JPS60204987A - 可変容量型油圧ポンプの制御装置 - 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、エンジンで駆動されてアクチュエータに圧油
を供給する可変容量型油圧ポンプの容量を制御する装置
に関するものである。

従来技術 可変容量型油圧ポンプ（以下可変ポンプとする）の吐出
量、例えば斜板角度を変更するサーボシリンダに、制御
用油圧ポンプの吐出圧油を制御弁を経て供給すると共Ｋ
、その制御弁を可変ポンプの吐出圧力に応じて減圧動作
する構造とし、可変ポンプの吐出圧力に応じて可変ポン
プの吐出量を制御して可変ポンプの吸収トルク（吐出量
×圧力）全一定となるようにする制御装置が知られてい
る。

この様な制御装置においては、可変ポンプの吸収トルク
が一定の値となるので、エンジン馬力有効利用のために
エンジンの最大設定出力状態（全負荷）の定格点のトル
クに見合う吸収トルクに設定するのが普通である。

なお、エンジンの設定出力状態とは、エンジンの燃料噴
射ポンプのレバー位置によって決定される。

このためＫ、エンジンの設定出力状態を部分負荷とした
場合にはエンジンの最大トルクが全負荷の定格点トルク
よりも小さくなり、エンジンが停止（エンスト）してし
まうことがある。

また、大気の密度が小さい高地で稼動する場合や、粗悪
の燃料を使用した場合等にはレバー位置に見合うエンジ
ン出力が得られないから、エンジンを全負荷に設定して
も定格点トルクに見合うトルクが得られずに、エンジン
実効トルクに対して可変ポンプの吸収トルクが大きくな
ってエンジン回転速度が低下し、最悪の場合にはエンス
トしてしまう。

発明の目的 可変容量型油圧ポンプの吸収トルクを、エンジンの設定
出力状態と実回転数とによって変更できるようにするこ
とを目的とする。

発明の構成 可変容量型油圧ポンプの容量制御部材を駆動する制御機
構と制御用油圧ポンプとの間に可変式トルクコントロー
ルパルプを設け、この可変式トルクコントロールバルブ
を可変容量型油圧ポンプの吐出圧力と比例電磁ソレノイ
ドの推力とで減圧作動するものとし、エンジンの設定出
力状態における各設定基準回転速度と実回転速度との差
に応じて比例電磁ソレノイドへ電流を供給する手段を設
けたもの。

実施例 第１図は全体回路図であり、エンジンＥにより第１、第
２可変容量型油圧ポンプ（以下第１゜第２町変ボングと
いう）Ｐ３．八及び制御用の小容量の固定容量型油圧ポ
ンプ（以下制御用ポンプという）Ｐ、が駆動され、第１
可変ポンプＰ、の吐出路１にはｍｌ、第２、第３操作弁
２１　＋　２！　＋２１が並列接続され、第２可変ポン
プＰ２の吐出路３には第４、第５、第６操作弁２４　ｒ
　２Ｂ　、　２６が並列接続してあり、各操作弁２１〜
２６はモータ、シリンダ等の第１〜第６アクチユエータ
４．〜４６に吐出圧油を供給する公知の三位置切換弁と
なっている。

前記第１、第２可変ポンプＰ、　、　Ｐ２の容量制御部
材（以下斜板という）５．６は、制御機構７゜８で制御
されると共に、該制御機構７，８は制御用ポンプＰ３の
吐出圧油で制御され、その吐出路１６には前記第１、第
２可変ポンプＰＩ＋Ｐ！の吐出路１，３のドレーン路９
，１０に設けたジェットセンサＩＩ、Ｉ＋で作動するニ
ュートラルコントロールパル７’　（以下Ｎ　Ｃ弁ト−
１ｈ　）　＋２、カットオフパルプ（以下ＣＯ弁とする
）１３、可変式トルクコントロールバルブ１４が設けで
ある。

１７はエンジンＥの燃料噴射ポンプＥ、のコントロール
レバ１８の位置を検出するポテンションメータ、１９は
エンジンＥの実回転速度を検出する回転センナであり、
それぞれの検出値（信号電圧）はコントローラ２０に送
られ、該コントローラ２０より前記可変式トルクコント
ロールバルブ１４に信号電流を発信する。

