JPH01104986A - 可変容量形油圧ポンプの吐出量制御装置 - 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、ブルドーザ、トラッククレーン等に於いて１
台の原動機により可変容量形油圧ポンプを含む複数台の
油圧ポンプを駆動する場合に適用される可変容量形油圧
ポンプの吐出量制御装置に関する。

（従来の技術） 従来、例えばパワーショベルに於いて、１台の原動機に
より複数台の油圧ポンプを駆動することが行なわれてい
るが、各油圧ポンプで必要とする動力が該原動機の動力
を越えると、原動機は過負荷状態となって好ましくない
。そのため、第１図示のように、原動機ａにより駆動さ
れる例えば２台の油圧ポンプの一方を斜板形や斜軸形等
の可変容量形油圧ポンプｂとし、ボンブの吐出量を第２
図及び第３図に具体的に示すような吐出量制御装置Ｃに
より制御することが行なわれている。

可変容量形油圧ポンプｂは、通常、斜板やシリンダブロ
ックを傾転させるための可動機構を備えており、吐出量
制御装置Ｃは、この可動機構に連結される小径のピスト
ンｄと大径のピストンｅとが一体になったコントロール
ピストンｆと、該ポンプｂの吐出圧による力が作用する
コントロールロッドｇ及び調整スプリングｈにより押さ
れて動くパイロットピストンｉと、コントロールピスト
ンｆとロッドｇとの間に設けた大小２個のコントロール
スプリングｊとを備え、−次のように作動する。

まず、ポンプｂの吐出圧力が高まると、コントロールロ
ッドｇがコントロールスプリングｊに抗してパイロット
ピストンｉを押し乍ら移動し、その結果ポンプ吐出圧が
大径のピストンｅに導かれるとポンプ吐出圧の作用する
小径のピストンｄの力に打勝ってコントロールピストン
ｆは前記可動機構をポンプｂの吐出量を少なくするよう
に作動する。

該コントロールピストンｆはロッドｇに作用する突出圧
力による力とスプリングｊ及び調整スプリングｈによる
力が釣合うまで移動し、パイロットピストンｌが大径の
ピストンｅへの流路を閉じるとその移動が停止し、ポン
プｂの吐出量の減少が止る。

またポンプ吐出圧が低下すると、コントロールスプリン
グｊの力によりロッドｇが押されて動くので、パイロッ
トピストンｉは調整スプリングｈで動かされる。これに
よれば、大径のピストンｅの室はタンクに接続されるの
で、コントロールピストンｆはポンプｂの吐出量を多く
する方向に前記可動機構を動かし、ロッドｇに作用する
吐出圧による力がコントロールスプリングｊと調整スプ
リングｈの力に釣合うようになると吐出量の増加が止る
。

前記ポンプｂの馬力は理論的には吐出量と吐出圧の積で
表わされ、吐出量制御装置Ｃは第４図の曲線Ａで示すよ
うな理論曲線に沿った制御を行なうことが望ましいが、
実際には２本のコントロールスプリングｊを使用するの
で該曲線Ａに接する２本の直線で表わされる特性曲線Ｂ
に沿った制御しか行なえない。そのため、例えば吐出圧
がＰであるとき吐出量は理論的にはＱであるが、実際に
はこれよりも少ないＱを吐出するので（Ｑ−Ｑ）ｘＰの
動力が無駄になる。

更に、ポンプｂは吐出量制御装置Ｃにより一定馬力に制
御されるが、他方の例えば固定ポンプＴ′の吐出圧が高
くなった場合、吐出量制御装置Ｃに相手ポンプ丁の吐出
圧をパイロット圧として作動するパイロット操作絞り弁
ｋを設け、ポンプｂの吐出量制御装置Ｃの馬力の設定を
該絞り弁ｋを作動することにより減少させ、原動機ａの
動力を有効に利用することが行われている。

