JPS60237177A - 差動式往復動注入ポンプにおける注入量自動制御方式 - 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］ 本発明は差動式往復動注入ポンプにおける注入量自動制
御方式に関するものである。

差動式往復動注入ポンプは常に左右行程の吐出量が一定
であり、吐出圧力比も常時一定で然も吸込弁、吐出弁が
それぞれ１個ですむので、経済的且つすぐれた注入ポン
プである。

いま、その−例として油圧駆動方式の差動式往復動注入
ポンプを図により説明すれば、次の通りである。

１は電動機で、この電動機１を回転させると、連結軸２
．カップリング３を通して可変吐出量油ポンプ４が回転
し、油槽５内の作動油はサクションフィルタ６、吸込管
７を通り可変吐出量油ポンプ４に吸入され加圧されて圧
油となり、圧油管８゜流量計９．圧油管１０を通り油圧
シリンダ１１の室Ａに供給される。１２はピストンで、
油圧シリンダ１１の室Ｂ内の作動油は管１３を通り、メ
カニカル四方弁１４を通り戻り管１５から油槽５に還流
する。１６はゲージ管１７により圧油管８に接続された
圧力計、１ｇ、はレリーフ弁で、該レリーフ弁１８は管
１９及び戻り管２０によりそれぞれ圧油管８．戻り管１
５に連結しである。２１は圧油管１０とメカニカル四方
弁１４とを連結する分岐管、２２はピストン１２のピス
トンロッド、２３は該ピストンロッド２２と一体のカム
リング、２４．２５は連結棒２６の両側に設けたカム部
、２７はメカニカル四方弁１４及び連結棒２６と一体の
連結棒である。

また、２８は注入側のシリンダ、２９はそのピストン、
３０は該ピストンのピストンロッドで、このピストンロ
ッド３０はカムリング２３と一体になっており、従って
ピストン２９はピストン１２と一体に運動するようにな
っている。３１は吸込弁、３２は注入すべき溶液を収容
したホッパー、３３は該ホッパー３２と吸込弁３１を結
ぶ吸込管、３４は吐出−弁、３５は吐出管で、ピストン
２９が右動すると、ホッパー３２内の溶液が吸込管３３
．吸込弁３１を通ってシリンダ２８の室Ｃ内に吸込まれ
ると共に室り内の溶液は吐出管“３５を通ってそれを注
入すべき箇所へ送られ、ピストン２９が左動すると、室
Ｃ内の溶液は吐出弁３４゜吐出管３５を通ってその半分
が注入すべき箇所へ送られる一方、後の半分はシリンダ
２８の室り内に吸込まれるようになっている。

以上により差動式往復動注入ポンプの一例が構成される
のであるが、ピストン１２の断面積−をＥｃ♂とすると
、ピストンロッド２２の断面積は１／２Ｅｃｎｔになる
ようにすると共に、ピストン２９の断面積をＦｃｎＴと
すると、ピストンロッド３０の断面積は１／２Ｆｄとな
るように、それぞれピストンロッドの直径が定められて
いる。このようにすると、油圧シリンダ１１側において
は実線矢印行程方向に運動する場合、管１３．メカニカ
ル四方弁１４及び戻り管１５内の油圧力損失を零とし、
室Ａ部の油圧力をＰｋｇ／Ｃ１＃とすると、ピストン１
２を右方向に動かすために加えられる力ＷＲは、　− ＷＲ＝ＰＸＦ／２ となり、同様に左行程の場合は第１図から明らかなよう
に、室Ａ部Ｂ部とも作動油圧力Ｐ　ｋｇ　／　’ａｌが
作用する。従って、前述したようにピストン１２に作用
する力ＷＬは。

ＶＬ＝（Ｆ−Ｆ／２）　Ｐ＝ＰＸＦ／２となり、結局、
ＷＲ＝　ＷＬであるから、ピストン１２の左右行程に作
用する力は全く同じになる。同様にして、左右行程にお
ける所要油量Ｖを見４と１行程長をＬｃｍとすると、 右行程では、ＶＲ＝（ＦＸＬ）　／２ｃｎｆ左行程では
、ＶＬ＝（Ｆ−Ｆ／２）Ｌ＝（ＦＸＩ−）／２ｏ＋？で
、左右行程に要する油量は全く同じである。以上から油
圧シリンダ１１側の往復行程は同じ力、同じ速度で連続
して行われることが明らかである。

