귤레이터(60)의 스풀의 일단부에는, 컨트롤 밸브의 상류측에 발생하는 신호압 Pps가 신호 포트(36)로부터 신호 통로(43)를 통해서 유도된다.

LS 레귤레이터(60)의 스풀의 타단부에는 컨트롤 밸브의 하류측에 발생하는 신호압 Pls가 신호압 포트(37)로부터 신호 통로(44)를 통해서 유도된다. 또한, LS 레귤레이터(60)의 스풀의 타단부에는, LS 스프링(14)의 스프링력이 부여된다.

LS 레귤레이터(60)의 스풀은, 컨트롤 밸브의 전후에 발생하는 LS 차압(Pps-Pls)과 타단부에 작용하는 LS 스프링(14)의 스프링력이 균형이 잡히는 위치로 이동한다. 이에 의해, LS 레귤레이터(60)의 포지션이, 포지션 c 또는 포지션 d로 전환된다.

예를 들어 붐, 아암, 버킷을 구동하는 각 유압 실린더 등의 부하가 큰 경우에는, 컨트롤 밸브의 하류측(부하측)으로부터 신호압 포트(37)로 유도되는 신호압(부하압) Pls가 상승한다. 이에 의해 LS 차압(Pps-Pls)이 저하되면, 도 1에 도시한 바와 같이 LS 레귤레이터(60)의 스풀이 LS 스프링(14)의 스프링력에 의해 포지션 c에 보유 지지된다. 이 포지션 c에서는, 마력 제어 레귤레이터(40)에 접속되는 제1 제어압 통로(55)와, 대직경 액추에이터(16)에 접속되는 제2 제어압 통로(56)가 연통되고, LS 레귤레이터(60)로부터 대직경 액추에이터(16)로 유도되는 제어압 Pcg가 마력 제어 레귤레이터(40)에 의해 조정되는 값 Pc에 기초하는 값이 된다.

한편, 붐, 아암, 버킷을 구동하는 각 유압 실린더 등의 부하가 작은 경우에는, 신호압(부하압) Pls가 낮아진다. 이에 의해 LS 차압(Pps-Pls)이 상승하면, LS 레귤레이터(60)의 스풀이 LS 스프링(14)의 스프링력에 저항해서 포지션 d로 전환되는 방향으로 이동한다. 이 포지션 d에서는, 제2 토출 통로(22)로부터 분기되어 토출압 P2가 유도되는 원압 통로(54)와, 대직경 액추에이터(16)에 접속되는 제2 제어압 통로(56)가 연통되어, 제어압 Pcg가 상승한다.

이렇게 해서 LS 레귤레이터(60)는, LS 차압과 LS 스프링(14)의 스프링력이 균형이 잡히도록 대직경 액추에이터(16)로 유도되는 제어압 Pcg를 조정한다. 이에 의해, 유압 실린더의 부하가 증감해도 LS 차압(Pps-Pls)이 대략 일정해지도록 가변 용량 펌프(11)의 토출 용량이 제어된다.

제1 제어압 통로(55)에는 교축 밸브(66)가 설치되고, 원압 통로(54)에는 교축 밸브(67)가 설치된다. 이에 의해, LS 레귤레이터(60)로 유도되는 원압의 압력 변동이 완화된다.

제어압 연통로(69)는, 제1 제어압 통로(55)와 제2 제어압 통로(56)에 연통하고 있다. 제어압 연통로(69)에는, 교축 밸브(18)와 역지 밸브(17)가 설치된다.

역지 밸브(17)는, 제2 제어압 통로(56)의 제어압 Pcg가 제1 제어압 통로(55)의 작동 유압 Pc보다 높은 통상의 상태에서는 밸브를 폐쇄하고 있다. 한편, 제어압 Pcg가 작동 유압 Pc보다 소정값을 초과해서 저하하면, 역지 밸브(17)가 밸브를 개방하고, 제1 제어압 통로(55)의 작동 유압 Pc가 LS 레귤레이터(60)를 우회하는 제2 제어압 통로(56)를 통해서 대직경 액추에이터(16)로 유도된다.