２１けモード切換スイッチ、２２は電源、２３は切換ス
イッチであｐ１切換スイッチ２３は常時コントローラ２
０の出力回路２０’と可変式トルクコントロールバルブ
１４への００Ｍ＋４’！＝ｔ−接続し、コントローラ２
０等が故障するとバッテリ２２に接続した抵抗２４を有
する冗長回路２５と前記回路１４′とを接続する。

モード切換スイッチ２１＃−１定常モード位ｔｋｌと中
間モード位置■と低モード位１ｉｆｌとに手動操作で切
換えられ、コントローラ２０に制御信号を出力する。

つまり、第２図に示すように、モード切換えスイッチ２
１を定常モード位置Ｉとすると、ポテンションメータ１
７より検出されたコントロー、１１／レバ１８の位ａｆ
Ｋよりエンジンの設定出力状態（例えば、最大出力状態
、中出力状態、小出力状態）を検出し、この検出値全コ
ントローラ２０の記憶部２０αに入力し、記憶部２０α
よジ、その設定出力状態における設定基準回転速度Ｎｓ
　ｔ　ｔを読み出して演算部２０ｂに入力すると共に、
回転センサ１９で検出した実回転速度Ｎを演算部２０ｈ
に入力し、実回転速度Ｎが設定基準回転速度Ｎｆ＊ｔよ
りも低下した時に（Ｎｓｓｔ　−Ｎ）の値に応じて可変
式トルクコント０−ルバルブ１４の回路１４′に電流を
供給する。

モード切換スイッチ２１を中間モード位ｆＩＩＩＩとす
るとコントローラ２０の第１設定器２６に設定された電
流が出力回路２０′に供給され、低モード位置■とする
とコントローラ２０の第２設定器２７に設定された電流
が出力回路２０′に供給されると共に、前記コントロー
ルレバ１８の位置、実回転速度Ｎけ何ら関係なくなる。

第３図は第１可変ポンプＰ、側のみの各部材の詳細断面
図であｐ、前記制御装置７はケース３０内に設けたサー
ボピストン３１と入力信号部Ａと案内弁部Ｂとを備え、
該サーボピストン３１はロッド３２によシ斜板５に連結
されていると共に、一対のスプリング３３．３３により
常時図示の最小斜板角位置（最小吐出量位置）に々るよ
うに保持され、一対のスプリング３３．３３はカバー３
．４．３５で押えである。

前記入力信号部Ａは制御ピストン３６を備え、この制御
ピストン３６の一側に突起杆３７が設けられて第１室３
８′を形成し、他側には第２スゲリング３９が直線状に
配設されている。

前記案内弁部ＢＶｉスリーブ４１内に案内スプール４２
を挿入したものであり、前記ケース３゜にはスリーブ４
Ｉと制御ピストン３６とサーボピストン３１とに亘って
開口した切欠部４３が形成され、この切欠部４３に設け
たアー４４４の中央部が制御ピスト／３６にビン４５で
枢着され、一端４４αがサーボピストン３１の四部３１
αに係合し、他端４４ｈがスリーブ４１の切欠４１αよ
り案内スプール４２の凹部４２αに係合している。

前記スリーブ４１には入口ボート５６と第１、第２出口
ボート５７．５８とが形成され、入口ポート５６はケー
ス３０の入口孔５９に開口し。

第１、第２出ロポー）５７．５８はケース３０に形成し
た第１、第２通路６０．６１でサーボピストン３１の第
１、第２圧力室６２．６３に連通していると共に、スリ
ーブ４１の一端面にはばね座６４．フリーピストン６５
ｔ”介してキャップ６６に螺合した調整プラグ６７が当
接し、他端面にはフリーピストン６８を介してキャップ
６９に螺合した調整プラグ７０が当接している。７１．
７２はロックナツトである。

前記案内スプール４２は入口ボート５６と第１、第２出
ロボー）５７．５８を断通する環状＃Ｉ７３が形成され
、スプリング７４で常時右方に押動されてサーボピスト
ン３１″ｌｒ最小斜板角位置となるように保持している
。なお、案内スプール４２には第１、第２出ロボート５
７．５８を前記切欠部４３に断通する第１、第２環状溝
？５，７６、軸孔７７が形成しである。

