JP3685287B2 - 可変容量型油圧ポンプの容量制御装置 - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、油圧式パワーショベルの油圧アクチュエータに圧油を供給するロードセンシング油圧システムに用いられ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。
【0002】
【従来の技術】
図1に示すように、可変容量型油圧ポンプ(以下可変油圧ポンプという)1の吐出圧油を操作弁2で油圧アクチュエータ3に供給し、その油圧アクチュエータ3で作業機を作動する油圧システムにおいて、可変油圧ポンプ1の容量を、自己の吐出圧(以下ポンプ吐出圧P0 という)と油圧アクチュエータ3の圧力(以下負荷圧PLSという)の差圧(P0 −PLS)が一定となるように制御している。
【0003】
例えば、可変油圧ポンプ1の斜板等の容量制御部材4を傾転するサーボシリンダ5の小径受圧室6を可変油圧ポンプ1の吐出路1aに接続してポンプ吐出圧P0 を供給し、そのサーボシリンダ5の大径受圧室7をLS弁8で第1回路9を経てタンク10、第2回路11を経て可変油圧ポンプ1の吐出路1aの一方に接続制御し、このLS弁8によってポンプ吐出圧P0 と負荷圧PLSの差圧を設定差圧として常に一定となるように制御している。
【0004】
前記LS弁8は第1受圧部12に作用するポンプ吐出圧P0 で供給位置Aに押され、第2受圧部13に作用する操作弁2からの負荷圧PLSでドレーン位置Bに押され、ポンプ吐出圧P0 と負荷圧PLSの差圧が常に設定差圧となるようにしている。
【0005】
具体的には、実際の差圧が設定差圧よりも小さくなるとLS弁8がドレーン位置Bとなってサーボピストン5の大径受圧室7がタンク10に接続して容量制御部材4は容量大方向に傾転し、可変油圧ポンプ1の容量が増加してポンプ吐出圧P0 が高くなって前記差圧が大きくなる。
一方、実際の差圧が設定差圧よりも大きくなるとLS弁8は供給位置Aとなってサーボピストン5の大径受圧室7にポンプ吐出圧が供給されて容量制御部材4が容量小方向に傾転して可変油圧ポンプ1の容量が減少し、ポンプ吐出圧P0 が低くなって前記差圧が小さくなる。
【0006】
この作用によってLS弁8はポンプ吐出圧P0 と負荷圧PLSの差圧が設定差圧となるように可変油圧ポンプ1の容量を制御する。
これによって、ポンプ吐出圧P0 と負荷圧PLSとの差圧△Pは
△P=C1 ×(Q/A)2 となり、油圧アクチュエータ3の負荷圧に関係なく、可変油圧ポンプ1の吐出流量が操作弁2の開口面積(操作弁要求流量)に見合った流量となるように制御される。
但し、C1 は流量係数、Aは操作弁2の開口面積、Qは油圧アクチュエータへ流れる流量である。
【0007】
前述の操作弁2の開口面積はポンプポート14と第1アクチュエータポート15又はポンプポート14と第2アクチュエータ16の連通面積である。レバー17を操作して操作弁2を中立位置Cから第1位置D又は第2位置Eに向けて操作するストロークによって開口面積が決定される。
【0008】
図1において、第1回路9はPC弁18でタンク10と吐出路1aの一方に接続される。このPC弁18はスプリング19でドレーン位置Fに押され、受圧部18aに作用するポンプ吐出圧Po で供給位置Gに押される。前記スプリング19の押力は可変油圧ポンプ1の容量制御部材4の傾転位置(容量)で変更されて可変油圧ポンプ1の最大吸収トルク(容量×ポンプ吐出圧Po )を制限している。
【0009】
具体的には、可変油圧ポンプ1がある容量の時にポンプ吐出圧Po が、(その時の容量×ポンプ吐出圧Po )<設定した最大吸収トルクの範囲の圧力であればPC弁18はスプリング19でドレーン位置Fとなる。ポンプ吐出圧Po が、(その時の容量×ポンプ吐出圧Po )>設定した最大吸収トルクの圧力となるとPC弁18がポンプ吐出圧Po 出供給位置Gとなり、サーボピストン5の大径受圧室7にポンプ吐出圧Po が供給されて可変油圧ポンプ1の容量が小さくなる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
前述の可変油圧ポンプの容量制御装置であると、操作弁2を操作して開口面積を変化させた場合に可変油圧ポンプ1の容量制御に時間遅れ、過容量状態、ハンチング等が生じる。このことは、操作弁2を急操作して開口面積を急激に変化させた場合に著しい。
【0011】
具体的には、操作弁2が開口面積小でポンプ吐出流量が少ない(容量小)状態から、操作者がレバー17を操作して操作弁2を開口面積大方向に操作した時、操作弁2の開口面積が大きくなる。
【0012】
このために、操作弁要求流量がポンプ吐出流量よりも多くなってポンプ吐出圧P0 が低下し、実際の差圧(P0 −PLS)が小さくなり、設定差圧よりも小さくなる。これによってLS弁8がドレーン位置Bに作動して前述のように可変油圧ポンプ1の容量を大きくし、ポンプ吐出流量を増加させようとする。
【0013】
しかし通常の斜板、斜軸のポンプ容量可変機構メカニズムとしては、傾転角の変更を油圧シリンダ型アクチュエータ(サーボピストン5)を使用しているため所定の吐出流量(容量)となるためには、ある程度の時間が必要となる。よって、ポンプ吐出流量が所定の吐出流量に近づくにつれ(実際の差圧が設定差圧に近づくにつれ)、LS弁8の開口面積を絞り始める(実際の差圧が設定差圧となれば、LS弁8の開口はほとんど閉じる)。
【0014】
LS弁8の開口面積が絞られれば、ポンプ吐出流量(容量)の変化速度が遅くなる。すなわち、目標のポンプ吐出流量に近づくにつれ、ポンプ吐出流量の増加が目標値に対し漸近する(目標流量までの接近速度が遅くなる)。
【0015】
前述の実際の差圧と設定差圧との差によるLS弁8の開口面積の変化量(LS弁開口ゲイン)を大きくすれば、目標流量までの接近速度の低下は抑制できるが(LS差圧の低下状態を少ない時間範囲内にとどめることはできるが)、制御ループゲインがあがることにより、制御系として不安定となり、ハンチング等の不具合を起こす。
よって、制御系として安定な範囲内で実際の差圧の低下状態を許さざるを得ない。
【0016】
また、操作弁2が開口面積大でポンプ吐出流量が多い(容量大)の状態から、操作者がレバー17を操作して操作弁2を開口面積小方向に操作した時、操作弁2の開口面積が大きくなる。
【0017】
このために、操作弁要求流量がポンプ吐出流量よりも少なくなってポンプ吐出圧P0 が上昇し、実際の差圧(P0 −PLS)が増し、設定差圧よりも大きくなる。これによってLS弁8が供給位置Aに作動して前述のように可変油圧ポンプ1の容量を小さくし、ポンプ吐出流量を増加させようとする。
【0018】
しかし、前述のように所定のポンプ吐出流量(容量)となるまでにある程度の時間が必要となる。よって、ポンプ吐出流量が所定の吐出流量となるまで実際の差圧は増加するが、ポンプ吐出流量が操作弁要求流量まで減少し近づくにつれ(実際の差圧が設定差圧に近づくにつれ)、LS弁8の開口面積を絞り始める。
LS弁8の開口面積が絞られれば、ポンプ吐出流量の変化速度が遅くなる。すなわち、目標のポンプ吐出流量に近づくにつれ、ポンプ吐出流量の減少が目標値漸近する(目標流量までの接近速度が遅くなる)。
【0019】
前述のように、操作弁2を開口面積大方向、開口面積小方向に操作するいずれでも制御系として安定な範囲内で実際の差圧の低下(増加)状態をある時間内の間、許さざるを得ないから目標吐出流量(容量)となるまでに時間差が生じるし、目標吐出流量(容量)となるまでの時間を優先するような場合によっては、ハンチング気味でも妥協せざるを得ない。
【0020】
また、ポンプ吐出圧P0 、負荷圧PLSの圧力信号が配管20、配管21のボリュームや漏れによる圧損、作動油の慣性力などにより、特に圧力変化が急な場合(急操作など)、予定どおりの差圧信号としてLS弁8の第1・第2受圧部12,13に伝わらないため、当初設定のポンプ傾転角の作動が遅れることや、ポンプ傾転角の作動が行き過ぎる場合がある。
【0021】
そこで、本発明は前述の課題を解決できるようにした可変容量型油圧ポンプの容量制御装置を提供することを目的とする。
【0022】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
第1の発明は、可変容量型油圧ポンプ1のポンプ吐出圧と油圧アクチュエータ3の負荷圧の実際の差圧によって作動し、その実際の差圧が設定差圧となるように可変容量型油圧ポンプ1の容量を制御するLS弁8と、