펌프 제어 장치(1)는, 제2 정용량 펌프(13)의 펌프 회전 속도가 상승함에 따라 가변 용량 펌프(11)의 토출 유량을 높이는 조정 기구를 구비한다. 이 조정 기구는, 제2 정용량 펌프(13)로부터 토출되는 작동유를 유도하는 신호압 통로(24)에 개재 장착되는 교축 밸브(27)와, 이 교축 밸브(27)의 전후 차압에 따라 LS 레귤레이터(60)의 스풀을 구동하는 제어압 액추에이터(90)에 의해 구성된다.

제어압 액추에이터(90)에는, 신호압 통로(24)의 교축 밸브(27)의 상류압 P4가 상류측 제어압 연통로(94)를 통해서 유도되는 동시에, 교축 밸브(27)의 하류압 P5가 하류측 제어압 연통로(95)를 통해서 유도된다.

제2 정용량 펌프(13)의 펌프 회전 속도가 상승함에 따라 교축 밸브(27)의 전후 차압(P4-P5)이 높아지면, 이 전후 차압을 받는 제어압 액추에이터(90)의 피스톤이, LS 레귤레이터(60)의 스풀을 포지션 c의 개방도가 커지는 방향으로 이동한다. 이에 의해, LS 레귤레이터(60)로부터 대직경 액추에이터(16)로 유도되는 제어압 Pcg가 저하하고, 대직경 액추에이터(16)의 작동에 의해 가변 용량 펌프(11)의 토출 용량이 증대된다.

이어서, 마력 제어 레귤레이터(40)의 구체적인 구성에 대해서 설명한다.

도 2는, 본 발명의 일 실시 형태에 의한 마력 제어 레귤레이터(40)의 단면도이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 마력 제어 레귤레이터(40)는, 스풀 수용 구멍(110)을 갖는 통 형상의 하우징(100)과, 스풀 수용 구멍(110)에 미끄럼 이동 가능하게 수용되는 원기둥 형상의 스풀(70)을 구비한다. 하우징(100)은, 가변 용량 펌프(11)의 케이싱에 설치된다.

스풀(70)은, 스풀 수용 구멍(110)의 개구단부로부터 돌출된 선단부를 갖고, 이 선단부에 스프링받이가 설치된다. 이 스프링받이와 가변 용량 펌프(11)의 경사판(15)에 연동하는 피드백 핀 사이에 마력 제어 스프링(48, 49)(도 1 참조)이 개재 장착된다.

하우징(100)의 기단부에는 플러그(140)가 나사 결합해서 설치된다. 스풀(70)은, 마력 제어 스프링(48, 49)에 의해 플러그(140)를 향하는 방향(도 2의 좌측 방향)으로 가압되고, 그 기단부가 플러그(140)에 접촉함으로써 그 스트로크가 규제된다.

하우징(100)과 스풀(70)의 기단부와 플러그(140) 사이에는 배압실(130)이 형성된다. 이 배압실(130)은 관통 구멍을 통해서 가변 용량 펌프(11)의 케이싱 내(탱크측)에 연통된다.

스풀(70)에는 그 기단부에 개구해서 축방향으로 연장되는 축 구멍(79)이 형성된다. 이 축 구멍(79)에는 단차 원기둥 형상의 핀(96)이 미끄럼 이동 가능하게 수용된다.

핀(96)은, 그 기단부가 플러그(140)에 접촉됨으로써, 도 2의 좌 방향으로 이동하는 것이 규제된다. 핀(96)은, 플러그(140)에 접촉하는 대직경 핀부(98)와, 이 대직경 핀부(98)보다 가는 소직경 핀부(97)와, 대직경 핀부(98) 및 소직경 핀부(97) 사이에 형성되는 핀 외주 단차부(99)를 갖는다.

