JP5004665B2 - ピストンポンプの油圧回路 - Google Patents

Description

本発明は、ピストンポンプの油圧回路の改良、特に油圧回路の応答性の改良に関するものである。

従来より、馬力（即ち出力）が略一定となるような等馬力特性で吐出圧と吐出流量を制御する馬力制御レギュレータを備える斜板式ピストンポンプが知られている（特許文献１参照）。この斜板式ピストンポンプは、ミニショベル等の油圧機械に使用され、斜板式ピストンポンプは油圧機械のエンジンからの出力により駆動されている。

このような従来の油圧機械の油圧回路において、馬力制御レギュレータの下流にピストンポンプの斜板の傾転角度、つまりピストンポンプの吐出流量を油圧アクチュエータを介して制御するロードセンシングバルブが設置される。したがって、ピストンポンプから吐出した作動油は、馬力制御レギュレータ、ロードセンシングバルブ（ロードセンシングレギュレータ）を経由してピストンポンプの斜板の傾転角度を制御する油圧アクチュエータに供給される。
特開２００２−２０２０６３号公報

等馬力制御中に吐出圧を変化させると、等馬力特性を維持するようにピストンポンプの吐出流量が変化する。しかしながら、吐出圧の変化は、馬力制御レギュレータ、ロードセンシングバルブ及びこれらを接続する流路を通じて作動油が流れて斜板を傾転させる油圧アクチュエータに伝達されるため、時間的な遅れであるタイムラグが生じて、吐出流量の変化が遅れ、応答性が悪化するという課題がある。

本発明は上記の問題点を鑑みてなされたものであり、ピストンポンプの油圧回路において、吐出圧の変化に対する吐出流量の応答性を向上する油圧回路を提供することを目的とする。

本発明は、吐出流量可変の斜板式２連ピストンポンプの各吐出口に接続する各メイン流路と、このメイン流路に接続し、前記斜板式２連ピストンポンプの吐出圧の平均圧に応じて前記斜板式２連ピストンポンプの吐出流量を制御するように第１の制御油圧を供給する第１レギュレータと、前記斜板式２連ピストンポンプの吐出口に接続する前記メイン流路の一方に接続し、このメイン流路の負荷に応じて前記斜板式２連ピストンポンプの吐出流量を制御するように第２の制御油圧を供給する第２レギュレータと、前記第１レギュレータから供給される第１の制御油圧と前記第２レギュレータから供給される第２の制御油圧のうち高圧側の油圧を選択する高圧選択弁と、前記高圧選択弁によって選択された油圧の上昇に応じて、前記斜板式２連ピストンポンプの吐出流量を減少させるように前記斜板式２連ピストンポンプの斜板の角度を制御する第１油圧アクチュエータと、前記平均圧の上昇に応じて、前記斜板式２連ピストンポンプの吐出流量を増大させるように前記斜板式２連ピストンポンプの斜板の角度を設定する第２油圧アクチュエータと、を備えたピストンポンプの油圧回路である。

本発明によれば、メイン流路に接続する第１レギュレータまたは第２レギュレータを通過し、前記選択弁により選択された高圧の作動油が油圧アクチュエータに供給されるので、両方のレギュレータを通過する従来の油圧回路に比して、作動油が油圧アクチュエータに達するまでの時間を短縮して、油圧アクチュエータの応答性を向上することができる。

図１は、本発明の油圧回路のオリフィス構造を適用する油圧回路図である。

本油圧回路には同軸上に配置され、エンジン１により駆動される３個のポンプが備えられる。第１ポンプ１０は、吐出流量可変可能な斜板式２連ピストンポンプであり、第２ポンプ１２、第３ポンプ１４はエンジン１の回転数に応じて吐出流量が規定される、例えば、ギアポンプで構成される。

第１ポンプ１０は２つの吐出口１６、１８を備え、それぞれの吐出口１６、１８に第１メイン流路２０、第２メイン流路２２が連通し、その第１、第２ポート２４、２６から作動油が、不図示の流路を通じて、例えばショベルのバケットを駆動するバケットシリンダに供給される。第２ポンプ１２の吐出口２８に第３メイン流路３０が連通し、第３ポート３２から作動油が供給される。さらに第３ポンプ１４の吐出口３４に第４メイン流路３６が連通し、第４ポート３８から低圧（いわゆるパイロット圧）の作動油が供給される。