前述の実際の差圧と設定差圧の差圧の差及び実際の差圧の時間当り変化によって疑似負荷圧を発生する手段と、
前記負荷圧と疑似負荷圧とでポンプ吐出圧を減圧し、その出力圧を前記LS弁8に負荷圧として作用する減圧弁31とを備え、
前記手段は、実際の差圧と設定差圧が等しい時には疑似負荷圧を負荷圧と等しく、実際の差圧が設定差圧よりも小さい時には、実際の差圧の変化度合に応じて疑似負荷圧を負荷圧よりも低圧とし、実際の差圧が設定差圧よりも大きい時には、実際の差圧の変化度合に応じて疑似負荷圧を負荷圧よりも高圧とし、
前記減圧弁31は、疑似負荷圧が負荷圧と等しい時には出力圧を負荷圧とし、疑似負荷圧が負荷圧よりも低圧の時には出力圧を負荷圧よりも高圧とし、疑似負荷圧が負荷圧よりも高圧の時には出力圧を負荷圧よりも低圧とすることを特徴とする可変容量型油圧ポンプの容量制御装置である。
【0023】
第1の発明によれば、実際の差圧と設定差圧が等しい時にはLS弁8にポンプ吐出圧と負荷圧が作用してバランスし、可変容量型油圧ポンプ1の容量を設定差圧となるように制御する。
【0024】
実際の差圧が設定差圧よりも小さい時には、LS弁8に負荷圧よりも高い圧が作用し、LS弁8には実際の差圧以上の差圧が作用するので、LS弁8は、実際の差圧に基づく以上に可変容量型油圧ポンプ1の容量を増大制御する。それによって、可変容量型油圧ポンプ1の容量が短時間に増大して応答性が向上する。
【0025】
実際の差圧が設定差圧よりも大きい時には、LS弁8に負荷圧よりも低い圧が作用し、LS弁8には実際の差圧以上の差圧が作用するので、LS弁8は、実際の差圧に基づく以上に可変容量型油圧ポンプ1の容量を減少制御する。それによって、可変容量型油圧ポンプ1の容量を短時間に減少して応答性が向上する。
【0026】
また、疑似負荷圧は実際の差圧の変化度合が速い時には疑似負荷圧を負荷圧よりもより一層低圧、高圧とするので、可変容量型油圧ポンプ1の容量増加、減少速度は操作弁2の操作速度に応じたものとなる。それによって、応答性がより一層向上する。
【0027】
第2の発明は、第1の発明における減圧弁31を、第1受圧室32と第2受圧室33の圧力でドレーン位置に向けて押され、第3受圧室34の圧力で連通位置に向けて押されるものとし、
前記手段を、アキュームレータ37と絞り35を備え、アキュームレータ37の蓄圧室38にポンプ吐出圧が供給され、アキュームレータ37の背圧室41が絞り35を経て負荷圧検出回路36に接続し、その絞り35と背圧室41との間が減圧弁31の第1受圧室32に接続したものとし、
前記減圧弁31の第2受圧室33が出力側に接続し、第3受圧室34が負荷圧検出回路36に接続している可変容量型油圧ポンプの容量制御装置である。
【0028】
第2の発明によれば、アキュームレータ37の蓄圧室38と背圧室41に作用するポンプ吐出圧と負荷圧の差圧でピストン39が移動して背圧室41に負荷圧が流入、流出する。それによって、絞り35の前後に差圧が生じるので負荷圧よりも低圧、高圧の疑似負荷圧が発生する。
【0029】
また、背圧室41に流入、流出する負荷圧の流速で絞り35前後の差圧が異なるので、操作弁の操作速度に応じて疑似負荷圧が負荷圧よりも低圧、高圧となる。それによって、操作弁を急操作した場合ほど可変容量型油圧ポンプの容量が速く増大、減少するから、応答性がより向上する。
【0030】
第3の発明は、可変容量型油圧ポンプ1のポンプ吐出圧と油圧アクチュエータ3の負荷圧の実際の差圧によって作動し、その実際の差圧が設定差圧となるように可変容量型油圧ポンプ1の容量を制御するLS弁8と、
前述の実際の差圧と設定差圧の差圧の差及び実際の差圧の時間当り変化によって制御圧を発生する手段を備え、
前記手段は、実際の差圧と設定差圧が等しい時には制御圧を負荷圧と等しく、実際の差圧が設定差圧よりも小さい時には、実際の差圧の変化度合に応じて制御圧を負荷圧よりも低圧とし、実際の差圧が設定差圧よりも大きい時には、実際の差圧の変化度合に応じて制御圧を負荷圧よりも高圧とし、
前記LS弁8は、制御圧が負荷圧と等しい時には設定差圧となるように容量制御し、制御圧が負荷圧よりも低圧の時には設定差圧以上となるように容量増大制御し、制御圧が負荷圧よりも高圧の時には設定差圧以下となるように容量減少制御することを特徴とする可変容量型油圧ポンプの容量制御装置である。
【0031】
第3の発明によれば、実際の差圧と設定差圧が等しい時にはLS弁8にポンプ吐出圧、負荷圧と等しい制御圧が作用してバランスし、可変容量型油圧ポンプ1の容量を設定差圧となるように制御する。
【0032】
実際の差圧が設定差圧よりも小さい時には、LS弁8に負荷圧よりも低い制御圧が作用し、LS弁8には実際の差圧以上の差圧が作用するので、LS弁8は、可変容量型油圧ポンプ1の容量を設定差圧以上となるように増大制御する。それによって、可変容量型油圧ポンプ1の容量が短時間に増大して応答性が向上する。
【0033】
実際の差圧が設定差圧よりも大きい時には、LS弁8に負荷圧よりも高い制御圧が作用し、LS弁8には実際の差圧以上の差圧が作用するので、LS弁8は、可変容量型油圧ポンプ1の容量を設定差圧以下となるように減少制御する。それによって、可変容量型油圧ポンプ1の容量が短時間に減少して応答性が向上する。
【0034】
また、制御圧は実際の差圧の変化度合が速い時には負荷圧よりもより一層低圧、高圧とするので、可変容量型油圧ポンプ1の容量増加、減少速度は操作弁2の操作速度に応じたものとなる。それによって、応答性がより一層向上する。
【0035】
第4の発明は、第3の発明におけるLS弁8を、ポンプ吐出圧と制御圧で容量減方向に作動し、2つの負荷圧で容量増方向に作動するものとし、
アキュームレータ37と絞り35で手段とし、このアキュームレータ37の蓄圧室38にポンプ吐出圧を供給し、背圧室41に絞り35を経て負荷圧を供給し、この絞り35の背圧室41寄りから制御圧を検出するようにした可変容量型油圧ポンプの容量制御装置である。
【0036】
第4の発明によれば、アキュームレータ37の蓄圧室38と背圧室41に作用するポンプ吐出圧と負荷圧の差圧でピストン39が移動して背圧室41に負荷圧が流入、流出する。それによって、絞り35の前後に差圧が生じるので負荷圧よりも低圧、高圧の制御圧が発生する。
【0037】
LS弁8はポンプ吐出圧と一方の負荷圧で設定差圧となるように容量制御すると同時に、制御圧と他方の負荷圧で容量制御する。これによって、制御圧が負荷圧よりも低い時にはLS弁8は他方の負荷圧で容量増方向に作動するので、設定差圧以上に容量増大制御し、可変容量型油圧ポンプ1の容量が短時間に増大して応答性が向上する。
【0038】
また、制御圧が負荷圧よりも高い時にはLS弁8は制御圧で容量減方向に作動するので、設定差圧以上に容量減少制御し、可変容量型油圧ポンプ1の容量が短時間に減少して応答性が向上する。
【0039】
また、背圧室41に流入、流出する負荷圧の流速で絞り35前後の差圧が異なるので、操作弁の操作速度に応じて制御圧が負荷圧よりも低圧、高圧となる。それによって、操作弁を急操作した場合ほど可変容量型油圧ポンプの容量が速く増大、減少するから、応答性がより向上する。
【0040】
【発明の実施の形態】
図2に示すように、可変油圧ポンプ1の吐出路1aとLS弁8の第2受圧部13を接続する回路30に減圧弁31を設ける。この減圧弁31は第1・第2受圧室32,33の圧力でドレーン位置aに向けて押され、第3受圧室34の圧力で連通位置bに向けて押される。
【0041】
前記第1受圧室32は絞り35を経て負荷圧検出回路36に接続し、第2受圧室33は減圧弁31の出力側に接続し、第3受圧室34は負荷圧検出回路36に接続している。
【0042】
前記第1受圧室32と第2受圧室33の受圧面積は等しく、第3受圧室34の受圧面積は2倍となっている。このようであるから、減圧弁31はP1 =2×P3 −P2 でバランスする。但し、P1 は出力圧、P2 は第1受圧室32の圧力、P3 は第3受圧室34の圧力である。
【0043】
前記減圧弁31の入力側はアキュームレータ37の蓄圧室38に接続し、このアキュームレータ37はピストン39をばね40と背圧室(ばね室)41の圧力で蓄圧室容量減方向に押すものである。その背圧室41は前記絞り35を経て負荷圧検出回路36に接続している。
【0044】
次に作動を説明する。
(操作弁2を開口面積小の位置に保持した定常状態の時)。
実際の差圧が設定差圧と等しく可変油圧ポンプ1は操作弁2の開口面積に見合う小さな容量(ポンプ吐出流量が少ない状態)となる。
【0045】