하우징(100)은, 5개의 포트(101 내지 105)를 구비한다. 이들의 포트(101 내지 105)는, 스풀(70)의 직경 방향으로 연장되어 스풀 수용 구멍(110)에 개구되어 있다. 포트(101 내지 105)는, 스풀(70)의 외주에 형성되는 각 환상 홈을 개재해서 전술한 각통로(55, 53, 63, 29, 28)(도 1 참조)와 각각 연통한다.

제어압 포트(101)는 제1 제어압 통로(55)를 구성한다. 이 제어압 포트(101)에는 스풀(70)의 작동에 의해 LS 레귤레이터(60)를 거쳐 대직경 액추에이터(16)로 유도되는 작동 유압(제어압) Pc가 발생한다.

원압 포트(102)는 원압 통로(53)를 구성한다. 이 원압 포트(102)에는 제1 토출 통로(21), 제2 토출 통로(22)의 토출압 P1, P2 중 높은 쪽이 유도된다.

구동압 포트(103)는 토출압 신호 통로(63)를 구성한다. 이 구동압 포트(103)에는 가변 용량 펌프(11)의 각 토출구로부터 토출된 작동 유체의 토출압 P1, P2를 평균한 평균 토출압 Pave가 유도된다.

제2 신호압 포트(104)는 신호압 통로(29)를 구성한다. 이 제2 신호압 포트(104)에는 제1 정용량 펌프(12)로부터 선회 모터에 공급되는 작동유의 압력 P3이 유도된다.

제1 신호압 포트(105)는 외부 신호압 통로(28)를 구성한다. 이 제1 신호압 포트(105)에는 운전 모드를 전환하는 마력 제어 신호압 Pi가 유도된다.

스풀(70)에는, 탱크압 포트 연통 구멍(71), 구동압 포트 연통 구멍(72) 및 제2 신호압 포트 연통 구멍(73)이 형성된다. 이것들의 포트 연통 구멍(71 내지 73)은, 스풀(70)의 직경 방향으로 연장되고, 각각의 양단이 스풀(70)의 외주에 형성된 환상 홈에 개구되어 있다.

스풀(70)의 선단부에는, 탱크압 포트(74)가 형성된다. 이 탱크압 포트(74)는, 스풀(70)의 축방향으로 연장되고, 그 일단부가 탱크압 포트 연통 구멍(71)에 개구되고, 그 타단이 스풀(70)의 선단에 개구되어, 가변 용량 펌프(11)의 케이싱내(탱크측)에 연통한다. 탱크압 포트(74)는, 작동 유압 Pc를 케이싱 내에 배출한다.

스풀(70)의 외주에는 환상으로 돌출된 6개의 랜드부(81 내지 86)가 형성된다. 이 랜드부(81 내지 86)는 각각의 외주가 스풀 수용 구멍(110)의 내주에 미끄럼 접촉한다.

스풀(70)이 축방향으로 이동해서 포지션 a와 포지션 b로 전환됨으로써, 랜드부(81, 82)가 스풀 수용 구멍(110)에 대하여 탱크압 포트 연통 구멍(71)과 원압 포트(102)를 선택적으로 개통시켜, 제어압 포트(101)에 발생하는 작동 유압(제어압) Pc가 조정된다.

스풀(70)이 포지션 a와 포지션 b 사이에 있는 상태에서는, 랜드부(81)가 탱크압 포트 연통 구멍(71)과 제어압 포트(101) 사이를 차단함과 함께, 랜드부(82)가 원압 포트(102)와 제어압 포트(101) 사이를 차단하고 있다.

스풀(70)이 도 2에 도시한 바와 같이 포지션 b에 있는 상태에서는, 탱크압 포트 연통 구멍(71)과 제어압 포트(101)가 연통하고, 작동 유압 Pc는 케이스 내에 배출되어 저하된다. 이때, 랜드부(82)가 원압 포트(102)와 제어압 포트(101) 사이를 차단하고 있다.

