JPS5916111B2 - 動力伝達装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 圧力により制御される可変容量形油圧ポンプを油圧動力
装置（システム）に適用する場合、高い動力的性能の達
成、即ちシステムの圧力変化に対する迅速且つ正確な応
答を得ることは、ポンプが流体を供給する油圧動力装置
における圧力変化の特性、即ち該装置の圧力特性がどの
程度変化しやすいかにより重大な影響を受ける。

圧力により制御されるポンプの流体供給についての安定
性及び動力学的性能、即ち圧力変化に応答する性能を制
御する比較的重要なパラメータの１つはポンプを制御す
る調整器の流量利得（ｆｌｏｗ ｇａｉｎ） 即ち圧
力変化に対する流量変化の割合である。

流量利得が大きすぎると、特に圧力変化の激しい装置に
使用する場合にポンプが不安定となる。

またポンプが小さすぎると、ポンプの動力学的性能は今
日の要求に合わな（なる。

この問題を解決する方法は、導関数フィードバックを設
けて、調整器が圧力変化のみならず、その変化速度即ち
圧力変化の一次導関数にも応答するようにすることにあ
る。

この方法は米国特許第３５６３６７５号に例示されてい
る。

然しかかる方法は、導関数フィードバック装置をもたな
いものζ比較すると、コストを増す附加装置を導入し、
調整器を複雑にする。

本発明の目的は、導関数フィードバック装置の特徴をも
たないものに比較して、コストを実質的に増さずに導関
数フィードバック装置の特徴をもつポンプ圧力調整器を
提供することにある。

即ち本発明は、パイロット弁により制御される可変容量
形油圧ポンプであって、ポンプ容量を調節するサーボモ
ータ１２と、該サーボモータを制御するパイロット弁１
８とを有し、該パイロット弁が第１のピストン３２及び
第２のピストン３４からなる弁スプールを備え、第１の
ピストンは前記ポンプの送出管１４と連絡し、第２のピ
ストンははね３６により負荷されかつ第１制限オリフイ
ス４２ち介してポンプ送出管１４と連絡し、さらにパイ
ロット安全弁４４及び第２制限オリフイス５０を介して
排出路２６と連絡しており、両オリフィス及びパイロッ
ト安全弁にはポンプ送出管から連続的なブリード流が流
れ、ポンプ出口圧力の変化によりパイロット弁１８の動
作が制御されることを特徴とするパイロット弁圧力制御
可変容量杉油圧ポンプである。

可変容量ポンプ１０は、ばねにより片寄せられる液圧サ
ーボモータ１２を有し、その容量を調節する。

ポンプ１０ばその流体な送出管１４に供給し、枝管は流
体を油圧動力装置１６に送る。

油圧管の長さやその構成材料、使用する油圧サーボモー
タの型、該サーボモータにより駆動される負荷の慣性や
ばね率（ばね長の単位変化に対するばね応力）の如き要
因によって、油圧動力装置１６の特性は全体として広範
囲に亘って変化する。

サーボモータ１２は三方パイロット弁１８により制御さ
れ、随意に流体をサーボモータに出入させる。

この目的で、枝管２０は送出管１４から、枝管２２を経
て、パイロット弁１８に通ずる。

排出導管２４はパイロット弁１８から排出導管２６に通
ずる。

パイロット弁１８の出力は、導管２８ヲ介シてサーボモ
ータ１２に向けられる。

サーボモータ１２はばね３０により片寄せられているが
同時に差動ピストンの小面積に管路２０，２２゜２８を
介して加えられた送出管圧力により片寄せられることは
理解されよう。

同様にサーボモータ１２は複動モータにすることかでき
、パイロット弁１８は四方向弁にすることができる。

これらはすべて動力水力学では公知の代替構造である。

パイロット弁１８は３２と３４で示す対向する第１及び
第２のピストンからなる弁スプールにより変位されるが
、両ピストンは等面積である方が好ましい。

また室３７に配置されたばね３６は弁スプールを図の右
方に偏倚される。

第１及び第２の二つのピストンの面は送出管１４からの
枝管２０に接続される枝導管３８と４０を介して、ポン
プ出口圧力を受ける。

但し、固定された制限オリフィス４２が枝管３８と４０
の間に介在せしめられる。

オリフィス４２と枝管４０を越して（下流において）枝
管２０はパイロット安全弁４４に連結され、該パイロッ
ト安全弁４４はその制御枝管４６を介してばね４８に抗
して弁を操作し、導管２０内の圧力を調節可能な予定値
に定める。