この時、アキュームレータ37の蓄圧室38にポンプ吐出圧PO が作用し、背圧室41に負荷圧PLSが作用し、そのピストン39はポンプ吐出圧PO と負荷圧PLSの差圧とばね40の力がバランスした位置で静止している。
【0046】
減圧弁31の第1受圧室32には負荷圧検出回路36で検出した実際の負荷圧PLSが作用し、減圧弁31の第3受圧室34にも実際の負荷圧PLSが作用するので、減圧弁31の出力圧は実際の負荷圧PLSとなる。
【0047】
これによって、LS弁8はポンプ吐出圧PO と実際の負荷圧PLSの差圧が設定差圧となる状態でバランスし、可変油圧ポンプ1の吐出流量(容量)は操作弁要求流量となっている。
【0048】
(操作弁2を開口面積小の位置から開口面積大方向に操作した時。)
前述と同様に操作弁要求流量が増加してポンプ吐出圧PO が低下するので、実際の差圧が設定差圧より低減する。
【0049】
この時、アキュームレータ37の蓄圧室38の圧力が低下し、ピストン39がばね40で蓄圧室容積減方向に摺動して背圧室41の容積が増大するから、実際の負荷圧PLSは絞り35を経て背圧室41に流入する。これによって減圧弁31の第1受圧部32に作用する圧力は、実際の負荷圧PLSよりも絞り35の流通抵抗に見合う圧力低下だけ低圧となる。
【0050】
このために、減圧弁31の出力圧は実際の負荷圧PLSよりも前述の圧力低下に見合う圧力△Pだけ高くなり、LS弁8の第2受圧部13には(PLS+△P)の圧力が作用する。よって、LS弁8の第1受圧部12と第2受圧部13の差圧はPO −(PLS+△P)となって、実際の負荷圧PLSとポンプ吐出圧PO との差圧(PO −PLS)よりも小さくなる。
【0051】
したがって、LS弁8をドレーン位置Bに押す力が実際の差圧に基づく力よりも大きく、サーボピストン5の大径受圧室7と第1回路9との開口面積が大きいから、容量制御部材4の傾転速度が速くなって、可変油圧ポンプ1の容量は速く増加する。
【0052】
(可変油圧ポンプ1の容量が増加してポンプ吐出流量が操作弁要求流量に近づいた時。)
ポンプ吐出圧PO が上昇し、実際の差圧は設定LS差圧より少し小さい。
この時、アキュームレータ37の蓄圧室38の圧力(ポンプ吐出圧PO )が上昇し、ピストン39が押さればね40は一旦伸びた状態から縮む方向へ動くためアキュームレータ37の背圧室41内の圧油は、負荷圧検出回路36へ逆流するが絞り35があるため、アキュームレータ37の背圧室41の圧力は、実際のLS圧(PLS)より高くなるが、差圧変化が小さいことにより圧力及び動きの変化は少ない。よってアキュームレータ37の背圧室41の圧力は、実際のLS圧(PLS)とほぼ等しいか、少し高い状態となる。
【0053】
減圧弁31の第1受圧部32に作用しているアキュームレータ37の背圧室41内の圧力が実際の負荷圧(PLS)より少し高いか同等のため、減圧弁31の出力圧(P1 )は実際の負荷圧(PLS)より少し高いかほぼ等しい。
【0054】
よって、LS弁8の第1受圧部12と第2受圧部13に作用する圧力の差圧は、実際のポンプ吐出圧PO と実際の負荷圧PLSの差圧より少し高いか、ほぼ等しい。
【0055】
これによって、LS弁8が作動し、容量制御部材4の傾転角を下げる(ポンプ吐出量を減少しブレーキをかける)、もしくはLS弁8の開口が閉じる方向で(ポンプ吐出量を増やす)ブレーキをかける。
【0056】
(可変油圧ポンプ1の容量が設定差圧に見合う値よりも大きくなって、ポンプ吐出流量が操作弁要求流量以上まで行き過ぎた時。)
ポンプ吐出圧PO が上昇し、実際の差圧は設定差圧より大きい。
この時、アキュームレータ37の蓄圧室38内の圧力が上昇し、ピストン39は設定差圧に相当する位置で静止している以上に移動して、ばね40が縮められる。ばね40が縮む方向へ動くため、アキュームレータ37の背圧室41内の圧油は負荷圧検出回路36へ逆流するが、絞り35があるためアキュームレータ37の背圧室41内の圧力は実際の負荷圧PLSより高くなる。
【0057】
よって、減圧弁31の第1受圧部32に作用しているアキームレータ37の背圧室41内の圧力が実際の負荷圧PLSよりも高いので、減圧弁31の出力圧は、実際の負荷圧PLSよりも低くなる。
【0058】
これによって、LS弁8の第1受圧部12と第2受圧部13に作用している圧力の差圧は、ポンプ吐出圧PO と実際の負荷圧PLSの差圧よりも大きいから、LS弁8は供給位置Aに作動して可変油圧ポンプ1の容量を減少して吐出流量を減じる。よって、ポンプ吐出流量が操作弁要求流量と合致する。
【0059】
(操作弁2を開口面積大から開口面積小方向に操作した時。)
前述のように、ポンプ吐出圧PO が上昇し、実際の差圧は設定差圧より大きい(ポンプ吐出流量が操作弁要求流量よりも多い。)。
【0060】
この時、アキュームレータ37の蓄圧室41内の圧力が上昇し、ピストン39は設定差圧に相当する位置で静止している以上に移動してばね40が縮められる。これによりアキュームレータ37の背圧室41内の圧油は、負荷圧検出回路36へ逆流するが、絞りがあるためアキュームレータ37の背圧室41の圧力は実際の負荷圧PLSより高くなる。
【0061】
よって、減圧弁31の第1受圧室32に作用する圧力が実際の負荷圧PLSよりも絞り35の流通抵抗に見合う圧力上昇だけ高くなり、その減圧弁31の出力圧は実際の負荷圧PLSよりも圧力上昇に見合う圧力△Pだけ低くなる
【0062】
このために、LS弁8の第2受圧部13には(PLS−△P)の圧力が作用する。よってLS弁8の第1受圧部12と第2受圧部13に作用する圧力の差圧はPO −(PLS−△P)となって、ポンプ吐出圧PO と実際の負荷圧の差圧(PO −PLS)よりも大きくなる。
【0063】
したがって、LS弁8を供給位置Aに押す力が実際の差圧に基づく力よりも大きく、サーボピストン5の大径受圧室7と第2回路11の開口面積が大きいから、容量制御部材4の傾転速度が速くなって、可変油圧ポンプ1の容量は速く減少する。
【0064】
以上の動作を要約すれば、アキュームレータ37と絞り35はポンプ吐出圧PO と負荷圧PLSの実際の差圧と設定差圧との差圧の差及び実際の差圧の時間当り変化によって疑似負荷圧を発生する手段を形成する。
【0065】
具体的には、実際の差圧と設定差圧が等しい時には、アキュームレータ37のピスン39が静定して絞り35に圧油が流れないことで疑似負荷圧が負荷圧と等しくなる。実際の差圧が設定差圧よりも小さい時には、ばね40が伸びてピストン39を押して背圧室41に負荷圧が流入し、絞り35の前後に差圧が生じて疑似負荷圧が負荷圧よりも低圧となる。実際の差圧が設定差圧よりも大きい時には、ピストン39がばね40を縮める方向に移動し背圧室41の負荷圧を流出し、絞り35の前後に差圧が生じて疑似負荷圧が負荷圧よりも高圧となる。
【0066】
前述のアキュームレータ37の背圧室41に負荷圧が流入、流出する速度はポンプ吐出圧の圧力変化速度、つまり実際の負荷圧の時間当り変化が大きければ速く、小さければ遅いから、前述の疑似負荷圧は実際の負荷圧の時間当り変化(換言すれば操作弁2の操作速度)が速ければより低圧、高圧となる。
【0067】
前記減圧弁31は負荷圧と疑似負荷圧とでポンプ吐出圧を減圧して出力圧を負荷圧よりも高圧、低圧とするものである。具体的には疑似差圧と負荷圧が等しい時には出力圧が負荷圧と等しく、疑似差圧が負荷圧よりも低圧であれば出力圧が負荷圧よりも高圧となり、疑似差圧が負荷圧よりも高圧であれば出力圧が負荷圧よりも低圧となる。
【0068】
LS弁8はポンプ吐出圧と減圧弁31の出力圧の差圧で連通位置A、ドレーン位置Bとなるので、前述のように実際の差圧が設定差圧よりも小さい時にはLS弁8に作用するポンプ吐出圧と減圧弁31の出力圧の差圧は、ポンプ吐出圧と負荷圧との差圧よりも大きくなる。これによって、LS弁8をドレーン位置Bに押す力が大きくなってサーボピストン5の大径室7にポンプ吐出圧が速く供給され、可変油圧ポンプ1の容量は短時間に増大する。
【0069】
可変油圧ポンプ1の容量が増大して吐出流量が操作弁要求流量に近づくにつれて実際の差圧と設定差圧との差圧の差が小さくなるが、前述のようにLS弁8に作用する差圧は実際の差圧の差よりも大きいからLS弁8をドレーン位置Bに押す力が大きい。これによってサーボピストン5の大径室7にポンプ吐出圧が多量に供給され続けるから、可変油圧ポンプ1の吐出流量の増加の漸近が抑制される。すなわち目標とする吐出流量への接近速度変化の低下を防止する。
【0070】