스풀(70)이 도 2에 있어서 우측 방향으로 이동해서 포지션 a로 전환되면, 원압 포트(102)와 제어압 포트(101)가 연통하고, 원압 통로(53)로 유도되는 토출압P1, P2 중 높은 쪽의 압력이 제1 제어압 통로(55)를 통해서 LS 레귤레이터(60)로 유도되어, 작동 유압 Pc가 상승한다. 이때, 랜드부(81)가 탱크압 포트 연통 구멍(71)과 제어압 포트(101) 사이를 차단하고 있다.

구동압 포트 연통 구멍(72)과 구동압 포트(103)는, 스풀(70)의 위치에 의하지 않고 항상 연통하고 있다. 랜드부(83)가 구동압 포트(103)와 원압 포트(102)사이의 연통을 차단함과 함께, 랜드부(84)가 구동압 포트(103)와 제2 신호압 포트(104) 사이를 차단하고 있다.

구동압 포트 연통 구멍(72)의 중간 정도에는, 축 구멍(79)의 개구단부로부터 돌출된 핀(96)의 선단(95A)이 면한다. 구동압 포트 연통 구멍(72)의 내벽면에 있어서 핀(96)의 선단(95A)에 대향하는 부위가 구동압 수면(72A)을 구성한다. 구동압 수면(72A)은, 소직경 핀부(97)의 단면적에 상당하는 수면 면적을 갖는다. 구동압 수면(72A)에 받는 평균 토출압 Pave에 의해 스풀(70)이 도 2에 있어서 우측 방향으로 이동하고, 스풀(70)의 선단부가 하우징(100)으로부터 압출된다.

구동압 포트 연통 구멍(72)의 내벽면에 있어서 핀(96)의 선단(95A)에 대향하는 부위에는, 오목부(89)가 형성된다. 오목부(89)는 축 구멍(79)과 동축 상에 형성되고, 핀(96)의 선단(95A)이 스풀(70)에 간섭하지 않도록 되어 있다.

축 구멍(79)과 핀(96) 사이에는, 제2 신호압실(121)이 구획 형성된다. 이 제2 신호압실(121)과 제2 신호압 포트 연통 구멍(73)과 제2 신호압 포트(104)는, 스풀(70)의 위치에 의하지 않고 항상 연통하고 있다. 랜드부(85)가 제2 신호압 포트(104)와 제1 신호압 포트(105) 사이의 연통을 차단하고 있다.

핀(96)의 핀 외주 단차부(99)는 제2 신호압실(121)에 면하고, 제2 신호압 포트 연통 구멍(73)의 내벽면에 있어서 핀(96)의 핀 외주 단차부(99)에 대향하는 부위가 제2 신호압 수면(73A)을 구성한다. 제2 신호압 수면(73A)은, 소직경 핀부(97)와 대직경 핀부(98)의 단면적 차에 상당하는 수면 면적을 갖는다. 제2 신호압 수면(73A)에 받는 제2 신호압 P3에 의해 스풀(70)이 도 2에 있어서 우측 방향으로 이동하고, 스풀(70)의 선단부가 하우징(100)으로부터 압출된다.

스풀(70)은, 소직경 스풀부(77)와, 이 소직경 스풀부(77)보다 굵은 대직경 스풀부(76)와, 그 중간 정도에 형성되는 외주 단차부(78)를 갖는다.

하우징(100)의 스풀 수용 구멍(110)은, 소직경 스풀부(77)가 삽입되는 소직경 구멍부(111)와, 대직경 스풀부(76)이 삽입되는 대직경 구멍부(112)를 갖는다.

하우징(100)의 대직경 구멍부(112)와 스풀(70) 사이에는, 제1 신호압실(120)이 구획 형성된다. 이 제1 신호압실(120)과 제1 신호압 포트(105)는, 스풀(70)의 위치에 의하지 않고 항상 연통하고 있다. 랜드부(86)가 제1 신호압실(120)과 배압실(130)의 연통을 차단하고 있다.