油圧回路には、第１ポンプ１０の駆動馬力が略一定となるように吐出圧に応じて吐出流量を制御するため、第１ポンプ１０の斜板を傾転する馬力制御レギュレータ４０を備える。

馬力制御レギュレータ４０は、３ポート２位置切換弁であって、スプールの一端にはポジションａ、ｂで切り換わるように第１ポンプ１０の吐出圧の平均圧と第２ポンプ１２の吐出圧とが信号圧として供給される。スプールの他端には、供給される信号圧に抗する馬力制御スプリング４４の付勢力が作用する。

馬力制御レギュレータ４０のスプールに第１ポンプ１０の平均吐出圧を供給するサブ流路は、第１、第２メイン流路２０、２２からそれぞれ分岐した第１信号圧流路４６、第２信号圧流路４８と、これら第１、第２信号圧流路４６、４８が合流した第３信号圧流路５０とからなり、第３信号圧流路５０が馬力制御レギュレータ４０のスプールに信号圧としての油圧を供給する。第１、第２信号圧流路４６、４８にはオリフィス５２、５４が設置され、第１、第２メイン流路２０、２２の圧力脈動を緩和して伝達する。また、第１、第２信号圧流路４６、４８の合流部に接続する第１元圧流路５８がさらに形成され、この第１元圧流路５８は、馬力制御レギュレータ４０の所定のポートに接続し、第１元圧流路５８から供給される油圧が馬力制御レギュレータ４０の元圧となる。

馬力制御レギュレータ４０は、スプールの一端に作用する第１ポンプ１０の平均吐出圧と第２ポンプ１２の吐出圧との合算の圧力に基づく信号圧と、他端に作用する馬力制御スプリング４４の付勢力との大小関係によりポジションａ、ｂが規定される。

馬力制御レギュレータ４０は、第１ポンプ１０の平均吐出圧と第２ポンプ１２の吐出圧との合算の圧力に基づく信号圧が馬力制御スプリング４４の付勢力より小さい場合にはポジションｂに切り換わり、第１ポンプ１０の斜板の傾転角度を制御する大径アクチュエータ７６に第５元圧流路７４を介して繋がる第４元圧流路７７と、第１ドレン流路５９とが連通し、第１ドレン流路５９を介して各ポンプ１０、１２、１４の吸入側に設けられたドレン流路である吸入側流路５６が連通状態となる。

一方、第１ポンプ１０の平均吐出圧と第２ポンプ１２の吐出圧との合算の圧力に基づく信号圧が馬力制御スプリング４４の付勢力より大きい場合には、ポジションａに切り換わり、第１、第２メイン流路２０、２２の平均圧の作動油が導かれる第１元圧流路５８と、第４元圧流路７７とが連通する。作動油は、第１元圧流路５８、第４元圧流路７７から第５元圧流路７４を介して第１ポンプ１０の斜板を傾転する大径アクチュエータ７６に供給される。

第２メイン流路２２の吐出圧に基づく圧力を第１ポンプ１０の斜板の傾転角を変える大径アクチュエータ７６に伝達する第２元圧流路７３の途中にロードセンシングバルブ（ロードセンシングレギュレータ）４２が設けられる。ロードセンシングバルブ４２は、第１−第３ポート２４、２６、３２等に作用する負荷圧を検知して切り換わり、このため、ロードセンシングバルブ４２のスプールの両端には、スプールの位置決めのための信号圧がそれぞれ加わる。

１つは第５ポート６０からの油圧であり、この第５ポート６０は、第１、第２ポート２４、２６下流に設置された不図示のコントロールバルブの上流側の圧力の基づく圧力が供給される。ここで、コントロールバルブは、油圧機械、例えばパワーショベルのバケットを操作するバケットシリンダを制御するためのバルブである。

また、第５ポート６０の油圧に基づく信号圧に抗して第６ポート６２からの油圧が２つ目の信号圧としてスプールの反対端に作用する。この第６ポート６２にはコントロールバルブ下流の流路が接続し、したがって、第６ポート６２からスプールに供給される油圧は、例えばバケットシリンダに供給される負荷圧に基づく圧力となる。

さらに第５ポート６０からの信号圧に抗する作用力として、油圧アクチュエータ６４の作用力がスプールの反対端に作用するように構成される。

油圧アクチュエータ６４には、第３ポンプ１４のパイロット作動油がピストンを挟んだ左右の油室に第１、第２差圧流路７０、７２を通じてそれぞれ供給されるが、図中右側の油室に接続する第２差圧流路７２上流の第４メイン流路３６途中にはオリフィス６８が設置されており、ロードセンシングバルブ４２のスプールに接続する油圧アクチュエータ６４のロッドを図中右側、すなわち、スプールを右側へ移動する作用力を生じる。