また、前述のように実際の差圧が設定差圧よりも大きい時にはLS弁8に作用するポンプ吐出圧と減圧弁31の出力圧の差圧は、ポンプ吐出圧と負荷圧との差圧よりも大きくなる。これによって、LS弁8を連通位置Aに押す力が大きくなってサーボピストン5の大径室の圧油がタンクに流出し、可変油圧ポンプ1の容量は短時間に減少する。
【0071】
可変油圧ポンプ1の容量が減少して吐出流量が操作弁要求流量に近づくにつれて実際の差圧と設定差圧との差圧の差が小さくなるが、前述のようにLS弁8に作用する差圧は実際の差圧の差よりも大きいからLS弁8を連通位置Aに押す力が大きい。これによってサーボピストン5の大径室7の圧油が多量にタンクに流出し続けるから、可変油圧ポンプ1の吐出流量の減少の漸近が抑制される。すなわち目標とする吐出流量への接近速度変化の低下を防止する。
【0072】
次に本発明の第2の実施の形態を説明する。
図3に示すように、LS弁8に第3受圧部50と第4受圧部51を設ける。負荷圧検出回路36を絞り35を絞ってアキュームレータ37の背圧室41に連通し、回路30をアキュームレータ37の蓄圧室38に連通する。
【0073】
絞り35よりも背圧室41寄りを第3受圧部50に接続し、第4受圧部51を負荷圧検出回路36に接続する。
【0074】
次に作動を説明する。
LS弁8は、第1受圧部12に作用するポンプ吐出圧PO と第2受圧部13に作用する負荷圧PLSとの差圧及び、第3受圧部50に作用する制御圧と第4受圧部51に作用する負荷圧との差圧によって連通位置A、ドレーン位置Bに押される。
【0075】
アキュームレータ37のピストン39はポンプ吐出圧と負荷圧との実際の差圧が設定差圧と等しい時には静定し、絞り35に負荷圧が流れない。これによってLS弁8の第3受圧部50に作用する制御圧は負荷圧と等しい。
【0076】
アキュームレータ37のピストン39はポンプ吐出圧と負荷圧との実際の差圧が設定差圧よりも小さい時にはばね40で移動し、背圧室41に負荷圧が流入する。これによって、絞り35の前後に差圧が生じてLS弁8の第3受圧部50に作用する制御圧は負荷圧よりも低圧となる。
【0077】
アキュームレータ37のピストン39はポンプ吐出圧と負荷圧の実際の差圧が設定差圧よりも大きい時にはポンプ吐出圧でばね40に抗して押され、背圧室41内の負荷圧が流出する。これによって絞り35の前後に差圧が生じてLS弁8の第3受圧部50に作用する制御圧は負荷圧よりも高圧となる。
【0078】
つまり、アキュームレータ37と絞り35はポンプ吐出圧と負荷圧の実際の差圧と設定差圧の差圧の差に応じて負荷圧を減圧、加圧して制御圧とする手段を形成している。
【0079】
可変油圧ポンプ1の吐出流量と操作弁2の要求流量が等しく実際の差圧と設定差圧が等しい時には、前述のようにLS弁8の第3受圧部50に作用する制御圧は負荷圧となり、LS弁8の第4受圧部51には負荷圧が作用しているから、LS弁8は第1受圧部12に作用するポンプ吐出圧と第2受圧部13に作用する負荷圧に対応した位置でバランスし、可変油圧ポンプ1はその容量を維持する。
【0080】
レバー17を操作して操作弁2の開口面積を大きくし、操作弁要求流量が可変油圧ポンプ1の吐出流量よりも増加した時には、前述のようにポンプ吐出圧が低下し、ポンプ吐出圧と負荷圧の実際の差圧が小さくなる。
【0081】
これによって、前述のようにアキュームレータ37が作動してLS弁8の第3受圧部50には負荷圧よりも低圧が作用するから、LS弁8は第4受圧部51に作用する負荷圧によってドレーン位置Bに向けて押される。
【0082】
一方、LS弁8は第1受圧部12に作用するポンプ吐出圧と第2受圧部13に作用する負荷圧の差圧によってドレーン位置Bに向けて押される。つまり、LS弁8は設定差圧を高くした場合と同様となる。
【0083】
したがって、LS弁8によって第1回路9とサーボピストン5の大径室7を連通する開口面積が通常のLS弁よりも大きくなり、その大径室7内の圧油が多量にタンクに流出するから、可変油圧ポンプ1の容量が速く増大する。
【0084】
可変油圧ポンプ1の吐出流量が操作弁要求流量に近づいた時には、実際の差圧は設定差圧よりも少し小さい。アキュームレータ37のピストン39はばね40を縮める方向に若干移動して前述の静定した位置に近づく。背圧室41の負荷圧は流出し、絞り35前後に差圧が生じるが、その流出する流量が少ないから絞り35前後の差圧が小さいことにより圧力及び動きの変化は少ない。
【0085】
よって、制御圧は負荷圧より少し高いか、同等のためLS弁8の第3受圧部50の圧力は負荷圧より少し高いか、同等なる。これによって、LS弁8は連通位置Aに向けて押されて可変油圧ポンプ1の容量を減少(容量増加のブレーキをかける)する。
【0086】
レバー17を操作して操作弁2の開口面積を小さくし、操作弁要求流量が可変油圧ポンプ1の吐出流量よりも減少した時には、前述のようにポンプ吐出圧が昇圧し、ポンプ吐出圧と負荷圧の実際の差圧が大きくなる。
【0087】
これによって、前述のようにアキュームレータ37が作動してLS弁8の第3受圧部50には負荷圧よりも高圧が作用するから、LS弁8は第4受圧部51に作用する負荷圧との差圧によって連通位置Aに向けて押される。
【0088】
一方、LS弁8は第1受圧部12に作用するポンプ吐出圧と第2受圧部13に作用する負荷圧の差圧によって連通位置Aに向けて押される。つまり、LS弁8は設定差圧を低くした場合と同様となる。
【0089】
したがって、LS弁8によって第2回路11とサーボピストン5の大径室7を連通する開口面積が通常のLS弁よりも大きくなり、その大径室7内にポンプ吐出圧が多量に流出するから、可変油圧ポンプ1の容量が速く減少する。
【0090】
可変油圧ポンプ1の吐出流量が操作弁要求流量に近づいた時には、実際の差圧は設定差圧よりも少し大きい。アキュームレータ37のピストン39はばね40で若干移動して前述の静定した位置に近づく。背圧室41内負荷圧が流入し、絞り35前後に差圧が生じるが、その流入する流量が少ないから絞り35前後の差圧が小さいことにより圧力及び動きの変化は少ない。
【0091】
よって、制御圧は負荷圧より少し低いか、同等のためLS弁8の第3受圧部50の圧力は負荷圧より少し低いか、同等なる。これによって、LS弁8はドレーン位置Cに向けて押されて可変油圧ポンプ1の容量を増加(容量減少のブレーキをかける)する。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来例の油圧回路図である。
【図2】本発明の第1の実施の形態を示す油圧回路図である。
【図3】本発明の第2の実施の形態を示す油圧回路図である。
【符号の説明】
1…可変容量型油圧ポンプ
2…操作弁
3…油圧アクチュエータ
5…サーボシリンダ
6…小径室
7…大径室
8…LS弁
12…第1受圧部
13…第2受圧部
31…減圧弁
32…第1受圧室
33…第2受圧室
34…第3受圧室
35…絞り
37…アキュームレータ
38…蓄圧室
39…ピストン
40…ばね
41…背圧室
50…第3受圧部
51…第4受圧部
【発明の属する技術分野】
本発明は、油圧式パワーショベルの油圧アクチュエータに圧油を供給するロードセンシング油圧システムに用いられ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。
【0002】
【従来の技術】
図1に示すように、可変容量型油圧ポンプ(以下可変油圧ポンプという)1の吐出圧油を操作弁2で油圧アクチュエータ3に供給し、その油圧アクチュエータ3で作業機を作動する油圧システムにおいて、可変油圧ポンプ1の容量を、自己の吐出圧(以下ポンプ吐出圧P0 という)と油圧アクチュエータ3の圧力(以下負荷圧PLSという)の差圧(P0 −PLS)が一定となるように制御している。
【0003】
例えば、可変油圧ポンプ1の斜板等の容量制御部材4を傾転するサーボシリンダ5の小径受圧室6を可変油圧ポンプ1の吐出路1aに接続してポンプ吐出圧P0 を供給し、そのサーボシリンダ5の大径受圧室7をLS弁8で第1回路9を経てタンク10、第2回路11を経て可変油圧ポンプ1の吐出路1aの一方に接続制御し、このLS弁8によってポンプ吐出圧P0 と負荷圧PLSの差圧を設定差圧として常に一定となるように制御している。
【0004】
前記LS弁8は第1受圧部12に作用するポンプ吐出圧P0 で供給位置Aに押され、第2受圧部13に作用する操作弁2からの負荷圧PLSでドレーン位置Bに押され、ポンプ吐出圧P0 と負荷圧PLSの差圧が常に設定差圧となるようにしている。
【0005】