前記ＣＯ弁Ｉ３とＮＣ弁１２とは一体となっている。

つまり、バルブ本体１００にはピストンｌｏｔを内設し
たスリーブ１０２とスプール＋０３とが直線状に配設さ
れ、ピストン１０１の段部ｌｏｔαとスリーブ１０２の
孔１０２αとによって第１受圧室１０４を構成し、ピス
トン１０１の小径部＋０１Ａの先端部は第２受圧室１０
５に臨ませてあり、第２受圧室１０５は通路１０６を経
てボート１０７にスプール１０３で断連制御され、第１
受圧室１０４はボート１０８で前記吐出路ＩＫ接続しで
あると共に、スプール１０３けスプリング＋１０で左方
に押動されてボート＋０９と通路＋０６とを断通し、カ
ットオフバルブ１３を構成している。

前記バルブ本体１００にはピストン１１１を内設したス
リーブ１１２とスプール１１３とが直線状に配設され、
ピストン１１１の段部１１１αとスリーブ１１２の孔１
１２αとによって第３受圧室１１４ヲ形成し、ピストン
１１１の７ノ）径部１１１ｂは第２受圧室１１５に臨ま
せてあり、第３受圧室１１４は通路＋１６でボー）１１
７に連通し、ボート１１７はスプール１１３で前記通路
１０６に断通されると共に、第４受圧室１１５けボート
１１８に開口し、スプール１１３はスプリング１１９で
右方に押動され、そのばね室＋２０’ｌｄホー）　＋２
１’に開口してニュートラルコントロールバルブ１２を
構成している。

前記ジェットセンサ１１は、入口ボート８゜と出口ボー
ト８１との間罠絞り８２を設けて、第１ボート８３によ
り全圧（靜圧十動圧）を検出し、第２ボート８４で静圧
を検出するようにしたものであり、第１ボート８３が前
記ボート１１８を経て第４受圧室１１５に連通し、第２
ボート８４が前記ボート１２１を経てノ（ネ室１２０に
連通し、ボート１１７は前記第１室３８に連通している
。

前記可変式トルクコントロールノ（ルブ！４は、バルブ
本体１２０内に入口ボート１２１と出口ボート１２２と
を断連するスプール１２３、第１、第２、第３ピストン
１２４　、　１２５　、　１２６を内設したスリーブ１
２７を直線的罠配設し、スプール＋２３’ｔスプリング
１２６で入口ボート１２１と出口ボート１２２とを連通
ずる方向に付勢すると共に、第１ピストン１２４の受圧
部１２４ａを出口ボート１２２に連通して減圧弁を構成
し、第２ピストン１２５の受圧部１２５ａをボート１２
９を経て前記吐出路１に接続して第２ピストン１２５で
スプール１２３ヲスプリング１２８に抗して左方に押動
すると共に、第３ピストン１２６の受圧部１２６αをボ
ート９０ｔｌ″介して前記第２可変ポンプへの吐出路３
に接続し、前記スプリング１２８の受板９１と対向して
カバ９２に螺合した調整ポルト９３を設け、第３ピスト
ン１２６の端面１２６ｂと対向して比例電磁ソレノイド
９４の出力ブランジャ９５ｔ−設けであると共に、入口
ボート１２１は制御用ポンプＰ８の吐出路Ｉ６に接続し
、出口ボート１２２は前記カットオフバルブ１３のボー
）＋０９に接続しである。

次に作動を説明する。

第１〜第４操作弁２．〜２．が中立位置の時にはドレー
ン路９の流量が大となるから、ジェットセンサ１１の全
圧と静圧との差圧は最大となり、ニュートラルコントロ
ールバルブ＋２の第４受圧室１１５に供給される全圧と
バネ室１２０′に供給される静圧との差は最大となるの
で、スプリング１１９によりスプール１１３を右方に押
動する力は最少となり、かつボート１１７の圧力は第３
受圧室１１４に供給されてスプール１１３をスプリング
１１９に抗して左方に押動するので、ニュートラルコン
トロールバルブ＋２のｌｆｊ力圧力（ホード１１７より
の出力圧）は最小圧力となる。