したがって、ロードセンシングバルブ４２の位置は、スプールに作用する第５ポート６０からの作動油の油圧（信号圧）に対して、第６ポート６２からの作動油の油圧（信号圧）と油圧アクチュエータ６４の作用力との合計の作用力の大小関係により規定される。

ロードセンシングバルブ４２は３つのポートを備え、第５ポート６０からの信号圧が第６ポート６２等からの合算信号圧より大きいときにはスプールが図中左側へ移動し、ポジションｄに切り換わり、高圧の作動油が流通する第２元圧流路７３と、第１ポンプ１０の斜板を傾転する大径アクチュエータ７６に接続する第３、５元圧流路７１、７４とが連通する。

一方、第５ポート６０からの信号圧が第６ポート６２等の合算信号圧より小さいときにはスプールが図中右側へ移動し、ポジションｃに切り換わり、第３元圧流路７１と第２ドレン流路７５とが連通し、第２ドレン流路７５は馬力制御レギュレータ４０を介することなくドレン流路である吸入側流路５６と連通し、不図示のドレンタンクに作動油がドレンされる。

ロードセンシングバルブ４２または馬力制御レギュレータ４０から大径アクチュエータ７６に供給される作動油圧が上昇すると、大径アクチュエータ７６は斜板の傾転角度を少なくする方向、つまり第１ポンプ１０の吐出流量が少なくなる方向へ斜板を傾転させる。この作用力に抗する付勢力を生じる小径アクチュエータ７８が設けられ、この小径アクチュエータ７８には第１ポンプ１０の吐出圧の平均圧の作動油が流通する第１元圧流路５８から分岐した第６元圧流路６１を介して供給される。したがって、大径アクチュエータ７６に作用する油圧と小径アクチュエータ７８に作用する油圧との大小関係により大径アクチュエータ７６のストローク量が規定される。ここで、大径アクチュエータ７６の受圧面積が小径アクチュエータ７８の受圧面積より大きく形成されており、第１ポンプ１０の斜板の傾転角は、それぞれの受圧面積の比、および馬力制御スプリング４４の付勢力により設定される。

ロードセンシングバルブ４２に接続する第３元圧流路７１と、大径アクチュエータ７６に接続する第５元圧流路７４とが接続する交点に馬力制御レギュレータ４０に接続する第４元圧流路７７が接続する。そして、この交点に第３元圧流路７１内の作動油と第４元圧流路内の作動油のうち高圧の作動油を選択的に第５元圧流路７４に流通させる高圧選択弁７９が設置される。

次に、馬力制御レギュレータ４０の作用を説明する。

このように構成された油圧回路において、油圧回路に負圧が作用しているとき、つまり、ロードセンシングバルブ４２が負荷を検出しているときには、ロードセンシングバルブ４２のスプールは作用する前記信号圧等の差に応じて図中右側へと移動し、所定負荷圧以上でポジションｃに切り換わる。この状態において、第１ポンプ１０の吐出圧が上昇すると、馬力制御スプリング４４の付勢力に抗して、馬力制御レギュレータ４０のスプールが図中右側へ移動し、ポジションａに切り換わり、第１ポンプ１０の平均吐出圧の作動油が調圧されて第１元圧流路５８、第４元圧流路７７を通じて高圧選択弁７９に送られる。また、第２メイン流路２２の作動油が第２元圧流路７３を通じてロードセンシングバルブ４２へ送られる。ロードセンシングバルブ４２はポジションｃの位置にあるため、第２元圧流路７３は閉止され、第３元圧流路７１内の作動油は第２ドレン流路７５からドレンされる。このため、第１元圧流路５８からの高圧の作動油が、第４元圧流路７７、高圧選択弁７９、第５元圧流路７４を通じて大径アクチュエータ７６に供給され、大径アクチュエータ７６は供給される油圧に応じて第１ポンプ１０の斜板の傾転角度を小さくするようにストロークする。

したがって、第１ポンプ１０の吐出圧（平均吐出圧）が上昇すると、第１ポンプ１０の斜板の傾転角度を変化させ、吐出流量を低減する。ここで、小径アクチュエータ７８にも第１ポンプ１０の平均吐出圧が第６元圧流路６１を通じて供給される。このため、大径アクチュエータ７６と小径アクチュエータ７８には同じ圧力が作用することになり、斜板の傾転角は各アクチュエータの受圧面積の比、および馬力制御スプリング４４の付勢力により決定される。