同様にして注入ポンプ側のシリンダ２８について見ると
、ピストン２９の断面積に対しピストンロッド３０の断
面積は１／２であるから、ピストン２９の右行程におい
ては、室り内の溶液は吐出管３５を通り、その先端に接
続した注入ホース等により注入口に注入されるが、この
場合室Ｃは体積が増大するため低圧となり、吐出弁３４
は閉じ、吸込弁３１は開いて、ホッパー３２内の溶液は
吸込管３３．吸込弁３１を通り室Ｃ内に吸込まれる。ま
た、左行程においては、室Ｃ内の圧力が上昇し、吸込弁
３１は閉じ吐出弁３４は開いて吐出管３５に溶液が吐出
される一方、室りの体積が増加するため、吐出管３５の
溶液の半分は室りに還流し、残りの半分は吐出管３５か
ら注入すべき箇所へ送られる。而して、前述したように
、ピストン２９の断面積に対してピストンロッド３０の
それが１／２となっているため、油圧シリンダ１１側と
同様に、左右行程の吐出量及び単位面積に対する作用吐
出圧力が全く同じになるので、左右行程に対して同一吐
出量、吐出圧力を保つことが可能となるのである。

而して、室Ａに圧油が供給されると、該圧油によりピス
トン１２．カムリング２３は実線矢印の方向に運動し、
ピストン１２が油圧シリンダ１１の行程端に到達する直
前にカム部２４に衝突して、メカニカル四方弁１４が切
換えられ、圧油は分岐管２１．メカニカル四方弁１４．
管１３を通り室Ｂにも供給される。

室Ａ側のピストン１２に対する圧油作用面積は、ピスト
ンロッド２２の断面積だけ少ないために、ピストン１２
．カムリング２３は点線矢印方向に運動し、油圧シリン
ダ１１のピストン１２が行程端に到達する直前にカムリ
ング２３はカム部２５に到達し、メカニカル四方弁１４
は図示の位置に戻り、ピストン１２は再び実線矢印方向
に運動する。即ち、可変吐出量油ポンプ４から供給され
る圧油によりピストン１２゜２９は連続して往復運動す
るのである。

従って、理論的にはピストン１２．２９の往復運動によ
り吐出管３５から溶液が一定量ずつ注入すべき箇所に送
られることになるのであるが、実際には理論通りにはな
らない。

［発明が解決しようとする問題点］ 即ちピストン１２の断面積をＥＣＩＩＴ、ピストン２９
の断面積をＦａｔ（、油ポンプの吐出量をＱｏ　Ｑ　／
ｗｉｎ、注入ポンプ側の吐出量をＱ　Ｑ　／ｍｉｎとす
れば、Ｑ＝ＱｏＸＦ／Ｅ であり、溶液の比重をγ、毎分の注入溶液の重量変化を
Ｘｏｋｇとすれば、 Ｘｏ＝ＱＹ　＝（ＱｏＸＦ／Ｅ）　７ となるので、溶液の比重が一定であれば、油ポンプ吐出
量Ｑｏの測定値を適宜コントローラに取込んで、それが
常に一定になるようにすれば、良好な制御を行うことが
可能であるかのように考えられるが、この方式は次の点
で好ましくない。

即ち、まず、油圧側においては、流量計９の検出誤差や
ピストン１２．メカニカル四方弁１４等の作動油の圧力
変化に対する微小隙間からの洩れ量の変化などがあり、
また、注入ポンプ側においては、吸込弁３１．吐出弁３
４．ピストン２９の摩耗等による効率の変化、注入ポン
プの吸込速度に対する効率の変化などにより、常時正確
に、 Ｘｏ　＝　（Ｑｏ　Ｘ　Ｆ／Ｅ）　γ の関係を保つことが不可能であるからである。

更に、注入ポンプ側について見ると、ピストン２９の右
行程においては室Ｃ内に溶液を吸込むが、左行程におい
てはホッパ３２−内の溶液の吸込みは全く行われない。

この注入ポンプ側の吸込行程の状態は第２図に示す通り
であって、図中、ｔは注入ポンプの運動経過時間、Ｘは
ホッパー３３の重量を示し、しｏは注入ポンプの１往復
行程時間、ｘＯはホッパー３３の変化重量即ちポンプの
吸込量、注入量である。この図から明らかなように、前
のＬＯ／２時間では吸込が行われないため、Ｘの変化は
全くなく、後のＬｏ／２時間のみでＸＯだけ変化する。