しかし乍らパイロット操作絞り弁には、その構造が複雑
で精密な加工を要するので高価であり、絞りを介して流
れる流量の損失がある。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は、各可変容量形油圧ポンプの馬力の制御に於い
て生ずる原動機動力の無駄と、その馬力の設定の変更の
ための装置が流量の損失を伴いしかも高価になることを
解決することを目的とするものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明では、１台の原動機により駆動される複数台の油
圧ポンプのうちの少なくとも１台を可変容量形油圧ポン
プとするものに於いて、該可変容量形油圧ポンプのポン
プ吐出量を該ポンプの自己吐出圧を導入した小径の制御
シリンダと、該自己吐出圧で作動するサーボ弁により制
御されて該自己吐出圧が導入される大径の制御シリンダ
とを備えた吐出量制御装置により変動させるようにし、
該大径の制御シリンダのピストンにこれと共に移動する
移動シリンダを連結し、該移動シリンダに揺動自在にカ
ムプレートを軸着してこれを該可変容量形油圧ポンプの
吐出圧により摺動される前記サーボ弁のサーボスプール
で一方に押圧すると共にその対向方向へ該移動シリンダ
のピストンにより保持されたばねで押圧し、該移動シリ
ンダにそのピストンが前記ばねを緩める方向に作動する
ように該可変容量形油圧ポンプ以外の該原動機により駆
動された他のポンプの吐出圧を作用させ、前項の問題点
を解決するようにした。

（作　用） 本発明の作用を、１台の原動機により歯車ポンプ等の固
定容量杉油圧ポンプと本発明の吐出量制御装置を備えた
可変容量形油圧ポンプとを駆動した場合につき説明する
。

可変容量形油圧ポンプの吐出圧が設定圧力の範囲内で変
化する場合、該ポンプの吐出圧が上昇したとすると、サ
ーボ弁のサーボスプールが該可変容量形油圧ポンプの吐
出圧により押され、該サーボスプールは移動シリンダの
ばねで保持されたカムプレートを該ばねに抗して揺動さ
せ乍ら摺動し、大径のシリンダへ該可変のポンプの吐出
圧を導く。該大径のシリンダには、小径のシリンダより
も大きな力が生じ大径のシリンダは該小径のシリンダに
抗して可動機構をポンプ吐出量が少なくなるように移動
させると同時に移動シリンダをカムプレートの揺動中心
とサーボスプールの作用点との距離が小さくなるように
移動させる。この距離が小さくなるとカムプレートを押
すばねの力がサーボスプールによる力よりも優勢となる
のでサーボスプールを押し戻し、大径のシリンダへ吐出
圧を導くことを停止する。これによってポンプ吐出量の
減少が止まり、減少した吐出量を該ポンプは吐出する。

また可変容量形油圧ポンプの吐出圧が低下した場合には
、サーボ弁のサーボスプールは該吐出圧により押される
力よりカムプレートのばねによる力が優勢になるので大
径のシリンダにタンク圧が作用するようにサーボスプー
ルは摺動する。これによって該ポンプの自己吐出圧が導
入されている小径のシリンダの力で該ポンプの可動機構
を吐出量の増大する方向へと動かす。

大径のシリンダの動きに伴いカムプレートの揺動中心と
サーボスプールの作用点との距離が大きくなるように移
動シリンダが移動し、この距離が大きくなりで自己吐出
圧が作用するサーボスプールによる力がカムプレートの
ばねの力よりも大きくなると再び自己吐出圧を大径のシ
リンダへ導く。

これによってポンプ吐出量の増大が止まり、その増大し
た吐出量を該ポンプは吐出する。

次に固定容量杉油圧ポンプの吐出圧が上昇し、その必要
馬力が増大した場合を説明する。該吐出圧は可変容量形
油圧ポンプの移動シリンダに導入され、カムプレートを
押圧するばねを保持するピストンにそのばねの弾力を緩
める方向に作用しており、該吐出圧が増大すると該ピス
トンは該ばねを緩めるように移動する。その結果カムプ
レートはサーボスプールを支える力が弱まり、可変容量
形油圧ポンプの吐出量制御装置は吐出量を減少させる作
動を行なうことが出来、該可変のポンプの設定馬力を小
さくすることができる。これにより生じた原動機の余剰
動力は必要馬力の増大した固定容量杉油圧ポンプの駆動
馬力として消費し得、原動機が過負荷状態になることを
防止出来る。

（実施例） 本発明の実施例を図面について説明する。

第５図はその１例を示すもので、符号（１）は内燃機関
等の原動機、（り及び（３）は該原動機（１）により駆
動される歯車ポンプ等の固定容量杉油圧ポンプ及び可変
容量ピストンポンプ等の可変容量形油圧ポンプを示す。

該可変容量形油圧ポンプ（３）は通常斜板やシリンダブ
ロックを傾動してポンプの吐出量を可変するための可動
機構を備えており、該可動機構には流体圧力の信号を得
て作動する吐出量制御装置（４）が連結される。