스풀(70)의 외주 단차부(78)는 제1 신호압실(120)에 면하고, 소직경 스풀부(77)와 대직경 스풀부(76)의 단면적 차에 상당하는 부위가 제1 신호압 수면(78A)을 구성한다. 제1 신호압 수면(78A)에 받는 마력 제어 신호압 Pi에 의해 스풀(70)이 도 2에 있어서 좌 방향으로 이동한다.

이어서, 마력 제어 레귤레이터(40)의 동작에 대해서 설명한다.

스풀(70)의 구동압 수면(72A)에 받는 평균 토출압 Pave에 의한 힘이 마력 제어 스프링(48, 49)의 스프링력보다 작은 경우는, 도 2에 도시한 바와 같이, 마력 제어 레귤레이터(40)가 포지션 b의 위치가 되도록 스풀(70)이 이동한다. 포지션 b에서는, 작동 유압 Pc는 제어압 포트(101)로부터 탱크압 포트(74)로 배출되어 저하한다.

한편, 스풀(70)의 구동압 수면(72A)에 받는 평균 토출압 Pave에 의한 힘이 마력 제어 스프링(48, 49)의 스프링력보다 커진 경우는, 스풀(70)이 도 2에 있어서 우측 방향으로 이동하고, 마력 제어 레귤레이터(40)가 포지션 a의 위치로 전환된다. 포지션 a에서는, 원압 포트(102)로부터 제어압 포트(101)에 대하여 작동 유압P1, P2 중 높은 쪽의 유압이 유도되어, 제어압 포트(101)의 작동 유압 Pc가 상승한다.

이렇게 해서 마력 제어 레귤레이터(40)는, 평균 토출압 Pave에 기초하는 신호압과 마력 제어 스프링(48, 49)의 스프링력이 균형이 잡히게 작동 유압 Pc을 조정한다. 가변 용량 펌프(11)의 회전 속도가 높아져도, 평균 토출압 Pave가 높아지면, 마력 제어 레귤레이터(40)의 작동에 의해 LS 레귤레이터(60)를 개재해서 유도되는 제어압 Pcg가 높여져, 가변 용량 펌프(11)의 토출 용량이 감소한다.

유압 셔블의 제어계는, 소정의 정격 회전 속도로 엔진(10)이 운전되는 고부하 모드(통상 운전 모드)와, 이 정격 회전 속도보다 낮은 회전 속도로 엔진(10)이 운전되는 저부하 모드(저연비 운전 모드)로 전환된다. 마력 제어 신호압 Pi는, 고부하 모드에서 높여지는 한편, 저부하 모드에서 낮게 전환된다. 이 모드의 전환은, 운전자의 스위치 조작 등에 의해 행해지지만, 이에 한정하지 않고 에어 컨디셔너(공조 장치) 등의 작동, 정지에 따라 자동으로 행해지는 구성으로 해도 좋다.

고부하 모드로부터 저부하 모드로 전환되는 운전 시에, 마력 제어 레귤레이터(40)에서는, 마력 제어 신호압 Pi가 낮게 전환되는 것에 수반해서 제1 신호압 수면(78A)에 받는 마력 제어 신호압 Pi에 의한 힘이 감소됨으로써, 마력 제어 레귤레이터(40)가 포지션 a의 위치로 전환되는 방향으로 스풀(70)이 이동한다. 이에 의해 제어압 포트(101)의 작동 유압 Pc가 높여지고, 가변 용량 펌프(11)의 토출 용량이 감소한다.

또한, 선회 모터가 캡을 선회시키는 작동 시에, 제1 정용량 펌프(12)로부터 선회 모터로 공급되는 작동 유압 P3이 상승한다. 이때에, 마력 제어 레귤레이터(40)에서는, 제2 신호압 수면(73A)에 받는 제2 신호압 P3이 상승함으로써, 마력 제어 레귤레이터(40)가 포지션 a의 위치로 전환되는 방향으로 스풀(70)이 이동한다. 이에 의해 제어압 포트(101) 작동 유압 Pc가 높여지고, 가변 용량 펌프(11)의 토출 용량이 감소한다.