一般にコントローラの周期は０．２秒程度であるから、
ｔｏが極めて長い時、例えば数十秒を要するときには、
Ｘｏの変化を平滑化しても制御追随速度が極めて遅くな
り、良好な自動制御を行うことは困難である。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は上記のような従来技術の問題点を解決すること
を目的としてなされたもので、その構成は、差動式往復
動注入ポンプの吸込側に注入すべき溶液を収容するホッ
パーを重量検出可能に設けると共に該ポンプの駆動側に
流量検出器又は速度検出器等を設ける一方、マイクロコ
ンピュータ。

タイマ等を内蔵し前記注入ポンプの１往復行程時間とそ
の間における注入量を設定したコントローラを配して、
該コントローラにより前記注入ポンプの１往復行程時間
を検出すると共に該時間におけるホッパーの重量変化量
と前記流量検出器又は速度検出器等の変化量を検出演算
し、且つその比例割合を演算して、流量検出器又は速度
検出器等の検出信号に前記比例割合を乗じた数値により
駆動側を制御して注入量を制御することを特徴とするも
のである。

［作　用］ 即ち、本発明は差動式往復動注入ポンプの吸込側に重量
検出可能なホッパーを設け、該ポンプの駆動側に流量検
出器を又は速度検出器等を設けて、前記注入ポンプの１
往復行程時間を検出すると共に該時間におけるホッパー
の変化重量と前記流量検出器又は速度検出器の変化量を
検出演算し、且つその比例割合を演算して、前記流量検
出器又は速度検出器等が検出した信号に前記比例割合を
乗じた数値により駆動側を制御することによって、前記
注入ポンプの吐出量、換言すれば注入量を一定にしよう
とするものである。

［実施例］ 次に本発明の実施の一例を前述の油圧駆動方式の差動式
往復動注入ポンプについて説明する。

第１図において、３６は可変吐出量油ポンプ４に設けた
電気油圧サーボ装置、３７は流量計９の検出端、３８ホ
ッハ−３３の重量を計測するロードセル、３９は該ロー
ドセル３８の検出端、４０は連結棒２７と連結され、メ
カニカル四方弁１４の左右切換えによってＯＮ、　ＯＦ
Ｆするスイッチ、４１はマイクロコンピュータ、タイマ
等を内蔵したコントローラで、流量計９の検出端３７か
らの信号は信号ケーブル４２により、ロードセル３８の
検出端３９からの信号は信号ケーブル４３により、また
、スイッチ４０のＯＮ、　ＯＦＦ信号は信号ケーブル４
４により、それぞれコントローラ４１に入力されるよう
になっており、一方、コントローラ４１から出される出
力信号は信号ケーブル４５を通って電気油圧サーブ装置
３６に入力されるようになっている。

而して、コントローラ４１には前述したように、マイク
ロコンピュータ、タイマ等が内蔵され、そのタイマでは
メカニカル四方弁１４の切換えによるスイッチ４０のＯ
Ｎ、ＯＦＦ状態を利用して、該スイッチ４０のＯＮの瞬
間から次にＯＦＦとなり、再度ＯＮになるまでの時間即
ち、ピストン１２の１往復行程時間ｔを計測するように
なっており、マイクロコンピュータには、前記ピストン
の１往復行程の時間し０とその間の注入ポンプの注入量
ｘＯを予め設定しておき、前記上がｔｏより大きい場合
は前記を秒間におけるホッパ−３２の重量変化量ΔＸｏ
をロードセル３８の検出端３９からの信号ケーブル４３
の入力を積算して演算し、同時に流量計９の検出端３７
からの信号ケーブル４２の入力を積算して１秒間におけ
る油ポンプ吐出量ΔＱＯを演算すると共に比例定数Ｋを
、Ｋ＝ΔＸｏ／ΔＱＯ により演算する。

一方、現往復行程中の瞬時油ポンプ吐出量ΔＱ。

に直前の１往復行程中の演算値に０を乗じて現在の制御
演算注入量ΔＸｏを演算し、これと予め設定されたコン
トローラ４１の設定値Ｘｏと比較し、その結果の制御出
力を信号ケーブル４５により電気油圧サーボ装置３６に
加えて、可変吐出量油ポンプ４の吐出量を自動的に制御
するのである。