該吐出量制御装置（４）は、該可変容量形油圧ポンプ（
３）の吐出回路（５）から導入した自己吐出圧により突
出して前記可動機構をポンプ吐出量を増大させるように
作動する小径の制御シリンダ（６）と、適当な固定手段
により固定され、該自己吐出圧で作動するサーボ弁（７
）の開閉作動により制御されて該自己吐出圧が導入され
ると共に突出したとき前記可動機構をポンプ吐出量を減
少させるように作動させる大径の制御シリンダ（８）を
備え、該大径の制御シリンダ（８）のピストンロッド（
８ａ）に、これと共に移動する移動シリンダ（９）が連
結される。（１Ｇは該移動シリンダ（９）に軸ａυで揺
動自在に軸着したカムプレートを示し、そのカム面（６
０ａ）を移動シリンダ（９）の移動方向と平行に形成し
てそこに略垂直にサーボ弁（７）のサーボスプール（７
ａ）を当接させ、該サーボ弁（Ｄに前記自己吐出圧が作
用すると軸■を中心としてカムプレートａ■に図面下方
に揺動する力を与える。

（１２１は該移動シリンダ（９）のピストンａ３により
一端側が保持されたばねを示し、該ばね■の他端側はカ
ムプレート（１０に前記サーボスプール（７ａ）による
力と対向する方向へ弾発するように係着される。該ピス
トンａ３は段付ピストン形に形成され、その前方に形成
される室ａ＠へ原動機（１）によリボンブ（３）と同時
に駆動される他のポンプ即ち固定容量杉油圧ポンプ（２
）の吐出圧を回路（ＩＳｌを介して導入し、該吐出圧の
作用で該ピストン０３かばねａ）を緩める方向にその背
後の調整ばね（ｌｅ　ｌ：：抗して作動する。（＋７１
はばね（ｌＧの調整ねじてあり、ａｅはピストン０の移
動量を規制する調整ねじである。この実施例のものは次
のように作動する。

原動機（１）の駆動により固定容量杉油圧ポンプ（２）
及び可変容量形油圧ポンプ（３）が同時に駆動されると
各ポンプ（２）　（３）は夫々のアクチュエータを作動
するように流量を吐出する。

可変容量形油圧ポンプの吐出圧力が設定圧力以下の場合
、吐出量制御装置（４）のサーボスプール（７ａ）はカ
ムプレートａＯを介して作用するばねａツの力により大
径の制御シリンダ（８）の室をタンクに接続する位置に
存し、小径のシリンダ（６）の突出と大径のシリンダ（
８）の没入で該ポンプ（３）の可動機構がそのポンプ吐
出量を最大とするように制御する。

この状態にあるとき該可変容量形油圧ポンプ（３）の吐
出圧が設定圧力以上に上昇すると、サーボ弁（７］のサ
ーボスプール（７ａ）のカムプレート（ＩＱを押す力が
強まりばね１１つをたわめてカムプレート（＋（＋１が
軸ＣＩ′Ｄを中心に図面下方に揺動する。

このカムプレートａ■の揺動でサーボスプール（７ａ）
の摺動を許容され、サーボ弁（７）は大径の制御シリン
ダ（８）へポンプ（３）め上昇した吐出圧を導く。これ
によって大径のシリンダ（８）は小径のシリンダ（６）
よりも大きな力を出力し、ポンプ（３）の可動機構が吐
出量を減少させるように移動する。

而してこの場合、大径のシリンダ（８）と共に移動シリ
ンダ（９）も移動し、サーボスプール（７ａ）の作用点
と軸ａ１との距離を短縮するので、該サーボスプール（
７ａ）によりカムブレニド（１ｏを揺動させるモーメン
トが次第に減少し、ばね■によるモーメントとが釣合う
ようになると大径のシリンダ（８）への吐出圧の導入を
停止するようにサーボスプール（７ａ）が移動して吐出
量の減少が止る。

カムプレート（１０１に於ける力の関係は第６図示の如
くであり、サーボスプール（７ａ）により生ずる力がｐ
ｐ、　ｐｐの作用点から軸０１の揺動中心までの距離が
０でその最大距離が■−ａＸ　、またばね■による力が
Ｆｓｐ％Ｆｓｐの作用点と軸０１の距離がｍ１サーボス
プール（７ａ）の端面の面積及びこれに作用する吐出圧
を夫々Ａｓ及びＣ９であるとすれば、 Ｐｓｐ　ｘａ＋　−ＰｐＸ６’Ｄ −Ａｓｘ　Ｃｇ　（８１）ｗａｘ　−ｘ　）　・＝　（
Ｉ　）の式で軸（＋１１まわりのモーメントが表わされ
、このときサーボスプール（７ａ）はカムプレート（Ｉ
Ｑのバランス位置にあり、ポンプ（３）の可動機構は動
かぬように保持される。

