JP4922068B2 - 斜板式２連ピストンポンプの油圧回路 - Google Patents

Description

本発明は、斜板式２連ピストンポンプの油圧回路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等馬力制御を行う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、斜板式ピストンポンプが一対の吸入口と吐出口とが二組形成される、いわゆる２連ピストンポンプである場合に、馬力制御レギュレータにそれぞれの吐出口下流の油圧が供給される。
特開２００２−２０２０６３号公報

しかしながら、馬力制御レギュレータのスプールにそれぞれの吐出圧が信号圧として供給されると、馬力制御レギュレータが大型化するため、吐出圧の平均圧を供給するように構成したものがある。

この場合、等馬力制御のための元圧を確保するためにピストンポンプの吐出圧のうち高圧側の吐出圧を元圧として選択する高圧選択弁を設置する必要があった。高圧選択弁の設置により、その油路が必要となり、油圧回路が複雑とな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、斜板式２連ピストンポンプの油圧回路において、高圧選択弁を廃止し、油圧回路の簡素化する斜板式２連ピストンポンプの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馬力が一定となるように吐出圧に応じて吐出流量を制御するレギュレータと、前記斜板式２連ピストンポンプから吐出された作動油が流通する主流路と、前記主流路から分岐して作動油を前記レギュレータに供給する補助流路と、前記斜板式２連ピストンポンプの吐出流量を油圧回路の負荷圧に応じて制御するロードセンシングバルブと、前記ロードセンシングバルブから供給される作動油の圧力によって斜板式２連ピストンポンプの斜板の傾転角を小さくする大径アクチュエータと、前記レギュレータに作用する元圧によって、前記大径アクチュエータに作用する圧力に抗する付勢力を生じる小径アクチュエータとを備え、前記補助流路は、前記斜板式２連ピストンポンプの各吐出口に連通する第１、第２信号圧流路と、前記第１、第２信号圧流路が合流して前記レギュレータのスプールに接続する第３信号圧流路とからなり、前記各吐出口から吐出した作動油の平均圧が前記レギュレータのスプールに信号圧として作用するように形成される信号圧流路と、前記第１、第２信号圧流路の合流部と前記レギュレータとを接続し、前記各吐出口から吐出した作動油の平均圧が前記レギュレータに元圧として作用するように形成される元圧流路とを備え、前記ロードセンシングバルブは、前記油圧回路の負荷圧を検知して、前記斜板式２連ピストンポンプの一方の吐出口から吐出した作動油の圧力と、前記レギュレータから伝達される圧力とを切り換えて前記大径アクチュエータに導く斜板式ピストンポンプの油圧回路である。

本発明によれば、斜板式２連ピストンポンプの馬力が一定となるように制御するレギュレータの元圧として、ピストンポンプの吐出圧の平均圧を供給するため、高圧選択弁を設ける必要がなく、油圧回路の構成を簡素化することができるという効果がある。

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、供給される油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、サーボ弁であるロードセンシングバルブ４２に繋がる第４元圧流路７５と、ドレン流路５９を介して各ポンプの吸入側へ繋がる吸入側流路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、メイン流路２０、２２のうち高圧側の作動油が導かれる第１元圧流路５８と第４元圧流路７５とが連通状態となる。

馬力制御レギュレータ４０によって切り換えられる第４元圧流路７５の圧力を第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５元圧流路７４の途中にロードセンシングバルブ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等に作用する油圧回路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の位置となり、第２メイン流路２２と連通する第３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５元圧流路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の位置となり、馬力制御レギュレータ４０に連通する第４元圧流路７５と第５元圧流路７４とが連通する。

ロードセンシングバルブ４２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、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の付勢力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。

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、油圧回路に負荷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の吐出圧のうち高圧側の作動油が調圧されて第１、第３元圧流路５８、７５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４元圧流路７５からの高圧の作動油が第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。