また、ピストン１２の１往復行程時間ｔが設定時間ｔｏ
より小さい場合は、ホッパー３２の重量変化量即ち、ロ
ードセル３８の検出端３９がらの入力信号がら演算した
注入量ΔＸｏとコントローラ４１に設定した注入量Ｘｏ
とを比較してその制御出力を信号ケーブル４５により電
気油圧サーボ装置３６に加えて可変吐出量油ポンプ４の
油吐出量を制御して注入量が常に設定値と一致するよう
に制御することができる。

尚、上記実施例においては、駆動源に油圧シリンダを用
い、流量計による検出吐出量を利用してに＝ΔＸｏ／Δ
（ｌ。

により比例定数Ｋを演算利用するようにしたが、別に例
えばピストンロッド２２．３０の左右行程速度を検出し
てそれから比例定数Ｋを演算利用するようにしてもよい
。また、油圧駆動方式ではなく、電動機によるクランク
往復動ピストン差動方式ポンプで電動機の回転速度を可
変させる可変吐出量差動方式ピストンポンプにおいても
、クランク回転速度とホッパー重量の変化量から比例定
数Ｋを演算して前述したように利用することも可能であ
る。即ち、各駆動方式の往復動差動式ピストンの１行程
速度か遅い場合の吸込側重量計測方式による注入量自動
制御方式に有効であることは論を俟たない。

［発明の効果］ 上述のような自動制御方式を採用することにより、常時
ホンパー３２の重量変化量を基準として、然も直前の１
行程の比例定数Ｋを演算し、油ポンプ吐出量の瞬時値を
に倍することにより制御を行うことか可能であるため、
極めて追随速度の早い良好且つ正確な制御が可能であり
、油圧側の圧力変化に対するリーク量の変化、油温に対
するリーク量の変化、注入ポンプ側の容積効率の変化な
どにも常に正確に対応することができる。

従って、本発明方式は差動式往復動注入ポンプにおける
注入量自動制御方式として好適である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方式の一例の系統図、第２図は注入ポン
プ側の吸込行程状態を示す図である。 １・・・電動機、４・・・可変吐出量油ポンプ、５・・
・油槽、７・・・吸込管、８・・・圧油管、９・・・流
量計、１１・・・油圧シリンダ、１２・・ピストン、１
４・・・メカニカル四方弁、１６・・・圧力計、２２・
・・ピストンロッド、２３・・・カムリング、２４．２
５・・・カム部、２６．２７・・・連結棒、２８・・・
注入側シリンダ、２９・・・ピストン、３０・・・ピス
トンロッド、３１・吸込弁、３２・・・ホッパー、３３
・・・吸込管、３４・・吐出弁、３５・・・吐出管、３
６・・・電気油圧サーボ装置、３７・・・流量計の検出
端、３８・・・ロードセル、３９・・・ロードセルの検
出端、４０・・・スイッチ、４１・・・コントローラ、
４２．４３．４４．４５・・・信号ケーブル 代理人小泉良邦

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　差動式往復動注入ポンプの吸込側に注入すへ・き溶
   液を収容するホッパーを重量検出可能に設けると共に該
   ポンプの駆動側に流量検出器又は速度検出器等を設ける
   一方、マイクロコンピュータ。 タイマ等を内蔵し前記注入ポンプの１往復行程時間とそ
   の間における注入量を設定したコントローラを配して、
   該コン１〜ローラにより前記注入ポンプの１往復行程時
   間を検出すると共に該時間におけるホッパーの重量変化
   量と前記流量検出器又は速度検出器等の変化量を検出演
   算し、且つその比例割合を演算して、流量検出器又は速
   度検出器等の検出信号に前記比例割合を乗じた数値によ
   り駆動側を制御して注入量を制御することを特徴とする
   差動式往復動注入ポンプにおける注入量自動制御方式。 ２　差動式往復動注入ポンプの１往復行程時間がコント
   ローラに予め設定した時間と比較して短かい場合は、ホ
   ッパーの重量変化量を予め設定した注入量と比較して制
   御出力とし、この制御出力により駆動側の出力を制御し
   て注入量を制御する特許請求の範囲第１項に記載の差動
   式往復動注入ポンプにおける注入量自動制御方式。