具体的には、実際の差圧が設定差圧よりも小さくなるとLS弁8がドレーン位置Bとなってサーボピストン5の大径受圧室7がタンク10に接続して容量制御部材4は容量大方向に傾転し、可変油圧ポンプ1の容量が増加してポンプ吐出圧P0 が高くなって前記差圧が大きくなる。
一方、実際の差圧が設定差圧よりも大きくなるとLS弁8は供給位置Aとなってサーボピストン5の大径受圧室7にポンプ吐出圧が供給されて容量制御部材4が容量小方向に傾転して可変油圧ポンプ1の容量が減少し、ポンプ吐出圧P0 が低くなって前記差圧が小さくなる。
【0006】
この作用によってLS弁8はポンプ吐出圧P0 と負荷圧PLSの差圧が設定差圧となるように可変油圧ポンプ1の容量を制御する。
これによって、ポンプ吐出圧P0 と負荷圧PLSとの差圧△Pは
△P=C1 ×(Q/A)2 となり、油圧アクチュエータ3の負荷圧に関係なく、可変油圧ポンプ1の吐出流量が操作弁2の開口面積(操作弁要求流量)に見合った流量となるように制御される。
但し、C1 は流量係数、Aは操作弁2の開口面積、Qは油圧アクチュエータへ流れる流量である。
【0007】
前述の操作弁2の開口面積はポンプポート14と第1アクチュエータポート15又はポンプポート14と第2アクチュエータ16の連通面積である。レバー17を操作して操作弁2を中立位置Cから第1位置D又は第2位置Eに向けて操作するストロークによって開口面積が決定される。
【0008】
図1において、第1回路9はPC弁18でタンク10と吐出路1aの一方に接続される。このPC弁18はスプリング19でドレーン位置Fに押され、受圧部18aに作用するポンプ吐出圧Po で供給位置Gに押される。前記スプリング19の押力は可変油圧ポンプ1の容量制御部材4の傾転位置(容量)で変更されて可変油圧ポンプ1の最大吸収トルク(容量×ポンプ吐出圧Po )を制限している。
【0009】
具体的には、可変油圧ポンプ1がある容量の時にポンプ吐出圧Po が、(その時の容量×ポンプ吐出圧Po )<設定した最大吸収トルクの範囲の圧力であればPC弁18はスプリング19でドレーン位置Fとなる。ポンプ吐出圧Po が、(その時の容量×ポンプ吐出圧Po )>設定した最大吸収トルクの圧力となるとPC弁18がポンプ吐出圧Po 出供給位置Gとなり、サーボピストン5の大径受圧室7にポンプ吐出圧Po が供給されて可変油圧ポンプ1の容量が小さくなる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
前述の可変油圧ポンプの容量制御装置であると、操作弁2を操作して開口面積を変化させた場合に可変油圧ポンプ1の容量制御に時間遅れ、過容量状態、ハンチング等が生じる。このことは、操作弁2を急操作して開口面積を急激に変化させた場合に著しい。
【0011】
具体的には、操作弁2が開口面積小でポンプ吐出流量が少ない(容量小)状態から、操作者がレバー17を操作して操作弁2を開口面積大方向に操作した時、操作弁2の開口面積が大きくなる。
【0012】
このために、操作弁要求流量がポンプ吐出流量よりも多くなってポンプ吐出圧P0 が低下し、実際の差圧(P0 −PLS)が小さくなり、設定差圧よりも小さくなる。これによってLS弁8がドレーン位置Bに作動して前述のように可変油圧ポンプ1の容量を大きくし、ポンプ吐出流量を増加させようとする。
【0013】
しかし通常の斜板、斜軸のポンプ容量可変機構メカニズムとしては、傾転角の変更を油圧シリンダ型アクチュエータ(サーボピストン5)を使用しているため所定の吐出流量(容量)となるためには、ある程度の時間が必要となる。よって、ポンプ吐出流量が所定の吐出流量に近づくにつれ(実際の差圧が設定差圧に近づくにつれ)、LS弁8の開口面積を絞り始める(実際の差圧が設定差圧となれば、LS弁8の開口はほとんど閉じる)。
【0014】
LS弁8の開口面積が絞られれば、ポンプ吐出流量(容量)の変化速度が遅くなる。すなわち、目標のポンプ吐出流量に近づくにつれ、ポンプ吐出流量の増加が目標値に対し漸近する(目標流量までの接近速度が遅くなる)。
【0015】
前述の実際の差圧と設定差圧との差によるLS弁8の開口面積の変化量(LS弁開口ゲイン)を大きくすれば、目標流量までの接近速度の低下は抑制できるが(LS差圧の低下状態を少ない時間範囲内にとどめることはできるが)、制御ループゲインがあがることにより、制御系として不安定となり、ハンチング等の不具合を起こす。
よって、制御系として安定な範囲内で実際の差圧の低下状態を許さざるを得ない。
【0016】
また、操作弁2が開口面積大でポンプ吐出流量が多い(容量大)の状態から、操作者がレバー17を操作して操作弁2を開口面積小方向に操作した時、操作弁2の開口面積が大きくなる。
【0017】
このために、操作弁要求流量がポンプ吐出流量よりも少なくなってポンプ吐出圧P0 が上昇し、実際の差圧(P0 −PLS)が増し、設定差圧よりも大きくなる。これによってLS弁8が供給位置Aに作動して前述のように可変油圧ポンプ1の容量を小さくし、ポンプ吐出流量を増加させようとする。
【0018】
しかし、前述のように所定のポンプ吐出流量(容量)となるまでにある程度の時間が必要となる。よって、ポンプ吐出流量が所定の吐出流量となるまで実際の差圧は増加するが、ポンプ吐出流量が操作弁要求流量まで減少し近づくにつれ(実際の差圧が設定差圧に近づくにつれ)、LS弁8の開口面積を絞り始める。
LS弁8の開口面積が絞られれば、ポンプ吐出流量の変化速度が遅くなる。すなわち、目標のポンプ吐出流量に近づくにつれ、ポンプ吐出流量の減少が目標値漸近する(目標流量までの接近速度が遅くなる)。
【0019】
前述のように、操作弁2を開口面積大方向、開口面積小方向に操作するいずれでも制御系として安定な範囲内で実際の差圧の低下(増加)状態をある時間内の間、許さざるを得ないから目標吐出流量(容量)となるまでに時間差が生じるし、目標吐出流量(容量)となるまでの時間を優先するような場合によっては、ハンチング気味でも妥協せざるを得ない。
【0020】
また、ポンプ吐出圧P0 、負荷圧PLSの圧力信号が配管20、配管21のボリュームや漏れによる圧損、作動油の慣性力などにより、特に圧力変化が急な場合(急操作など)、予定どおりの差圧信号としてLS弁8の第1・第2受圧部12,13に伝わらないため、当初設定のポンプ傾転角の作動が遅れることや、ポンプ傾転角の作動が行き過ぎる場合がある。
【0021】
そこで、本発明は前述の課題を解決できるようにした可変容量型油圧ポンプの容量制御装置を提供することを目的とする。
【0022】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
第1の発明は、可変容量型油圧ポンプ1のポンプ吐出圧と油圧アクチュエータ3の負荷圧の実際の差圧によって作動し、その実際の差圧が設定差圧となるように可変容量型油圧ポンプ1の容量を制御するLS弁8と、
前述の実際の差圧と設定差圧の差圧の差及び実際の差圧の時間当り変化によって疑似負荷圧を発生する手段と、
前記負荷圧と疑似負荷圧とでポンプ吐出圧を減圧し、その出力圧を前記LS弁8に負荷圧として作用する減圧弁31とを備え、
前記手段は、実際の差圧と設定差圧が等しい時には疑似負荷圧を負荷圧と等しく、実際の差圧が設定差圧よりも小さい時には、実際の差圧の変化度合に応じて疑似負荷圧を負荷圧よりも低圧とし、実際の差圧が設定差圧よりも大きい時には、実際の差圧の変化度合に応じて疑似負荷圧を負荷圧よりも高圧とし、
前記減圧弁31は、疑似負荷圧が負荷圧と等しい時には出力圧を負荷圧とし、疑似負荷圧が負荷圧よりも低圧の時には出力圧を負荷圧よりも高圧とし、疑似負荷圧が負荷圧よりも高圧の時には出力圧を負荷圧よりも低圧とすることを特徴とする可変容量型油圧ポンプの容量制御装置である。
【0023】
第1の発明によれば、実際の差圧と設定差圧が等しい時にはLS弁8にポンプ吐出圧と負荷圧が作用してバランスし、可変容量型油圧ポンプ1の容量を設定差圧となるように制御する。
【0024】
実際の差圧が設定差圧よりも小さい時には、LS弁8に負荷圧よりも高い圧が作用し、LS弁8には実際の差圧以上の差圧が作用するので、LS弁8は、実際の差圧に基づく以上に可変容量型油圧ポンプ1の容量を増大制御する。それによって、可変容量型油圧ポンプ1の容量が短時間に増大して応答性が向上する。
【0025】
実際の差圧が設定差圧よりも大きい時には、LS弁8に負荷圧よりも低い圧が作用し、LS弁8には実際の差圧以上の差圧が作用するので、LS弁8は、実際の差圧に基づく以上に可変容量型油圧ポンプ1の容量を減少制御する。それによって、可変容量型油圧ポンプ1の容量を短時間に減少して応答性が向上する。