これに対して、第１ポンプ１０の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７５とドレン流路５９を介して吸入側流路５６とが連通する。第４元圧流路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５元圧流路７４とが連通する。したがって大径アクチュエータ７６の作動油が第５、４元圧流路７４、７５を通じて吸入側流路５６に排出され、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３元圧流路７３と第４元圧流路７５とが第５元圧流路７４に連通する。ここで、第３元圧流路７３及び第４元圧流路７５とから供給される油圧は、ロードセンシングバルブ４２の開度に応じて合算され、第４元圧流路７５からのみの油圧より高圧となるように調圧されて第５元圧流路７４から大径アクチュエータ７６に供給される。調圧された油圧は、第１ポンプ１０の斜板の傾転角を吐出流量が減少する方向に移動する。これにより、油圧回路の負荷が減少すると同一のポンプ吐出圧に対する吐出流量が相対的に減少する。

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３元圧流路７３、第５元圧流路７４を通じ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。

本発明は、エンジン１により駆動される斜板式２連ピストンポンプである第１ポンプ１０の馬力が一定となるように吐出圧に応じて吐出流量を制御する馬力制御レギュレータ４０と、第１ポンプ１０から吐出された作動油が流通するメイン流路２０、２２と、このメイン流路から分岐して作動油を馬力制御レギュレータに供給するサブ流路とを備えた斜板式ピストンポンプの油圧回路である。ここで、サブ流路は、各吐出口から吐出した作動油の油圧の平均圧が馬力制御レギュレータのスプールに信号圧として作用するように形成される信号圧流路４６、４８、５０と、各吐出口から吐出した作動油の油圧の平均圧が馬力制御レギュレータのポートに元圧として作用するように形成される元圧流路５８とを備える。このため、元圧を馬力制御レギュレータに供給する高圧選択弁を設ける必要がなく、油圧回路を簡素化することができる。

また、第１元圧流路５８は、第１、第２信号圧流路４６、４８の合流部に接続するため、さらに油圧回路を簡素化することができる。

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

１ エンジン
１０ 第１ポンプ
２０ 第１メイン流路（主流路）
２２ 第２メイン流路（主流路）
４０ 馬力制御レギュレータ
４２ ロードセンシングバルブ
４４ 馬力制御スプリング
４６ 第１信号圧流路（補助流路）
４８ 第２信号圧流路（補助流路）
５０ 第３信号圧流路（補助流路）
５６ 吸入側流路
５８ 第１元圧流路（補助流路）
５９ ドレン流路
６１ 第２元圧流路
６４ 油圧アクチュエータ
７３ 第３元圧流路
７４ 第５元圧流路
７５ 第４元圧流路
７６ 大径アクチュエータ
７８ 小径アクチュエータ

Claims (1)

1. 吐出流量可変の斜板式２連ピストンポンプの馬力が一定となるように吐出圧に応じて吐出流量を制御するレギュレータと、
   前記斜板式２連ピストンポンプから吐出された作動油が流通する主流路と、
   前記主流路から分岐して作動油を前記レギュレータに供給する補助流路と、
   前記斜板式２連ピストンポンプの吐出流量を油圧回路の負荷圧に応じて制御するロードセンシングバルブと、
   前記ロードセンシングバルブから供給される作動油の圧力によって斜板式２連ピストンポンプの斜板の傾転角を小さくする大径アクチュエータと、
   前記レギュレータに作用する元圧によって、前記大径アクチュエータに作用する圧力に抗する付勢力を生じる小径アクチュエータとを備え、
   前記補助流路は、
   前記斜板式２連ピストンポンプの各吐出口に連通する第１、第２信号圧流路と、前記第１、第２信号圧流路が合流して前記レギュレータのスプールに接続する第３信号圧流路とからなり、前記各吐出口から吐出した作動油の平均圧が前記レギュレータのスプールに信号圧として作用するように形成される信号圧流路と、
   前記第１、第２信号圧流路の合流部と前記レギュレータとを接続し、前記各吐出口から吐出した作動油の平均圧が前記レギュレータに元圧として作用するように形成される元圧流路とを備え、
   前記ロードセンシングバルブは、前記油圧回路の負荷圧を検知して、前記斜板式２連ピストンポンプの一方の吐出口から吐出した作動油の圧力と、前記レギュレータから伝達される圧力とを切り換えて前記大径アクチュエータに導くことを特徴とする斜板式２連ピストンポンプの油圧回路。

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