一方、この時吐出路Ｉの圧力は最小であるから、可変式
トルクコントロールバルブ１４の受圧部１２５αの圧力
は最小となって第２ピストン＋２５によるスプール１２
３を押す力が最小となるので、スプール１２３はスプリ
ング１２８で右方に押動されて入口ボート１２１と出口
ボート＋２２とが連通されて制御用ポンプＰ、のりリー
フ弁９６で設定された元圧が出口ボート１２２より流出
されてカットオフバルブ１３のボート１０６に供給され
る。

カットオフバルブ１３の第１受圧部１０４に供給される
圧力も最小であるから、ピストンｉｏ＋の右方へ押力は
最小となってスプ一ル１０３はスプリング＋１０で左方
に押され、ボート１０９と通路１０６と全連通して前記
制御用ポンプＰ、の元圧が通路Ｉ０６よりニュートラル
コントロールバルブ１２に供給される。

しかし、前述の様にニュートラルコントロールバルブ１
２は出力圧が最小となるようになっているから、前述の
制御用ポンプＰ、の元圧は減圧されて最小の吐出圧とな
ってボート１１７より前記入力信号部Ａの第１室３８に
制御圧として供給される。

この制御圧は最小であるから、スプリング３９によって
制御スプール３６が右方に押動されて突起杆３７がプラ
グ７３に嶋接した図示位置となり、サーボピストン３１
を図示位置として斜板５を最小傾転角位置とし、第１可
変ポンプＰ１の吐出量を最小とする。

つまり、スリーブ４１は図示位置となり、入口ボート５
６と第１、第２出ロボー）　５７．５８が遮断してサー
ボピストン３１の＠１、第２圧力室６２．６３内の圧力
はバランスしている。

第１操作弁２１を切換えて第１可変ポンプＰ、の吐出圧
油の一部ｔ−第１アクチュエータ４．に供給するとドｌ
／−ン路９の流量が減少し、ジェットセンサ１１の検出
差圧が小さくなるので、ニュートラルコントロールバル
ブ１２のバネ室＋２０’と第４受圧室１１５との圧力の
差圧が小さくなり、スプール１１３ヲ右方に押す力が大
となって、ボー）＋１７の圧力が増大する。このために
第１室３８内の圧力が増大し制御ピストン３６は左方に
押動され、アーム４４はサーボピストン３１を支点とし
て左方に揺動して案内スプール４２を左方罠移動し、入
口ボート５６と！２出ロボート５８と違連通して制御用
ポンプＰ、の吐出圧油がサーボピストン３１の第２圧力
室６３に供給され、サーボピストン３１を左方に移動し
て斜板５の傾転角を増大して第１可変ポンプＰ１の吐出
量全増大する。

これ罠よってアーム４４が制御ピストン３６のピン４５
を中心として時計方向に揺動し、その他端４４Ａによっ
て案内スプール４２が右方に押動されて入口ボート５６
と第２出ロボート５８とが遮断されて、ジェットセンサ
ｌ＋の検出差圧の低下に応じただけ第１可変ポンプＰ１
の吐出量が増大する。

つまり、アーム４４によってサーボピストン３Ｉの動き
が案内スプール４２にフィードバックされる。

この時、制御ピストン３６は第１．第２スプリング３９
□、３９．のバネ特性に応じて左方に移動動するので、
Ｍ１可変ポンプＰＩの吐出量増加をそのバネ特性により
任意に変更できる。

また、吐出路１の圧力が増大すると可変式トルクコント
ロールバルブ１４の受圧部；２５αの圧力が上昇し、第
２ピストン１２５の押力が増大するので、スプール１２
３ヲスプリング１２８に抗して強く左方に押動すること
になり、減圧効果が大となって出口ボート１２２の出力
圧が低下する。

このために、カットオフバルブ１３及びニュートラルコ
ントロールバルブ１２を経て入力信号部Ａの第１室３８
に供給される制御圧力が低下し、制御ピストン３６は前
述と反対に右方に移動されて第１可変ポンプＰ、の吐出
量が減少する。