そして移動シリンダ（９）と連結した大径のシリンダ（
８）が可動機構を動かすストロークが８１その最大スト
ロークが５ｉａｘであれば Ｓ　−Ｓａ＋ａｘ−ｘ　−（ＩＩ） また吐出ｆｆ１Ｑ−はストロークＳに比例するためＱＨ
−ｃｓ（ｃは定数）・・・（ＩＩＩ）となり、（Ｉ　）
（ＩＩ）（ＩＩＩ）式からＣ，１（６１）ｗａｘ　−Ｓ
ｍａｘ＋　Ｑ　ｗ／　ｃ　）−ｍ　ｘＰｓｐ　／Ａｓ □□□ｗａｘをＳｍａｘに等しくするとＣｇＱ　Ｈ−ｔ
ｓ　　Ｘ　ｃ　　ＸＰｓｐ　　／Ａｓ−（ＩＶ）となる
。従ってＣ１ｌ　Ｑ　Ｈ−ｃｏｎｓｔとなり馬カ一定の
制御を行なえ、実際的には第７図の曲線Ｃのような馬力
制御特性が得られ、理論曲線に沿った馬力制御となるの
で、従来のような吐出量不足による馬力の損失を少なく
出来る。

次に一定の吐出量を吐出している固定容量形油圧ポンプ
（２）の吐出圧が上昇した場合の作動について説明する
。

この場合、もう一方の可変容量形油圧ポンプ（３）が吐
出量制御装置（４）により馬カ一定に制御されていても
、該固定容量形油圧ポンプ（２）の馬力即ち吐出量と吐
出圧の積は増大するので、両ポンプ（２）　（３）の馬
力の総和が原動機（１）の馬力を越えて過負荷に陥る恐
れがあるが、該固定形のポンプ（２）の吐出圧が回路ａ
９を介して吐出量制御装置（４）の移動シリンダ（９）
へ導入されており、該吐出圧が増大すると該移動シリン
ダ（９）のピストンＧ３はばね（′ｌ）を緩めて後退す
るので可変のポンプ（３）の馬力の設定が強制的に小さ
くなり、両ポンプ（２）　（３）の馬力の総和が原動機
（１）の馬力を越えることを防止出来る。

具体的には該ピストン■に固定形のポンプ（２）の上昇
した吐出圧が入ると、ピストン（ＩＱは調整ばねａｅを
たわめて後退し、ばねａつが緩められるが、これによれ
ばカムプレート（ＩＱのバランス力即ち第６図のＰｓｐ
Ｘｍ’の値が小さくなるのでこれに追従してサーボスプ
ール（７ａ）も小さな力で動き、可変のポンプ（３）の
大径のシリパ、・ダ〈８）に該吐出圧が入って吐出量を
少なくする制御を行ない、該ポンプ（３）の吐出圧と吐
出量の積で表される馬力が小さく設定されろ５、 これを更に式により説明す乙と、ばねＯｂが取付時０ｓ
１だけたわんで取付られＣおり６、そのばね定数がＯＢ
であれば、ばね■の力ＦｓｐｉはＰｓｐｌ　−ＯＢ　Ｘ
匹１　・・・（Ｖ）で表わされる。また移動シリンダ（
９）のピストン０３に作用する固定形のポンプ（２）の
吐出圧がＣ０１，、、：上昇し、ピストン０が調整ばね
ＣＵｅを押して後方へＸｐだけ変位したとすると、該ピ
ストン○ｅの受圧面積が６１比例定数が８口であればＸ
ｐ−４ｘ　Ｇ　ＸＣ６−（Ｖｌ） となる。このときのばね■のたわみは Ｘ１ｉ−Ｘｐであるから、該ばね■のばね力Ｐｓｐは ＦＳｐ””Ｏｓ　（Ｘ１１　４　ＧＣｏ）＝　Ｐｓｐｌ
　　ＣＧ　Ｃｏ　−（■）（Ｃは定数）となり固定形の
ポンプ（２）の吐出圧が上昇した分たけばね６ツの力を
緩め、可変形のポンプ（３）の設定馬力を下げることが
出来る。