【0026】
また、疑似負荷圧は実際の差圧の変化度合が速い時には疑似負荷圧を負荷圧よりもより一層低圧、高圧とするので、可変容量型油圧ポンプ1の容量増加、減少速度は操作弁2の操作速度に応じたものとなる。それによって、応答性がより一層向上する。
【0027】
第2の発明は、第1の発明における減圧弁31を、第1受圧室32と第2受圧室33の圧力でドレーン位置に向けて押され、第3受圧室34の圧力で連通位置に向けて押されるものとし、
前記手段を、アキュームレータ37と絞り35を備え、アキュームレータ37の蓄圧室38にポンプ吐出圧が供給され、アキュームレータ37の背圧室41が絞り35を経て負荷圧検出回路36に接続し、その絞り35と背圧室41との間が減圧弁31の第1受圧室32に接続したものとし、
前記減圧弁31の第2受圧室33が出力側に接続し、第3受圧室34が負荷圧検出回路36に接続している可変容量型油圧ポンプの容量制御装置である。
【0028】
第2の発明によれば、アキュームレータ37の蓄圧室38と背圧室41に作用するポンプ吐出圧と負荷圧の差圧でピストン39が移動して背圧室41に負荷圧が流入、流出する。それによって、絞り35の前後に差圧が生じるので負荷圧よりも低圧、高圧の疑似負荷圧が発生する。
【0029】
また、背圧室41に流入、流出する負荷圧の流速で絞り35前後の差圧が異なるので、操作弁の操作速度に応じて疑似負荷圧が負荷圧よりも低圧、高圧となる。それによって、操作弁を急操作した場合ほど可変容量型油圧ポンプの容量が速く増大、減少するから、応答性がより向上する。
【0030】
第3の発明は、可変容量型油圧ポンプ1のポンプ吐出圧と油圧アクチュエータ3の負荷圧の実際の差圧によって作動し、その実際の差圧が設定差圧となるように可変容量型油圧ポンプ1の容量を制御するLS弁8と、
前述の実際の差圧と設定差圧の差圧の差及び実際の差圧の時間当り変化によって制御圧を発生する手段を備え、
前記手段は、実際の差圧と設定差圧が等しい時には制御圧を負荷圧と等しく、実際の差圧が設定差圧よりも小さい時には、実際の差圧の変化度合に応じて制御圧を負荷圧よりも低圧とし、実際の差圧が設定差圧よりも大きい時には、実際の差圧の変化度合に応じて制御圧を負荷圧よりも高圧とし、
前記LS弁8は、制御圧が負荷圧と等しい時には設定差圧となるように容量制御し、制御圧が負荷圧よりも低圧の時には設定差圧以上となるように容量増大制御し、制御圧が負荷圧よりも高圧の時には設定差圧以下となるように容量減少制御することを特徴とする可変容量型油圧ポンプの容量制御装置である。
【0031】
第3の発明によれば、実際の差圧と設定差圧が等しい時にはLS弁8にポンプ吐出圧、負荷圧と等しい制御圧が作用してバランスし、可変容量型油圧ポンプ1の容量を設定差圧となるように制御する。
【0032】
実際の差圧が設定差圧よりも小さい時には、LS弁8に負荷圧よりも低い制御圧が作用し、LS弁8には実際の差圧以上の差圧が作用するので、LS弁8は、可変容量型油圧ポンプ1の容量を設定差圧以上となるように増大制御する。それによって、可変容量型油圧ポンプ1の容量が短時間に増大して応答性が向上する。
【0033】
実際の差圧が設定差圧よりも大きい時には、LS弁8に負荷圧よりも高い制御圧が作用し、LS弁8には実際の差圧以上の差圧が作用するので、LS弁8は、可変容量型油圧ポンプ1の容量を設定差圧以下となるように減少制御する。それによって、可変容量型油圧ポンプ1の容量が短時間に減少して応答性が向上する。
【0034】
また、制御圧は実際の差圧の変化度合が速い時には負荷圧よりもより一層低圧、高圧とするので、可変容量型油圧ポンプ1の容量増加、減少速度は操作弁2の操作速度に応じたものとなる。それによって、応答性がより一層向上する。
【0035】
第4の発明は、第3の発明におけるLS弁8を、ポンプ吐出圧と制御圧で容量減方向に作動し、2つの負荷圧で容量増方向に作動するものとし、
アキュームレータ37と絞り35で手段とし、このアキュームレータ37の蓄圧室38にポンプ吐出圧を供給し、背圧室41に絞り35を経て負荷圧を供給し、この絞り35の背圧室41寄りから制御圧を検出するようにした可変容量型油圧ポンプの容量制御装置である。
【0036】
第4の発明によれば、アキュームレータ37の蓄圧室38と背圧室41に作用するポンプ吐出圧と負荷圧の差圧でピストン39が移動して背圧室41に負荷圧が流入、流出する。それによって、絞り35の前後に差圧が生じるので負荷圧よりも低圧、高圧の制御圧が発生する。
【0037】
LS弁8はポンプ吐出圧と一方の負荷圧で設定差圧となるように容量制御すると同時に、制御圧と他方の負荷圧で容量制御する。これによって、制御圧が負荷圧よりも低い時にはLS弁8は他方の負荷圧で容量増方向に作動するので、設定差圧以上に容量増大制御し、可変容量型油圧ポンプ1の容量が短時間に増大して応答性が向上する。
【0038】
また、制御圧が負荷圧よりも高い時にはLS弁8は制御圧で容量減方向に作動するので、設定差圧以上に容量減少制御し、可変容量型油圧ポンプ1の容量が短時間に減少して応答性が向上する。
【0039】
また、背圧室41に流入、流出する負荷圧の流速で絞り35前後の差圧が異なるので、操作弁の操作速度に応じて制御圧が負荷圧よりも低圧、高圧となる。それによって、操作弁を急操作した場合ほど可変容量型油圧ポンプの容量が速く増大、減少するから、応答性がより向上する。
【0040】
【発明の実施の形態】
図2に示すように、可変油圧ポンプ1の吐出路1aとLS弁8の第2受圧部13を接続する回路30に減圧弁31を設ける。この減圧弁31は第1・第2受圧室32,33の圧力でドレーン位置aに向けて押され、第3受圧室34の圧力で連通位置bに向けて押される。
【0041】
前記第1受圧室32は絞り35を経て負荷圧検出回路36に接続し、第2受圧室33は減圧弁31の出力側に接続し、第3受圧室34は負荷圧検出回路36に接続している。
【0042】
前記第1受圧室32と第2受圧室33の受圧面積は等しく、第3受圧室34の受圧面積は2倍となっている。このようであるから、減圧弁31はP1 =2×P3 −P2 でバランスする。但し、P1 は出力圧、P2 は第1受圧室32の圧力、P3 は第3受圧室34の圧力である。
【0043】
前記減圧弁31の入力側はアキュームレータ37の蓄圧室38に接続し、このアキュームレータ37はピストン39をばね40と背圧室(ばね室)41の圧力で蓄圧室容量減方向に押すものである。その背圧室41は前記絞り35を経て負荷圧検出回路36に接続している。
【0044】
次に作動を説明する。
(操作弁2を開口面積小の位置に保持した定常状態の時)。
実際の差圧が設定差圧と等しく可変油圧ポンプ1は操作弁2の開口面積に見合う小さな容量(ポンプ吐出流量が少ない状態)となる。
【0045】
この時、アキュームレータ37の蓄圧室38にポンプ吐出圧PO が作用し、背圧室41に負荷圧PLSが作用し、そのピストン39はポンプ吐出圧PO と負荷圧PLSの差圧とばね40の力がバランスした位置で静止している。
【0046】
減圧弁31の第1受圧室32には負荷圧検出回路36で検出した実際の負荷圧PLSが作用し、減圧弁31の第3受圧室34にも実際の負荷圧PLSが作用するので、減圧弁31の出力圧は実際の負荷圧PLSとなる。
【0047】
これによって、LS弁8はポンプ吐出圧PO と実際の負荷圧PLSの差圧が設定差圧となる状態でバランスし、可変油圧ポンプ1の吐出流量(容量)は操作弁要求流量となっている。
【0048】
(操作弁2を開口面積小の位置から開口面積大方向に操作した時。)
前述と同様に操作弁要求流量が増加してポンプ吐出圧PO が低下するので、実際の差圧が設定差圧より低減する。
【0049】
この時、アキュームレータ37の蓄圧室38の圧力が低下し、ピストン39がばね40で蓄圧室容積減方向に摺動して背圧室41の容積が増大するから、実際の負荷圧PLSは絞り35を経て背圧室41に流入する。これによって減圧弁31の第1受圧部32に作用する圧力は、実際の負荷圧PLSよりも絞り35の流通抵抗に見合う圧力低下だけ低圧となる。
【0050】
このために、減圧弁31の出力圧は実際の負荷圧PLSよりも前述の圧力低下に見合う圧力△Pだけ高くなり、LS弁8の第2受圧部13には(PLS+△P)の圧力が作用する。よって、LS弁8の第1受圧部12と第2受圧部13の差圧はPO −(PLS+△P)となって、実際の負荷圧PLSとポンプ吐出圧PO との差圧(PO −PLS)よりも小さくなる。