また、吐出路１の圧力が主リリーフ弁の設定圧力近くま
で上昇すると、カットオフバルブ１３の第１受圧室１０
４内の圧力が大となってピストンｌｏｔによってスプー
ル１０３全スプリング１１０に抗して右方に押動してボ
ート１０９と通路＋０６と全遮断し、減圧作用開始する
ので、二二一トラルコントロールパルプ１２よジの出力
圧は減圧される。

そして、更に吐出路ｊの圧力が増大すると更に減圧動作
してニュートラルコン）ｏ−ルバルプ１２よりの出力圧
を最小とし、入力信号部Ａの第１室３δ内の制御圧力が
最小と々って第１可変ボングＰ、の吐出量ｌ−ｊ：Ｉｌ
ｋ小とな９．圧力のみが回路のＩＪ　ＩＪ−フ設定圧ま
で上昇して保持される。

以上の動作はコントローラ２０よりの制御電流が送られ
ていない状態とした場合であり、つぎにコントローラ２
０よりの制御電流が送られている場合圧ついて説明する
。

一１ｆ、ポテンションメータＩ７の出力電圧は第４図に
示すようにフル位置（全負荷）の時が最小で、スロー位
ｆｉｔ（部分負荷）に向うにつれて順次増大するから、
その出力電圧によって記憶部２０αに記憶されたエンジ
ン設定基準回転速度、つまりエンジンの設定出力状態、
例えば全負荷、部分負荷を検出できる。

そして、この設定基準回転速度Ｎｅａｔけコントローラ
の演算部２０Ａに入力され、回転センサ１９で検出した
実回転速度Ｎと比較演算され、（Ｎｓｚｔ　−Ａ’　）
の値に応じて纂５図に示すように出力回路２０′への出
力電流を制御する。

具体的には設定基準回転速度Ｎ　ｓ　ｔ　Ｉ！よりも実
回転速度Ｎが２００ｒＰｍ　だけ低下した時に（Ｎｓａ
ｔ−Ａ’）の値に応じて出力電流を制御すると共に、設
定基準回転速度Ｎ　ｓ　ｔ　ｔが１５００　”７’ｍ以
下の時には最大電流を出力する。

一方、　可変式トルクコントロールバルブ１４の比例電
磁ソレノイド９４への供給電流値が増大するとスプール
２３を押す力が大となって出口ボート１２２の吐出圧は
高圧となり、減少するとスプール２３ｔ−押す力が小と
なって出口ボートＩ２２の吐出圧は低圧となるから、供
給電流が増大すると可変ポンプの吐出量は減少し、減少
すると吐出量は増大するので、吸収トルクと電流値との
関係は第６図に示すようになる。

この結果、可変ポンプの吐出量と圧力との関係は第７図
で■〜■′の範囲において設定基準回転速度に応じて変
更すると共に、１つの設定基準回転速度においては常に
同一となる。

以上の様に、コントロールレバ１８の位置、つｔ！ｌエ
ンジンの設定出力状態に応じて吸収トルクを変更し、可
変ポンプの吐出量を吐出圧力に応じて増減制御して設定
出力状態に見合う吸収トルクとなるように動作制御する
ので、エンジンの設定出力状態が全負荷時はもちろんの
こと部分負荷時においてもエンストすることなく可変ポ
ンプの容量を制御できる。

具体的には、コントロールレバ１８がフル位置、つまり
全負荷時の時にエンジン回転速度が定格点（設定基準回
転速度Ｎｅａｔ　）　２１００　ｒｐｍ以上の時には比
例電磁ソレノイド９４への電流は最小（０，３Ａ）とな
ｐ、吸収トルクがエンジン定格点出力になるまでは吐出
量（斜板角）は最大となシ、エンジン回転速度が定格点
以下になった時には（Ｎ５ａｔ　−Ｎ　）に応じて比例
電磁ソレノイド９４に電流を供給増大して吐出量を減少
し、エンジン回転速度が１９０Ｏｒｐｍ　以下となると
供給電流が最大値となって吐出量が最小となり、吸収ト
ルクが最小となる。

