JPH0553948B2

JPH0553948B2 -

Info

Publication number: JPH0553948B2
Application number: JP59060841A
Authority: JP
Inventors: Teruo Akyama; Katsuyuki Sasagi; Ryuichi Saigo
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1984-03-30
Filing date: 1984-03-30
Publication date: 1993-08-11
Also published as: JPS60204987A

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ユエー
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に、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）を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つて決定され
る。

このために、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つてエンジン
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つて変更でき
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
ルクコントロールバルブを設け、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可変ポンプという）P₁，P₂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）P₃が駆動され、第１可変ポンプP₁の吐出
路１には第１，第２，第３操作弁２₁，２₂，２₃
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２₄，２₅，２₆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４₁〜４₆に
吐出圧油を供給する公知の三位置切換弁となつて
いる。

前記第１，第２可変ポンプP₁，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P₁，P₂の吐
出路１，３のドレーン路９，１０に設けたジエツ
トセンサ１１，１１で作動するニユートラルコン
トロールバルブ（以下NC弁とする）１２、カツ
トオフバルブ（以下CO弁とする）１３、可変式
トルクコントロールバルブ１４が設けてある。

１７はエンジンＥの燃料噴射ポンプE₁のコン
トロールレバ１８の位置を検出するポテンシヨン
メータ、１９はエンジンＥの実回転速度を検出す
る回転センサであり、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はモード切換スイツチ、２２は電源、２３
は切換スイツチであり、切換スイツチ２３は常時
コントローラ２０の出力回路２０′と可変式トル
クコントロールバルブ１４への回路１４′とを接
続し、コントローラ２０等が故障するとバツテリ
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。

モード切換スイツチ２１は定常モード位置と
中間モード位置と低モード位置とに手動操作
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
イツチ２１を定常モード位置とすると、ポテン
シヨンメータ１７より検出されたコントロールレ
バ１８の位置に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、この検出値をコントローラ２０の記憶
部２０ａに入力し、記憶部２０ａより、その設定
出力状態における設定基準回転速度Nset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２０ｂに
入力し、実回転速度Ｎが設定基準回転速度Nset
よりも低下した時に（Nset−Ｎ）の値に応じて
可変式トルクコントロールバルブ１４の回路１
４′に電流を供給する。

モード切換スイツチ２１を中間モード位置と
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は何ら関係なくなる。

第３図は第１可変ポンプP₁側のみの各部材の
詳細断面図であり、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
ツド３２により斜板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）になるように保
持され、一対のスプリング３３，３３はカバー３
４，３５で押えてある。

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３８を形成し、他側には第２スプリ
ング３９が直線状に配設されている。

前記案内弁部Ｂはスリーブ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３０に
はスリーブ４１と制御ピストン３６とサーボピス
トン３１とに亘つて開口した切欠部４３が形成さ
れ、その切欠部４３に設けたアーム４４の中央部
が制御ピストン３６にピン４５で枢着され、一端
４４ａがサーボピストン３１の凹部３１ａに係合
し、他端４４ｂがスリーブ４１の切欠４１ａより
案内スプール４２の凹部４２ａに係合している。

前記スリーブ４１には入口ポート５６と第１，
第２出口ポート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出口ポート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６
４、フリーピストン６５を介してキヤツプ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を介してキヤツプ６９に螺合し
た調整プラグ７０が当接している。７１，７２は
ロツクナツトである。

前記案内スプール４２は入口ポート５６と第
１，第２出口ポート５７，５８を断通する環状溝
７３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を最小斜板角位置と
なるように保持している。なお、案内スプール４
２には第１，第２出口ポート５７，５８を前記切
欠部４３に断通する第１，第２環状溝７５，７
６、軸孔７７が形成してある。

前記CO弁１３とNC弁１２とは一体となつてい
る。

つまり、バルブ本体１００にはピストン１０１
を内設したスリーブ１０２とスプール１０３とが
直線状に配設され、ピストン１０１の段部１０１
ａとスリーブ１０２の孔１０２ａとによつて第１
受圧室１０４を構成し、ピストン１０１の小径部
１０１ｂの先端部は第２受圧室１０５に臨ませて
あり、第２受圧室１０５は通路１０６を経てポー
ト１０７にスプール１０３で断通制御され、第１
受圧室１０４はポート１０８で前記吐出路１に接
続してあると共に、スプール１０３はスプリング
１１０で左方に押動されてポート１０９と通路１
０６とを断通し、カツトオフバルブ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１１１ａと
スリーブ１１２の孔１１２ａとによつて第３受圧
室１１４を形成し、ピストン１１１の小径部１１
１ｂは第２受圧室１１５に臨ませてあり、第３受
圧室１１４は通路１１６でポート１１７に連通
し、ポート１１７はスプール１１３で前記通路１
０６に断通されると共に、第４受圧室１１５はポ
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１２０′
はポート１２１′に開口してニユートラルコント
ロールバルブ１２を構成している。

前記ジエツトセンサ１１は、入口ポート８０と
出口ポート８１との間に絞り８２を設けて、第１
ポート８３により全圧（静圧＋動圧）を検出し、
第２ポート８４で静圧を検出するようにしたもの
であり、第１ポート８３が前記ポート１１８を経
て第４受圧室１１５に連通し、第２ポート８４が
前記ポート１２１を経てバネ室１２０に連通し、
ポート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バルブ１４は、
バルブ本体１２０内に入口ポート１２１と出口ポ
ート１２２とを断通するスプール１２３、第１，
第２，第３ピストン１２４，１２５，１２６を内
設したスリーブ１２７を直線的に配設し、スプー
ル１２３をスプリング１２８で入口ポート１２１
と出口ポート１２２とを連通する方向に付勢する
と共に、第１ピストン１２４の受圧部１２４ａを
出口ポート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をポート１２
９を経て前記吐出路１に接続して第２ピストン１
２５でスプール１２３をスプリング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１２６ａをポート９０を介して前記第２可
変ポンプP₂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
た調整ボルト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
の出力プランジヤ９５を設けてあると共に、入口
ポート１２１は制御用ポンプP₃の吐出路１６に
接続し、出口ポート１２２は前記カツトオフバル
ブ１３のポート１０９に接続してある。