弁４４を越した所（弁４４の下流）で管２０は第２の固
定されたオリフィス５０に通じ、該オリフィスは排出導
管２６へと吐出する。

作動の際、ポンプが運転され最大限以下の流量を送出管
１４と装置１６に送り出す場合、定常状態条件下で、装
置１６の流量要求に応じてサーボモータ１２が落ち着く
位置が定められる。

これらの条件下では、第１オリフィス４２．パイロット
安全弁４４と第２オリフイス５０を含むブリード回路２
０〜２６に一定の流れ（ブリード流れ）がある。

これは小さな連続的な流れである。オリフィス４２によ
る圧力降下によって、ピストン３２０面に加えられる、
導管３８を通ったポンプ出口圧力とばね３６の力ｙは丁
度つり合い、従ってパイロット弁１Ｂは中立位置即ち中
間位置にとどまり、サーボモータ１２に流体を導入する
こともそれから排出することもしない。

第１図はパイロット弁１８がその中立位置にある状態を
示す。

装置１６の送り出し要求の低下により送出管１４内の圧
力が高まると、この高くなった圧力は導管３８を通して
ピストン面３２に伝導され、パイロット弁１８をばね３
６に抗して図の左方に変位させる。

この動とはばね室３７内から追加の流量をピストン面３
４から導管４０を通して管２０に排出する。

スプールが速（動けば動く程、この流量増加は大きくな
る。

然し第２オリフイス５０のために、この追加の流量は導
管４０における圧力増加を起し、ピストン面３２と３４
との間の圧力差を減らし、それによりパイロット弁１８
のスプールの動きを遅らせる。

これはサーボモータ１２への流量利得を減らす効果をも
つ。

パイロット弁１８のスプールが左方に速く動けば動く程
、第２オリフイス５０を通る流れは多くなり、これによ
り導管４０とピストン面３４における圧力が高められ、
その結果流量利得が小さくなる。

換言すれば、送出管１４の圧力増加速度が高まる程、圧
力増加後のパイロット弁１８のスプールの遅れは大きく
なり、従って調整器装置の流量利得は装置の圧力増加速
度と逆比例して変化する。

同様にして、送出管圧力の低下の場合、反対効果が得ら
れる。

ばね３６は有限のばね率をもっているので、パイロット
弁スプール３２の位置が変ると、枝管２０と第１オリフ
イス４２を通過している一定のブリード流れに変化が起
る。

この流れの変化は第２オリフイス５０による圧力降下に
影響し、その結果としてばね室３７内の圧力が増大する
。

これらによってパイロット弁スプール即ち第１ピストン
３２に作用する油圧力に変化が起り、該変化はスプール
の位置の関数となる。

従って実際に、この種の回路は、機械的なばね３６と共
に作用する、”ばね率”と等価の油圧（ｈｙｄｒａｕｌ
ｉｃ ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ）をつくる。

この”油圧的ばね率”の効果は、真に乱流状態で真に圧
縮不可能の流体の場合に等価なばね率Ｋｅとして数学的
に示される： 舷に、Ｄｌは第１オリフイス４２の直径、Ｄ２は第２オ
リフイス５０の直径、 Ｋはばね３６の憚械的ばね率とする。

この式から明らかな如（、二つのオリフィスの直径比の
小変化は、等価ばる率に大影響を及ぼす。

等価ばね率はまた、オリアイスを通る流量に対するオリ
フィス圧力の差のプロットからできる曲線の傾斜によっ
て表わすこともできる。

その場合、 Ｓｌは作動点におけるオリフィス４２のＰ −Ｑ曲線の
傾斜である。

Ｓ２はオリフィス５０のＰ −Ｑ曲線の傾斜である。

一般に、等価ばね率Ｋｅが高い程、サーボ装置の動力学
的特性は良くなる。

これらの関係は第２図に示す。

第２図において、接線が８１で示される曲線は、オリフ
ィス４２の圧力−流量特性を、また接線が８２で示され
る曲線はオリフィス５０の圧力−流量特性を示している
。

右方にΔＰ４２、ΔＰ ５０ ％ΔＰ４４で示したもの
は、オリフィス４２、オリフィス５０、弁４４の間の圧
力差を示す。

第２オリフイス５０において発生する圧力降下のため、
パイロット安全弁４４のクラッキング（Ｃｒａｃｋｉｎ
ｇ）圧力（即ち弁を開く圧力）は、送出管１４において
維持したいと思５名目上の設定圧力（調節自在のばね３
６によりきめられる）より実質的に低く設定しなげれば
ならないことは認められよう。