도 3은 신호압 Pave, Pi, P3과 가변 용량 펌프(11)의 토출 용량의 관계를 도시하는 특성도이다.

마력 제어 레귤레이터(40)의 작동에 의해 평균 토출압 Pave가 높아짐에 따라 가변 용량 펌프(11)의 토출 용량이 감소한다. 이에 의해, 가변 용량 펌프(11)의 일률(마력)이 대략 일정해지도록 조정되어, 엔진(10)의 회전 수가 증감해도 운전이 원활하게 행해진다. 저부하 모드에서는, 마력 제어 신호압 Pi에 의한 마력 제어 레귤레이터(40)의 작동에 의해 고부하 모드에 비하여 가변 용량 펌프(11)의 토출 용량이 감소한다. 이에 의해, 가변 용량 펌프(11)의 일률이 낮아지고, 가변 용량 펌프(11)를 구동하는 엔진(10)에 가해지는 부하가 저감된다. 선회 모터의 작동 시에는, 제1 정용량 펌프(12)로부터 제2 신호압 P3에 의한 마력 제어 레귤레이터(40)의 작동에 의해 가변 용량 펌프(11)의 토출 용량이 감소한다. 이에 의해, 가변 용량 펌프(11)의 일률이 더 낮아져, 가변 용량 펌프(11)를 구동하는 엔진(10)에 가해지는 부하가 저감된다.

이상의 실시 형태에 따르면, 이하에 나타내는 작용 효과를 발휘한다.

〔1〕마력 제어 레귤레이터(40)는, 복수의 토출구로부터 토출되는 작동 유체의 토출압 P1, P2를 평균한 평균 토출압 Pave가 유도되는 구동압 포트(103)와, 복수의 토출구로부터 토출되는 작동 유체 중 가장 높은 고압측 토출압 P1, P2가 유도되는 원압 포트(102)와, 마력 제어 신호압 Pi가 유도되는 신호압 포트(105)와, 평균 토출압 Pave 및 마력 제어 신호압 Pi를 받아 이동함으로써 고압측 토출압 P1, P2을 원압으로 하여 제어압 Pc를 조절하는 스풀(70)를 구비하고, 스풀(70)의 내부에 평균 토출압 Pave를 받는 구동압 수면(72A)이 형성되고, 스풀(70)의 외주 단차부(78)에 마력 제어 신호압 Pi를 받는 신호압 수면(78A)이 형성되는 것으로 했다.

이에 의해, 마력 제어 레귤레이터(40)의 스풀(70)은, 가변 용량 펌프(11)의 복수의 토출구로부터 토출되는 작동 유체의 토출압 P1, P2를 평균한 평균 토출압 Pave를 스풀(70)의 내부에 형성된 구동압 수면(72A)으로 받아 이동하고, 복수의 토출구로부터 토출되는 작동 유체의 토출압 중 가장 높은 토출압 P1, P2를 원압으로 하여 대직경 액추에이터(16)로 유도되는 제어압 Pc을 조절한다. 또한, 스풀(70)은, 마력 제어 신호압 Pi를 외주 단차부(78)의 신호압 수면(78A)으로 받아 이동함으로써도 제어압 Pc를 조절한다. 이렇게 해서 펌프 제어 장치(1)는, 스풀(70)의 내부에 구동압 수면(72A)을 갖는 구성에 의해, 스풀(70)의 대형화를 초래하는 일 없이, 간편한 구조의 마력 제어 레귤레이터(40)를 사용해서 가변 용량 펌프(11)의 일률을 가변 용량 펌프(11)의 토출압 P1, P2 및 마력 제어 신호압 Pi에 따라 제어할 수 있다.