これに対して、第１ポンプ１０の上昇した吐出圧が低下すると、馬力制御レギュレータ４０のスプールが図中左側へ移動してポジションｂに切り換わり、第４元圧流路７７の作動油は第１ドレン流路５９から吸入側流路５６にドレンする。第２ドレン流路７５は、ロードセンシングバルブ４２のポジションｃを介して、第３元圧流路７１と連通する。したがって大径アクチュエータ７６の作動油は第３元圧流路７１、第２ドレン流路７５を通じて吸入側流路５６にドレンする。したがって、第１ポンプ１０の斜板の傾転角度を規定する大径アクチュエータ７６に作用する油圧が小さくなり、小径アクチュエータ７８、馬力制御スプリング４４により第１ポンプ１０の斜板の傾転角度を大きくする。これにより、第１ポンプ１０の吐出流量が増加する方向へと変化する。

ここで、馬力制御レギュレータ４０の馬力制御スプリング４４には第１ポンプ１０の斜板の傾転角がフィードバックされ、ポンプ吐出圧とバランスした位置で斜板を停止させる。つまり、馬力制御スプリング４４は、一端を第１ポンプ１０の斜板に連結されており、斜板が傾転して、吐出流量が減少する方向へ変化すると、馬力制御スプリング４４は付勢力が増大し、その反対側に斜板が傾転すると付勢力が減少する。このため、第１ポンプ１０の吐出圧の平均圧に対応する斜板傾転角となると馬力制御スプリング４４とのバランスにより馬力制御レギュレータ４０のポジションが交互に切り換わり、大径アクチュエータ７６に供給される油圧が維持され、結局ポンプ吐出圧に応じて定まる吐出流量となる。

このように、第１ポンプ１０の吐出圧が上昇するとその吐出流量を減少させ、一方、吐出圧が低下すると吐出流量を増大させるように制御することで、吐出圧と吐出流量とに応じて定まる第１ポンプ１０の馬力を略一定に制御する等馬力制御することができる。

次に、ロードセンシングバルブ４２の作用について説明する。

ロードセンシングバルブ４２はスプール両端に作用する信号圧のバランスに応じて変位し、第６ポート６２から供給される負荷圧が所定圧以上（高負荷域）のときは、ロードセンシングバルブ４２はポジションｃに位置される。

この状態から負荷圧が低下すると、第５ポート６０からの信号圧と第６ポート６２等からの信号圧との差圧が変化して、差圧に応じてスプールが移動する。スプールの位置が、ポジションｃとポジションｄとの間の中間位置に設定される場合には、第２元圧流路７３と第２ドレン流路７５とが第３元圧流路７１に連通する。ここで、第２元圧流路７３及び第２ドレン流路７５との油圧は、ロードセンシングバルブ４２の開度に応じて合算され、調圧されて第３元圧流路７１から高圧選択弁７９に供給される。

さらに、例えばバケットシリンダに供給される負荷圧が無負荷であるような低負荷の場合には、低い負荷圧に応じてロードセンシングバルブ４２がポジションｄに切り換わり、第１ポンプ１０の吐出圧を、第２元圧流路７３、第３元圧流路７１を通じて高圧選択弁７９に供給する。このとき、馬力制御レギュレータ４０は、吐出圧が低いためポジションｂに切り換わり、結果として高圧選択弁７９は第３元圧流路７１の油圧を選択して大径アクチュエータ７６に供給する。

このように、負荷圧が無負荷状態のような低圧の場合には、等馬力制御を実施せずに第１ポンプ１０の吐出圧が低くても吐出流量を最小値まで減少させるようにする。

また、本発明の油圧回路においては、大径アクチュエータ７６への作動油の供給および大径アクチュエータ７６からの作動油の排出は、馬力制御レギュレータ４０またはロードセンシングバルブ４２のいずれかを通過するのみであり、両方を通過して大径アクチュエータ７６へ供給、またはドレンする構成と比較して、馬力制御レギュレータ４０またはロードセンシングバルブ４２から大径アクチュエータ７６までの流路長及び大径アクチュエータ７６からドレンするまでの流路長を短縮し、大径アクチュエータ７６の応答性を向上し、結果として操作性を向上することができる。