【0051】
したがって、LS弁8をドレーン位置Bに押す力が実際の差圧に基づく力よりも大きく、サーボピストン5の大径受圧室7と第1回路9との開口面積が大きいから、容量制御部材4の傾転速度が速くなって、可変油圧ポンプ1の容量は速く増加する。
【0052】
(可変油圧ポンプ1の容量が増加してポンプ吐出流量が操作弁要求流量に近づいた時。)
ポンプ吐出圧PO が上昇し、実際の差圧は設定LS差圧より少し小さい。
この時、アキュームレータ37の蓄圧室38の圧力(ポンプ吐出圧PO )が上昇し、ピストン39が押さればね40は一旦伸びた状態から縮む方向へ動くためアキュームレータ37の背圧室41内の圧油は、負荷圧検出回路36へ逆流するが絞り35があるため、アキュームレータ37の背圧室41の圧力は、実際のLS圧(PLS)より高くなるが、差圧変化が小さいことにより圧力及び動きの変化は少ない。よってアキュームレータ37の背圧室41の圧力は、実際のLS圧(PLS)とほぼ等しいか、少し高い状態となる。
【0053】
減圧弁31の第1受圧部32に作用しているアキュームレータ37の背圧室41内の圧力が実際の負荷圧(PLS)より少し高いか同等のため、減圧弁31の出力圧(P1 )は実際の負荷圧(PLS)より少し高いかほぼ等しい。
【0054】
よって、LS弁8の第1受圧部12と第2受圧部13に作用する圧力の差圧は、実際のポンプ吐出圧PO と実際の負荷圧PLSの差圧より少し高いか、ほぼ等しい。
【0055】
これによって、LS弁8が作動し、容量制御部材4の傾転角を下げる(ポンプ吐出量を減少しブレーキをかける)、もしくはLS弁8の開口が閉じる方向で(ポンプ吐出量を増やす)ブレーキをかける。
【0056】
(可変油圧ポンプ1の容量が設定差圧に見合う値よりも大きくなって、ポンプ吐出流量が操作弁要求流量以上まで行き過ぎた時。)
ポンプ吐出圧PO が上昇し、実際の差圧は設定差圧より大きい。
この時、アキュームレータ37の蓄圧室38内の圧力が上昇し、ピストン39は設定差圧に相当する位置で静止している以上に移動して、ばね40が縮められる。ばね40が縮む方向へ動くため、アキュームレータ37の背圧室41内の圧油は負荷圧検出回路36へ逆流するが、絞り35があるためアキュームレータ37の背圧室41内の圧力は実際の負荷圧PLSより高くなる。
【0057】
よって、減圧弁31の第1受圧部32に作用しているアキームレータ37の背圧室41内の圧力が実際の負荷圧PLSよりも高いので、減圧弁31の出力圧は、実際の負荷圧PLSよりも低くなる。
【0058】
これによって、LS弁8の第1受圧部12と第2受圧部13に作用している圧力の差圧は、ポンプ吐出圧PO と実際の負荷圧PLSの差圧よりも大きいから、LS弁8は供給位置Aに作動して可変油圧ポンプ1の容量を減少して吐出流量を減じる。よって、ポンプ吐出流量が操作弁要求流量と合致する。
【0059】
(操作弁2を開口面積大から開口面積小方向に操作した時。)
前述のように、ポンプ吐出圧PO が上昇し、実際の差圧は設定差圧より大きい(ポンプ吐出流量が操作弁要求流量よりも多い。)。
【0060】
この時、アキュームレータ37の蓄圧室41内の圧力が上昇し、ピストン39は設定差圧に相当する位置で静止している以上に移動してばね40が縮められる。これによりアキュームレータ37の背圧室41内の圧油は、負荷圧検出回路36へ逆流するが、絞りがあるためアキュームレータ37の背圧室41の圧力は実際の負荷圧PLSより高くなる。
【0061】
よって、減圧弁31の第1受圧室32に作用する圧力が実際の負荷圧PLSよりも絞り35の流通抵抗に見合う圧力上昇だけ高くなり、その減圧弁31の出力圧は実際の負荷圧PLSよりも圧力上昇に見合う圧力△Pだけ低くなる
【0062】
このために、LS弁8の第2受圧部13には(PLS−△P)の圧力が作用する。よってLS弁8の第1受圧部12と第2受圧部13に作用する圧力の差圧はPO −(PLS−△P)となって、ポンプ吐出圧PO と実際の負荷圧の差圧(PO −PLS)よりも大きくなる。
【0063】
したがって、LS弁8を供給位置Aに押す力が実際の差圧に基づく力よりも大きく、サーボピストン5の大径受圧室7と第2回路11の開口面積が大きいから、容量制御部材4の傾転速度が速くなって、可変油圧ポンプ1の容量は速く減少する。
【0064】
以上の動作を要約すれば、アキュームレータ37と絞り35はポンプ吐出圧PO と負荷圧PLSの実際の差圧と設定差圧との差圧の差及び実際の差圧の時間当り変化によって疑似負荷圧を発生する手段を形成する。
【0065】
具体的には、実際の差圧と設定差圧が等しい時には、アキュームレータ37のピスン39が静定して絞り35に圧油が流れないことで疑似負荷圧が負荷圧と等しくなる。実際の差圧が設定差圧よりも小さい時には、ばね40が伸びてピストン39を押して背圧室41に負荷圧が流入し、絞り35の前後に差圧が生じて疑似負荷圧が負荷圧よりも低圧となる。実際の差圧が設定差圧よりも大きい時には、ピストン39がばね40を縮める方向に移動し背圧室41の負荷圧を流出し、絞り35の前後に差圧が生じて疑似負荷圧が負荷圧よりも高圧となる。
【0066】
前述のアキュームレータ37の背圧室41に負荷圧が流入、流出する速度はポンプ吐出圧の圧力変化速度、つまり実際の負荷圧の時間当り変化が大きければ速く、小さければ遅いから、前述の疑似負荷圧は実際の負荷圧の時間当り変化(換言すれば操作弁2の操作速度)が速ければより低圧、高圧となる。
【0067】
前記減圧弁31は負荷圧と疑似負荷圧とでポンプ吐出圧を減圧して出力圧を負荷圧よりも高圧、低圧とするものである。具体的には疑似差圧と負荷圧が等しい時には出力圧が負荷圧と等しく、疑似差圧が負荷圧よりも低圧であれば出力圧が負荷圧よりも高圧となり、疑似差圧が負荷圧よりも高圧であれば出力圧が負荷圧よりも低圧となる。
【0068】
LS弁8はポンプ吐出圧と減圧弁31の出力圧の差圧で連通位置A、ドレーン位置Bとなるので、前述のように実際の差圧が設定差圧よりも小さい時にはLS弁8に作用するポンプ吐出圧と減圧弁31の出力圧の差圧は、ポンプ吐出圧と負荷圧との差圧よりも大きくなる。これによって、LS弁8をドレーン位置Bに押す力が大きくなってサーボピストン5の大径室7にポンプ吐出圧が速く供給され、可変油圧ポンプ1の容量は短時間に増大する。
【0069】
可変油圧ポンプ1の容量が増大して吐出流量が操作弁要求流量に近づくにつれて実際の差圧と設定差圧との差圧の差が小さくなるが、前述のようにLS弁8に作用する差圧は実際の差圧の差よりも大きいからLS弁8をドレーン位置Bに押す力が大きい。これによってサーボピストン5の大径室7にポンプ吐出圧が多量に供給され続けるから、可変油圧ポンプ1の吐出流量の増加の漸近が抑制される。すなわち目標とする吐出流量への接近速度変化の低下を防止する。
【0070】
また、前述のように実際の差圧が設定差圧よりも大きい時にはLS弁8に作用するポンプ吐出圧と減圧弁31の出力圧の差圧は、ポンプ吐出圧と負荷圧との差圧よりも大きくなる。これによって、LS弁8を連通位置Aに押す力が大きくなってサーボピストン5の大径室の圧油がタンクに流出し、可変油圧ポンプ1の容量は短時間に減少する。
【0071】
可変油圧ポンプ1の容量が減少して吐出流量が操作弁要求流量に近づくにつれて実際の差圧と設定差圧との差圧の差が小さくなるが、前述のようにLS弁8に作用する差圧は実際の差圧の差よりも大きいからLS弁8を連通位置Aに押す力が大きい。これによってサーボピストン5の大径室7の圧油が多量にタンクに流出し続けるから、可変油圧ポンプ1の吐出流量の減少の漸近が抑制される。すなわち目標とする吐出流量への接近速度変化の低下を防止する。
【0072】
次に本発明の第2の実施の形態を説明する。
図3に示すように、LS弁8に第3受圧部50と第4受圧部51を設ける。負荷圧検出回路36を絞り35を絞ってアキュームレータ37の背圧室41に連通し、回路30をアキュームレータ37の蓄圧室38に連通する。
【0073】
絞り35よりも背圧室41寄りを第3受圧部50に接続し、第4受圧部51を負荷圧検出回路36に接続する。
【0074】
次に作動を説明する。
LS弁8は、第1受圧部12に作用するポンプ吐出圧PO と第2受圧部13に作用する負荷圧PLSとの差圧及び、第3受圧部50に作用する制御圧と第4受圧部51に作用する負荷圧との差圧によって連通位置A、ドレーン位置Bに押される。
【0075】
アキュームレータ37のピストン39はポンプ吐出圧と負荷圧との実際の差圧が設定差圧と等しい時には静定し、絞り35に負荷圧が流れない。これによってLS弁8の第3受圧部50に作用する制御圧は負荷圧と等しい。