또한, 비교예로서, 스풀에 복수의 외주 단차부를 형성하고, 각 외주 단차부에 토출압 P1, P2를 각각 받는 구동압 수면을 설치하는 레귤레이터를 사용하는 것이 고려된다. 또한, 다른 비교예로서, 스풀에 연동하는 복수의 핀 부재를 설치하고, 각 핀 부재에 토출압 P1, P2를 받는 구동압 수면을 설치하는 레귤레이터를 사용하는 것이 고려된다. 이것들의 비교예에 대하여, 스풀(70)은, 그 내부에 토출압P1, P2를 평균한 평균 토출압 Pave를 받는 구동압 수면(72A)이 설치되기 때문에, 토출압 P1, P2를 받는 복수의 외주 단차부를 형성할 필요가 없어, 그 대형화가 억제된다. 또한, 마력 제어 레귤레이터(40)는, 스풀(70)에 연동하는 복수의 핀 부재를 설치할 필요도 없어, 간편한 구조를 실현할 수 있다.

〔2〕마력 제어 레귤레이터(40)는, 스풀(70)의 내부에 형성되는 구동압 포트(103)에 연통하는 구동압 포트 연통 구멍(72)과, 스풀(70)의 내부에 형성되어 구동압 포트 연통 구멍(72)에 접속되는 축 구멍(79)과, 축 구멍(79)에 미끄럼 이동 가능하게 삽입되는 핀(96)을 구비하고, 구동압 포트 연통 구멍(72)의 내벽면에 있어서 핀(96)에 대향하는 부위가 구동압 수면(72A)을 구성하는 것으로 했다.

이에 의해, 스풀(70)의 내부에 핀(96)이 수용됨과 함께, 구동압 수면(72A)이 핀(96)에 대향하도록 설치되기 때문에, 구동압 수면(72A)을 설치함으로써 마력 제어 레귤레이터(40)가 스풀(70)의 축방향으로 대형화되는 것이 억제된다.

〔3〕마력 제어 레귤레이터(40)는, 마력 제어 신호압 Pi와 다른 제2 신호압P3이 유도되는 제2 신호압 포트(104)와, 스풀(70)의 내부에 형성되고 축 구멍(79) 및 제2 신호압 포트(104)에 연통하는 제2 신호압 포트 연통 구멍(73)을 더 구비하고, 핀(96)은 그 중간 정도에 핀 외주 단차부(99)가 형성되고, 제2 신호압 포트 연통 구멍(73)의 내벽면에 있어서 핀 외주 단차부(99)에 대향하는 부위가 제2 신호압 P3을 받는 제2 신호압 수면(73A)을 구성하는 것으로 했다.

이에 의해, 제2 신호압 P3을 받는 제2 신호압 수면(73A)이 핀(96)의 핀 외주 단차부(99)에 대향해서 설치되기 때문에, 제2 신호압 수면(73A)을 설치함으로써 마력 제어 레귤레이터(40)가 스풀(70)의 축방향으로 대형화하는 것이 억제된다.

〔4〕펌프 제어 장치(1)는, 가변 용량 펌프(11)를 구동하는 엔진(10)의 부하가 높은 고부하 모드일 때는, 스풀(70)의 외주 단차부(78)가 받는 마력 제어 신호압 Pi를 상승시켜, 스풀(70)을 가변 용량 펌프(11)의 토출 용량이 증가하는 방향으로 이동시키고, 엔진(10)의 부하가 낮은 저부하 모드일 때는, 스풀(70)의 외주 단차부(78)가 받는 마력 제어 신호압 Pi를 저하시켜, 스풀(70)을 가변 용량 펌프(11)의 토출 용량이 줄어드는 방향으로 이동시킨다.