この結果、名目上設定圧力より遥かに低い送出管圧力値
の場合でも第１オリフイス４２にブリード流が流れ、送
出管圧力の急激な増加に対するパイロット弁の第１ピス
トン面３２の感度を高める効能をもつ。

パイロット安全弁４４は第２オリフイス５０の上流に図
示されているが、これらの位置は本発明の利点を失わず
に相互に交換されよう。

ばね室５７内の流体量は適正に選択される場合、ポンプ
調整器の第一次応答に極めて良好な効果を与えることも
できる。

装置の圧力が急激に高まった場合、即ち圧力増大速度が
高い場合、スプールは何等かの対向流がオリフィス４２
と管４０から入るより本先にばね室へ向は移動し、名目
上の設定圧力に達する時よりかなり前にサーボモータ１
２を駆動し始める。

例えば１６．４ｃｍ３（４ｉｎ’）のばね室容積、１．
５５ｃＩｒＬ（３／ｓ ｉｎ）の直径をもつスプール３
２．０．０７６ｃｒｎ （０，０３０ｉ ｎ）の直径を
もつ第１オリフイス４２の場合、この効果は８５８０ｋ
ｇ／ｆｆ１３／ｓｅｅ （１２００００ｐｓｉ／５ｅ
ｅ）以上の圧力上昇速度で起ることが判明している。

この結果、圧力の超過量は送出管１４内の圧力上昇速度
が高い場合に最小限に抑えられることとなる。

本発明を組込んだ圧力応答ポンプ調整器は実際の性能試
験で、流体の送出量が１〜５の範囲で装置の圧力変化の
特性が１〜２６の範囲にわたる全領域において完全な安
全性をもつ正確な圧力調整を行なうことが判明している
。

本発明の実施の態様は以下の通りである。

（１）ハイロット弁の圧力制御を受ける可変容量の油圧
ポンプにして、ポンプ容量を調節するサーボモータと、
前記サーボモータを制御スるパイロット弁と、ポンプ出
口圧力を受ける第１ピストンと、同様にポンプ出口圧力
を受ける対向第２ピストン装置とを含むパイロット弁用
作動装置と、これらの二つの第１及び第２ピストン装置
間の第１制限オリフイスと、第２ピストン装置から通ず
る排出路とを含み、前記排出路がパイロット安全弁と第
２制限オリフイスとを含み、それにより両オリスイスと
安全弁に連続的なブリード流が流れ、パイロット弁の運
動がポンプ出口圧力の変化速度により制御されるように
するパイロット弁の圧力制御を受ける可変容量の油圧ポ
ンプ。

（２）二つの制限オリアイスを実質的に同じ大きさにし
ている（１）に記載のポンプ。

（３）二つのピストンが実質的に同じ有効面積をもつよ
うになっている（１）又は（２）に記載のポンプ。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の好適形成を結合するポンプと制御方法
の回路図、第２図は該回路の諸部分における圧力に対す
る流れのグラフである。 １０・・・可変容量ポンプ、２２・・・サーボモータ、
１４・・・送出管、１６・−・油圧動力装置、１Ｂ・・
・三方パイロット弁、２０・・・枝管、２２・・・枝管
、２４・・・排出導管、２６・・・排出導管、２８・・
・導管、３０・・・ばね、３２．３４・・・第１及び第
２ピストン、３６・・・ばね、３７・・・室、３８．４
０・・・枝導管、４２・・・第１オリフイス、４４・・
・パイロット安全弁、４６・・・制御枝管、４８・・・
ばね、５０・・・第２オリフイス。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ パイロット弁により制御される可変容量形油圧ポン
   プであって、ポンプ容量を調節するサーボモータ１２と
   、該サーボモータを制御するパイロット弁１８とを有し
   、該パイロット弁が第１のピストン３２及び第２のピス
   トン３４からなる弁スプールを備え、第１のピストンは
   前記ポンプの送出管１４と連絡し、第２のピストンはば
   ね３６により負荷されかつ第１制限オリフイス４２を介
   してポンプ送出管１４と連絡しさらにパイロット安全弁
   ４４及び第２制御オリフイス５０を介して排出路２６と
   連絡しており、両オリフィス及びパイロット安全弁には
   ポンプ送出管から連続的なブリード流が流れ、ポンプ出
   口圧力の変化によりパイロット弁１８の動作が制御され
   ることを特徴とするパイロット弁圧力制御可変容量杉油
   圧ポンプ。