次に作動を説明する。

第１〜第４操作弁２₁〜２₃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、ジエツトセ
ンサ１１の全圧と静圧との差圧は最大となり、ニ
ユートラルコントロールバルブ１２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、かつポート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、ニユー
トラルコントロールバルブ１２の出力圧力（ポー
ト１１７よりの出力圧）は最小圧力となる。

一方、この時吐出路１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１２５ａの圧力は最小となつて第２ピストン１
２５によるスプール１２３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
に押動されて入口ポート１２１と出口ポート１２
２とが連通されて制御用ポンプP₃のリリーフ弁
９６で設定された元圧が出口ポート１２２より流
出されてカツトオフバルブ１３のポート１０６に
供給される。

カツトオフバルブ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１０１
の右方へ押力は最小となつてスプール１０３はス
プリング１１０で左方に押され、ポート１０９と
通路１０６とを連通して前記制御用ポンプP₃の
元圧が通路１０６よりニユートラルコントロール
バルブ１２に供給される。

しかし、前述の様にニユートラルコントロール
バルブ１２は出力圧が最小となるようになつてい
るから、前述の制御用ポンプP₃の元圧は減圧さ
れて最小の吐出圧となつてポート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
によつて制御スプール３６が右方に押動されて突
起杆３７がプラグ７３に当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
ポート５６と第１，第２出口ポート５７，５８が
遮断してサーボピストン３１の第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P₁の
吐出圧油の一部を第１アクチユエータ４₁に供給
するとドレーン路９の流量が減少し、ジエツトセ
ンサ１１の検出差圧が小さくなるので、ニユート
ラルコントロールバルブ１２のバネ室１２０′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を右方に押す力が大となつて、ポ
ート１１７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
に移動し、入口ポート５６と第２出口ポート５８
とが連通して制御用ポンプP₃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の吐出量を増大
する。

これによつてアーム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４４ｂによつて案内スプール４２が右方に押動
されて入口ポート５６と第２出口ポート５８とが
遮断されて、ジエツトセンサ１１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によつてサーボピストン３
１の動きが案内スプール４２にフイードバツクさ
れる。

この時、制御ピストン３６は第１，第２スプリ
ング３９₁，３９₂のバネ特性に応じて左方に移動
動するので、第１可変ポンプP₁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１２５ａ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１２３をスプリング１２８に抗
して強く左方に押動することになり、減圧効果が
大となつて出口ポート１２２の出力圧が低下す
る。

このために、カツトオフバルブ１３及びニユー
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P₁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、カツトオフバルブ１３の
第１受圧室１０４内の圧力が大となつてピストン
１０１によつてスプール１０３をスプリング１１
０に抗して右方に押動してポート１０９と通路１
０６とを遮断し、減圧作用開始するので、ニユー
トラルコントロールバルブ１２よりの出力圧は減
圧される。

そして、更に吐出路１の圧力が増大すると更に
減圧動作してニユートラルコントロールバルブ１
２よりの出力圧を最小とし、入力信号部Ａの第１
室３８内の制御圧力が最小となつて第１可変ポン
プP₁の吐出量は最小となり、圧力のみが回路の
リリー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２０よりの制御電流が送られている
場合について説明する。

まず、ポテンシヨンメータ１７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、スロー位置（部分負荷）に向うにつれて順次
増大するから、その出力電圧によつて記憶部２０
ａ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Nsetはコント
ローラの演算部２０ｂに入力され、回転センサ１
９で検出した実回転速度Ｎと比較演算され、
（Nset−Ｎ）の値に応じて第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Nsetよりも実回
転速度Ｎが200rpmだけ低下した時に（Nset−
Ｎ）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Nsetが1500rpm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を押す力が大となつて出口ポー
ト１２２の吐出圧は高圧となり、減少するとスプ
ール２３を押す力が小となつて出口ポート１２２
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
まり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Nset）2100rpm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）となり、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）は最大となり、
エンジン回転速度が定格点以下になつた時には
（Nset−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1900rpm以下となると供給電流が最大値
となつ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Nsetが1500rpmまでの時には前述と同様に
制御し、1500rpm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を最小とする
ようにしてあるが、1500rpm以下の範囲でも前述
と同様に制御しても良い。

また、モード切換スイツチ２１を中間モード位
置とするとコントローラ２０より第１設定器２
６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を押す力が所定の値
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ツチ２１を低モード位置
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、モード切換スイツチ２１を切換える
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、アクチユエータ
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、何らかの事情によつてコントローラ２０
が故障した場合には切換スイツチ２３のコイル２
３ａに電流が流れなくなるので切換スイツチ２３
が切換つて冗長回路２５と回路１４′とが接続さ
れるから、冗長回路２５より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、可変ポンプ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８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。

また、可変式トルクコントロールバルブ１４に
は可変ポンプの吐出圧力が導入され、その吐出圧
力によつて出口ポート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つて吸収トル
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。

したがつて、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、第２図はコントローラの説明図、第
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ヨ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表図、第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
表図、第７図は圧力と流量との関係を示す表図、
第８図は吸収トルクとエンジンのトルクカーブと
の関係を示す表図。

Claims

【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を制御
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、前記可変容
量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
前記比例電磁ソレノイドに電流を供給する手段と
を設けたことを特徴とする可変容量型油圧ポンプ
の制御装置。