なお、実施例においてはエンジン設定基準回転速度ｆｉ
ｒｓｔが１５００ｒｐｒｎまでの時には前述と同様に制
御し、１５０ｃｌｒＰｍ以下の時にはエンストしないよ
うに供給電流値を最大として吐出量ｔ−最小とするよう
にしであるが、１５０Ｏｒｐｍ以下の範囲でも前述と同
様に制御しても良い。

また、モード切換スイッチ２１を中間モード位置■とす
るとコントローラ２ｏよｐ第１設定器２６で設定された
電流値が比例電磁ソレノイド９４に供給され、スプール
１２３ヲ押す力が所定の値となるので、エンジンの設定
出力状態に関係なく吸収トルクが供給電流値に見合う値
となる。

同様にモード切換スイッチ２Ｉを低モード位置ｍとする
とコントローラ２０より第２設定器２７で設定された電
流値が比例電磁ソレノイド９４に供給されるから、エン
ジンの設定出力状態に関係なく吸収トルクが供給電流値
に見合う値となる。

この様に、モード切換スイッチ２１ｔ−切換えることで
、エンジンの設定出力状態に関係なく吸収トルクを任意
に設定できるから、アクチュエータ２の動作、つまり作
業内容に適したエンジン出力の有効活用と燃料消費の向
上を図ることができる。

また、何らかの事情によってコントローラ２゜が故障し
た場合には切換スイッチ２３のコイル２３αに電流が流
れなくなるので切換スイッチ２３が切換って冗長回路２
５と回路１４′とが接続されるから、冗長回路２５よｐ
設定の電流値が比例電磁ソレノイド９４に供給されるか
ら、エンジンの設定出力状態に関係なく所定の吸収トル
クが得られ、可変ボ／グの吐出量を制御できる。

具体的には、中間モード位置の時の吸収トルクは第８図
Ｘで圧力と流量とは第７図■′となり、低モード位置の
時の吸収トルクは第ｇ図Ｙで圧力と流量とは第７図■′
となり、冗長回路２５が接続した時の吸収トルクは第８
図Ｚとなる。

ｔた。可ｉ式ｈルクコントロールバ／ｌ、　フｌ　４に
は可変ポンプの吐出圧力が導入され、その吐出圧力によ
って出口ボート１２２の圧力を制御しているので、比例
電磁ソレノイド９４に電流が供給されなくともある程度
の範囲で可変ポンプの容量を制御できる。

発明の効果 エンジンの各設定出力状態における設定基準回転速度と
実回転速度との差に応じて可変式トルクコントロールバ
ルブの出力圧を制御できるから、各設定出力状態と実回
転速度とによって吸収トルクを変更して各設定出力状態
において吸収トルクが一定となるように可変容量型油圧
ポンプの容量を制御できる。

したがって、全負荷時でも、部分負荷時でもエンストす
ることなくエンジン出力を有効利用して可変容量型油圧
ポンプの容量を制御できる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図は全体線図的説明
図、ｊｌ！２図はコントローラの説明図、纂３図は要部
の詳細説明断面図、第４図はコントロールレバとポテン
ションメータ出力電圧とエンジン設定基準回転速度との
関係を示す異図、纂５図はエンジン回転速度と電流値と
の関係を示す表図、第６□図は電流値と吸収トルクとの
関係を示す異図、第７図は圧力と流量との関係を示す異
図、第８図は吸収トルクとエンジンのトルクカーブとの
関係を示す異図。 出願人　株式会社　小松製作所 代理人　弁理士　米　原　正　章 弁理士浜本　忠 第４図 第６図 電二糺！［＋Ａ） 第８図 工／ンンＩ！ｌ＃、Ｌ泉

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 可変容量型油圧ポンプの容量制御部材全制御用ポンプの
   吐出圧油で作動する制御機構に連結し、この制御機構と
   制御用ポンプとの接続回路に、可変容量型油圧ポンプの
   吐出圧力と比例電磁ソレノイドの推力とで減圧作動する
   可変式トルクコントロールバルブを設けると共に、前記
   可賢容貴型油圧ポンプを駆動するエンジンの設定出力状
   態を検出する手段と、その各設定出力状態における設定
   基準回転速度と実回転速度との差に応じて前記比例電磁
   ツレノイド圧電流を供給する手段とを設けたこと１に特
   徴とする可変容量型油圧ポンプの制御装置。