両ポンプ（２）　（３）の総和は、可変形のポンプ（３
）の馬カ一定制御の前記（ＩＶ）式から Ｃｏ　Ｑ　ｗ　−ＣＰｓｐ　−Ｃ（Ｆｓｐｉ　−ＣＧ　
Ｃｏ）　・＝　（■）となるので、受圧面積ＧがＧ　＝
　Ｑ　ｘ　／　ＣＣとなるようにすれば、（■）式は ＣｅＱ　ｗ　＋ＣｏＱ　ｘ　＝　ＣＦｓｐｌ−（ＩＸ）
御出来る。

尚、原動機（１）で駆動される固定形のポンプ（２）に
代え、吐出量制御装置を備えた可変形のポンプを設ける
ことも可能である。この場合の例を第８図第９図に示す
。

相手ポンプ（３ａ′が一定馬力吐出流量制御（４ａ′を
備えた可変容量形ポンプのばあい、一定圧力（設定圧力
）を越えると該ポンプ（３ａ′は一定馬力制御を行なう
為、消費馬力は一定になる。

そこで本発明の制御装置を備えた可変形ポンプ（３）の
相手ポンプ（３ａ′圧力上昇に伴い減少する該ポンプ（
３）の設定変化を、相手ポンプ（３ａ′の圧力が設定圧
力以上では、変化しないようにする。

調整ねじａｅはその為にスプールＣＵ３の移動を征限す
る作用を行なう。

（発明の効果） 以上のように本発明に於いては、大小の制御シリンダを
備えた吐出制御装置の大径の制御シリンダにカムプレー
トを揺動自在に取付けた移動シリンダを連結し、該カム
プレートを、可変容量形油圧ポンプの自己吐出圧により
作動して該吐出圧を大径の制御シリンダに導くサーボ弁
のサーボスプールと、該移動シリンダのピストンにより
保持されたばねとで釣合わせることにより該ポンプの馬
力を一定に制御するようにしたので、理論値に近い馬カ
一定制御を行なえて動力の無駄が少なくなり、更に該ポ
ンプと共に駆動される他のポンプの吐出圧を該移動シリ
ンダに導入して、そのピストンが前記ばねを緩めるよう
に作動するようにしたので該他のポンプの馬力の増大に
応じて該可変形のポンプの馬力を減少させ得、原動機の
馬力を越えることなく有効に各ポンプに於いて馬力を消
費することが出来る等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の吐出量制御装置の線図、第２図はその具
体例の断面図、第３図は第２図の一部拡大断面図、第４
図は第１図示のものの馬力制御線図、第５図は本発明の
実施例の線図、第６図はカムプレートの説明図、第７図
は本発明による馬力制御線図、第８図及び第９図は本発
明の他の実施例の線図である。 （１）・・・原動機 （２）・・・可変容量形油圧ポンプ （４）・・・吐出量制御装置 （６）・・・小径の制御シリンダ （′ｎ・・・サーボ弁 （７ａ）・・・サーボスプール （８）・・・大径の制御シリンダ （９）・・・移動シリンダ （ｌｖ・・・軸 （＋２１・・・ばね ａ３・・・ピストン 特許出願人　　内田油圧機器工業株式会社代　　　理　
　　人　　　北　　　　村　　　　欣　　　　Ｖ’：　
、ｉ＋　”、　’、〆 外２名

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　１台の原動機により駆動される複数台の油圧ポンプの
   うちの少なくとも１台を可変容量形油圧ポンプとするも
   のに於いて、該可変容量形油圧ポンプのポンプ吐出量を
   該ポンプの自己吐出圧を導入した小径の制御シリンダと
   、該自己吐出圧で作動するサーボ弁により制御されて該
   自己吐出圧が導入される大径の制御シリンダとを備えた
   吐出量制御装置により変動させるようにし、該大径の制
   御シリンダのピストンにこれと共に移動する移動シリン
   ダを連結し、該移動シリンダに揺動自在にカムプレート
   を軸着してこれを該可変容量形油圧ポンプの吐出圧によ
   り摺動される前記サーボ弁のサーボスプールで一方に押
   圧すると共にその対向方向へ該移動シリンダのピストン
   により保持されたばねで押圧し、該移動シリンダにその
   ピストンが前記ばねを緩める方向に作動するように該可
   変容量形油圧ポンプ以外の該原動機により駆動された他
   のポンプの吐出圧を作用させることを特徴とする可変容
   量形油圧ポンプの吐出量制御装置。