また、第１ポンプ１０の吐出圧が低く、第２ポンプ１２の吐出圧が高い場合には、馬力制御レギュレータ４０の位置は、第２ポンプ１２の吐出圧の作用によりポジションａとなる。そして、ロードセンシングバルブ４２は負荷圧が所定圧以上の場合にポジションｃとなり、第３元圧流路７１と第２ドレン流路７５とが連通する状態となる。ロードセンシングバルブ４２に接続する第３元圧流路７１内の油圧より馬力制御レギュレータ４０に接続する第４元圧流路７７内の油圧が高くなり、第１ポンプ１０から吐出される平均圧の作動油が第１元圧流路５８から馬力制御レギュレータ４０、第４元圧流路７７及び第５元圧流路７４を通じて大径アクチュエータ７６に供給される。

したがって、第１ポンプ１０の吐出圧が低く、第２ポンプ１２の吐出圧が高い場合には、大径アクチュエータ７６に供給される作動油がロードセンシングバルブ４２を通過することがないので、第２ポンプ１２のみの吐出圧が増大するような場合でも、大径アクチュエータ７６へ作動油を供給する流路の長さが短縮され、大径アクチュエータ７６に作動油が達するまでの時間を短縮し、大径アクチュエータ７６の応答性を向上することができる。

本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

本発明は、油圧機械に用いられる油圧回路に適用することができる。

本発明を適用する油圧回路図である。

符号の説明

１０ 第１ポンプ
１２ 第２ポンプ
２０ 第１メイン流路
２２ 第２メイン流路
３０ 第３メイン流路
４０ 馬力制御レギュレータ（第１レギュレータ）
４２ ロードセンシングバルブ（第２レギュレータ）
４４ 弾性部材
４６ 第１信号圧流路
４８ 第２信号圧流路
５０ 第３信号圧流路
５２ オリフィス
５６ 吸入側流路
５８ 第１元圧流路
５９ 第１ドレン流路
６１ 第６元圧流路
６４ 油圧アクチュエータ
６８ オリフィス
７１ 第３元圧流路
７３ 第２元圧流路
７４ 第５元圧流路
７５ 第２ドレン流路
７６ 大径アクチュエータ（第１油圧アクチュエータ）
７７ 第４元圧流路
７８ 小径アクチュエータ（第２油圧アクチュエータ）
７９ 高圧選択弁

Claims (3)

1. 吐出流量可変の斜板式２連ピストンポンプの各吐出口に接続する各メイン流路と、
   このメイン流路に接続し、前記斜板式２連ピストンポンプの吐出圧の平均圧に応じて前記斜板式２連ピストンポンプの吐出流量を制御するように第１の制御油圧を供給する第１レギュレータと、
   前記斜板式２連ピストンポンプの吐出口に接続する前記メイン流路の一方に接続し、このメイン流路の負荷に応じて前記斜板式２連ピストンポンプの吐出流量を制御するように第２の制御油圧を供給する第２レギュレータと、
   前記第１レギュレータから供給される第１の制御油圧と前記第２レギュレータから供給される第２の制御油圧のうち高圧側の油圧を選択する高圧選択弁と、
   前記高圧選択弁によって選択された油圧の上昇に応じて、前記斜板式２連ピストンポンプの吐出流量を減少させるように前記斜板式２連ピストンポンプの斜板の角度を制御する第１油圧アクチュエータと、
   前記平均圧の上昇に応じて、前記斜板式２連ピストンポンプの吐出流量を増大させるように前記斜板式２連ピストンポンプの斜板の角度を設定する第２油圧アクチュエータと、を備えたことを特徴とするピストンポンプの油圧回路。
2. 前記第１油圧アクチュエータは、前記斜板式２連ピストンポンプの吐出流量を増大する場合に作動油を排出し、排出された作動油は、前記第１、第２レギュレータの一方を経由してドレンされることを特徴とする請求項１に記載のピストンポンプの油圧回路。
3. エンジンによって前記斜板式２連ピストンポンプと共に駆動される第３ポンプの吐出口に接続する第４メイン流路と、
   第４メイン流路の途中に設けられるオリフィスの上流側と下流側に生じるパイロット作動油がピストンを挟んだ油室にそれぞれ供給される油圧アクチュエータと、を備え、
   この油圧アクチュエータの作用力が前記第２レギュレータのスプールに作用することを特徴とする請求項１または２に記載のピストンポンプの油圧回路。

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