【0076】
アキュームレータ37のピストン39はポンプ吐出圧と負荷圧との実際の差圧が設定差圧よりも小さい時にはばね40で移動し、背圧室41に負荷圧が流入する。これによって、絞り35の前後に差圧が生じてLS弁8の第3受圧部50に作用する制御圧は負荷圧よりも低圧となる。
【0077】
アキュームレータ37のピストン39はポンプ吐出圧と負荷圧の実際の差圧が設定差圧よりも大きい時にはポンプ吐出圧でばね40に抗して押され、背圧室41内の負荷圧が流出する。これによって絞り35の前後に差圧が生じてLS弁8の第3受圧部50に作用する制御圧は負荷圧よりも高圧となる。
【0078】
つまり、アキュームレータ37と絞り35はポンプ吐出圧と負荷圧の実際の差圧と設定差圧の差圧の差に応じて負荷圧を減圧、加圧して制御圧とする手段を形成している。
【0079】
可変油圧ポンプ1の吐出流量と操作弁2の要求流量が等しく実際の差圧と設定差圧が等しい時には、前述のようにLS弁8の第3受圧部50に作用する制御圧は負荷圧となり、LS弁8の第4受圧部51には負荷圧が作用しているから、LS弁8は第1受圧部12に作用するポンプ吐出圧と第2受圧部13に作用する負荷圧に対応した位置でバランスし、可変油圧ポンプ1はその容量を維持する。
【0080】
レバー17を操作して操作弁2の開口面積を大きくし、操作弁要求流量が可変油圧ポンプ1の吐出流量よりも増加した時には、前述のようにポンプ吐出圧が低下し、ポンプ吐出圧と負荷圧の実際の差圧が小さくなる。
【0081】
これによって、前述のようにアキュームレータ37が作動してLS弁8の第3受圧部50には負荷圧よりも低圧が作用するから、LS弁8は第4受圧部51に作用する負荷圧によってドレーン位置Bに向けて押される。
【0082】
一方、LS弁8は第1受圧部12に作用するポンプ吐出圧と第2受圧部13に作用する負荷圧の差圧によってドレーン位置Bに向けて押される。つまり、LS弁8は設定差圧を高くした場合と同様となる。
【0083】
したがって、LS弁8によって第1回路9とサーボピストン5の大径室7を連通する開口面積が通常のLS弁よりも大きくなり、その大径室7内の圧油が多量にタンクに流出するから、可変油圧ポンプ1の容量が速く増大する。
【0084】
可変油圧ポンプ1の吐出流量が操作弁要求流量に近づいた時には、実際の差圧は設定差圧よりも少し小さい。アキュームレータ37のピストン39はばね40を縮める方向に若干移動して前述の静定した位置に近づく。背圧室41の負荷圧は流出し、絞り35前後に差圧が生じるが、その流出する流量が少ないから絞り35前後の差圧が小さいことにより圧力及び動きの変化は少ない。
【0085】
よって、制御圧は負荷圧より少し高いか、同等のためLS弁8の第3受圧部50の圧力は負荷圧より少し高いか、同等なる。これによって、LS弁8は連通位置Aに向けて押されて可変油圧ポンプ1の容量を減少(容量増加のブレーキをかける)する。
【0086】
レバー17を操作して操作弁2の開口面積を小さくし、操作弁要求流量が可変油圧ポンプ1の吐出流量よりも減少した時には、前述のようにポンプ吐出圧が昇圧し、ポンプ吐出圧と負荷圧の実際の差圧が大きくなる。
【0087】
これによって、前述のようにアキュームレータ37が作動してLS弁8の第3受圧部50には負荷圧よりも高圧が作用するから、LS弁8は第4受圧部51に作用する負荷圧との差圧によって連通位置Aに向けて押される。
【0088】
一方、LS弁8は第1受圧部12に作用するポンプ吐出圧と第2受圧部13に作用する負荷圧の差圧によって連通位置Aに向けて押される。つまり、LS弁8は設定差圧を低くした場合と同様となる。
【0089】
したがって、LS弁8によって第2回路11とサーボピストン5の大径室7を連通する開口面積が通常のLS弁よりも大きくなり、その大径室7内にポンプ吐出圧が多量に流出するから、可変油圧ポンプ1の容量が速く減少する。
【0090】
可変油圧ポンプ1の吐出流量が操作弁要求流量に近づいた時には、実際の差圧は設定差圧よりも少し大きい。アキュームレータ37のピストン39はばね40で若干移動して前述の静定した位置に近づく。背圧室41内負荷圧が流入し、絞り35前後に差圧が生じるが、その流入する流量が少ないから絞り35前後の差圧が小さいことにより圧力及び動きの変化は少ない。
【0091】
よって、制御圧は負荷圧より少し低いか、同等のためLS弁8の第3受圧部50の圧力は負荷圧より少し低いか、同等なる。これによって、LS弁8はドレーン位置Cに向けて押されて可変油圧ポンプ1の容量を増加(容量減少のブレーキをかける)する。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来例の油圧回路図である。
【図2】本発明の第1の実施の形態を示す油圧回路図である。
【図3】本発明の第2の実施の形態を示す油圧回路図である。
【符号の説明】
1…可変容量型油圧ポンプ
2…操作弁
3…油圧アクチュエータ
5…サーボシリンダ
6…小径室
7…大径室
8…LS弁
12…第1受圧部
13…第2受圧部
31…減圧弁
32…第1受圧室
33…第2受圧室
34…第3受圧室
35…絞り
37…アキュームレータ
38…蓄圧室
39…ピストン
40…ばね
41…背圧室
50…第3受圧部
51…第4受圧部
Claims (4)
- 可変容量型油圧ポンプ1のポンプ吐出圧と油圧アクチュエータ3の負荷圧の実際の差圧によって作動し、その実際の差圧が設定差圧となるように可変容量型油圧ポンプ1の容量を制御するLS弁8と、
前述の実際の差圧と設定差圧の差圧の差及び実際の差圧の時間当り変化によって疑似負荷圧を発生する手段と、
前記負荷圧と疑似負荷圧とでポンプ吐出圧を減圧し、その出力圧を前記LS弁8に負荷圧として作用する減圧弁31とを備え、
前記手段は、実際の差圧と設定差圧が等しい時には疑似負荷圧を負荷圧と等しく、実際の差圧が設定差圧よりも小さい時には、実際の差圧の変化度合に応じて疑似負荷圧を負荷圧よりも低圧とし、実際の差圧が設定差圧よりも大きい時には、実際の差圧の変化度合に応じて疑似負荷圧を負荷圧よりも高圧とし、
前記減圧弁31は、疑似負荷圧が負荷圧と等しい時には出力圧を負荷圧とし、疑似負荷圧が負荷圧よりも低圧の時には出力圧を負荷圧よりも高圧とし、疑似負荷圧が負荷圧よりも高圧の時には出力圧を負荷圧よりも低圧とすることを特徴とする可変容量型油圧ポンプの容量制御装置。 - 減圧弁31を、第1受圧室32と第2受圧室33の圧力でドレーン位置に向けて押され、第3受圧室34の圧力で連通位置に向けて押されるものとし、
前記手段を、アキュームレータ37と絞り35を備え、アキュームレータ37の蓄圧室38にポンプ吐出圧が供給され、アキュームレータ37の背圧室41が絞り35を経て負荷圧検出回路36に接続し、その絞り35と背圧室41との間が減圧弁31の第1受圧室32に接続したものとし、
前記減圧弁31の第2受圧室33が出力側に接続し、第3受圧室34が負荷圧検出回路36に接続している請求項1記載の可変容量型油圧ポンプの容量制御装置。 - 可変容量型油圧ポンプ1のポンプ吐出圧と油圧アクチュエータ3の負荷圧の実際の差圧によって作動し、その実際の差圧が設定差圧となるように可変容量型油圧ポンプ1の容量を制御するLS弁8と、
前述の実際の差圧と設定差圧の差圧の差及び実際の差圧の時間当り変化によって制御圧を発生する手段を備え、
前記手段は、実際の差圧と設定差圧が等しい時には制御圧を負荷圧と等しく、実際の差圧が設定差圧よりも小さい時には、実際の差圧の変化度合に応じて制御圧を負荷圧よりも低圧とし、実際の差圧が設定差圧よりも大きい時には、実際の差圧の変化度合に応じて制御圧を負荷圧よりも高圧とし、
前記LS弁8は、制御圧が負荷圧と等しい時には設定差圧となるように容量制御し、制御圧が負荷圧よりも低圧の時には設定差圧以上となるように容量増大制御し、制御圧が負荷圧よりも高圧の時には設定差圧以下となるように容量減少制御することを特徴とする可変容量型油圧ポンプの容量制御装置。 - LS弁8を、ポンプ吐出圧と制御圧で容量減方向に作動し、2つの負荷圧で容量増方向に作動するものとし、
アキュームレータ37と絞り35で手段とし、このアキュームレータ37の蓄圧室38にポンプ吐出圧を供給し、背圧室41に絞り35を経て負荷圧を供給し、この絞り35の背圧室41寄りから制御圧を検出するようにした請求項3記載の可変容量型油圧ポンプの容量制御装置。
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