이에 의해, 고부하 모드로부터 저부하 모드로 전환되는 것에 수반하여, 저하하는 마력 제어 신호압 Pi에 의해 스풀(70)이 이동하고, 가변 용량 펌프(11)의 토출 용량이 저감된다. 저부하 모드에서 마력 제어 신호압 Pi가 저하하기 때문에, 제2 정용량 펌프(12)의 구동 부하가 저감되어, 펌프 제어 장치(1)의 소비에너지가 저감된다.

이상, 본 발명의 실시 형태에 대해서 설명했지만, 상기 실시 형태는 본 발명의 적용예의 일부를 나타낸 것에 지나지 않고, 본 발명의 기술적 범위를 상기 실시 형태의 구체적 구성으로 한정하는 취지가 아니다.

예를 들어, 펌프 제어 장치(1)는, 유압 셔블 등의 작업기에 한정되지 않고, 다른 기계, 설비에 설치되는 유체압 공급원에도 이용할 수 있다.

본원은, 2013년 3월 27일에 일본 특허청에 출원된 일본 특허 출원 제2013-66851호에 기초하는 우선권을 주장하고, 이 출원의 모든 내용은 참조에 의해 본 명세서에 포함된다.

Claims

복수의 토출구로부터 작동 유체를 토출하는 펌프의 토출 용량을 제어하는 펌프 제어 장치이며,
펌프의 토출 용량을 바꾸는 액추에이터와,
상기 액추에이터로 유도되는 제어압을 조절하는 레귤레이터를 구비하고,
상기 레귤레이터는,
복수의 토출구로부터 토출되는 작동 유체의 토출압을 평균한 평균 토출압이 유도되는 구동압 포트와,
상기 복수의 토출구로부터 토출되는 작동 유체 중 가장 높은 고압측 토출압이 유도되는 원압 포트와,
신호압이 유도되는 신호압 포트와,
상기 평균 토출압 및 상기 신호압을 받아 이동함으로써 상기 고압측 토출압을 원압으로 하여 상기 제어압을 조절하는 스풀을 구비하고,
상기 스풀의 내부에 상기 평균 토출압을 받는 구동압 수면이 형성되고,
상기 스풀의 외주 단차부에 상기 신호압을 받는 신호압 수면이 형성되는, 펌프 제어 장치.
제1항에 있어서, 상기 레귤레이터는,
상기 스풀의 내부에 형성되어 상기 구동압 포트에 연통하는 구동압 포트 연통 구멍과,
상기 스풀의 내부에 형성되어 상기 구동압 포트 연통 구멍에 접속되는 축 구멍과,
상기 축 구멍에 미끄럼 이동 가능하게 삽입되는 핀을 더 구비하고,
상기 구동압 포트 연통 구멍의 내벽면에 있어서 상기 핀에 대향하는 부위가 상기 구동압 수면을 구성하는, 펌프 제어 장치.
제1항에 있어서, 상기 레귤레이터는,
상기 신호압과 다른 제2 신호압이 유도되는 제2 신호압 포트와,
상기 스풀의 내부에 형성되어 상기 축 구멍 및 상기 제2 신호압 포트에 연통하는 제2 신호압 포트 연통 구멍을 더 구비하고,
상기 핀은 그 중간 정도에 핀 외주 단차부가 형성되고,
상기 제2 신호압 포트 연통 구멍의 내벽면에 있어서 상기 핀 외주 단차부에 대향하는 부위가 상기 제2 신호압 P를 받는 제2 신호압 수면을 구성하는, 펌프 제어 장치.
제1항에 있어서, 상기 펌프 제어 장치는,
상기 펌프를 구동하는 구동원의 부하가 높은 고부하 모드일 때는, 상기 스풀의 외주 단차부가 받는 신호압을 상승시켜, 상기 스풀을 상기 펌프의 토출 용량이 증가하는 방향으로 이동시키고,
상기 구동원의 부하가 낮은 저부하 모드일 때는, 상기 스풀의 외주 단차부가 받는 신호압을 저하시켜, 상기 스풀을 상기 펌프의 토출 용량이 줄어드는 방향으로 이동시키는, 펌프 제어 장치.