JP2001317503A - ソレノイド作動バルブの自動較正方法 - Google Patents

ソレノイド作動バルブの自動較正方法

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JP2001317503A JP2001103423A JP2001103423A JP2001317503A JP 2001317503 A JP2001317503 A JP 2001317503A JP 2001103423 A JP2001103423 A JP 2001103423A JP 2001103423 A JP2001103423 A JP 2001103423A JP 2001317503 A JP2001317503 A JP 2001317503A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 入口と、出口と、電気作動のアクチュエータ
とを有する流体バルブの制御を較正する。 【解決手段】 電気作動のバルブの動作を、徐々に増加
する電流をバルブに印加することにより較正する。これ
が生じているときには、バルブの入口または出口の圧力
が測定され、バルブが開く時点を検出する。バルブが開
くと、バルブに印加されている電流のレベルが使用され
て、バルブを開放しようとするときに使用する初期電流
レベルを決定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気的に制御され
るパイロット作動の比例油圧バルブ、特に、かかるバル
ブの制御の較正(calibration)に関する。
【０００２】
【従来の技術】シリンダ及びピストン構造体のようなア
クチュエータに対する作動油の供給は、一組のソレノイ
ド作動パイロットバルブにより制御することができる。
ポンプが、米国特許第５，８７８，６４７号に記載の装
置のような電気油圧バルブ（ＥＨＶ）集成体に加圧下で
作動油を供給する。ＥＨＶ集成体には、流体分配ブロッ
クに接続された油圧シリンダに対する流体の流れを制御
するように４つのソレノイドバルブが取着されている。
第１の対をなすソレノイドバルブが、シリンダのピスト
ン室に対する流体流を制御し、第２の対をなすソレノイ
ドバルブがロッド室に対する流体流を制御する。加圧さ
れた流体を一方のシリンダ室に送るとともに、流体を他
方の室から引き出すことにより、ピストンを、２方向の
一方に動かすことができる。シリンダの室に流れ込む流
体の流量は、連係する供給バルブが開く程度即ち開度を
制御することにより変えることができ、これにより、ピ
ストンは比例して異なる速度で動くことができる。
【０００３】ソレノイド作動のパイロットバルブが、作
動流体の流量を制御するのに周知となっており、電機子
を一の方向に動かしてバルブを開ける電磁コイルを使用
している。電機子は、メインバルブポペットのパイロッ
ト通路を通る流体の流れを制御するパイロットポペット
に作用する。バルブの開度は、電磁コイルに印加される
電流の大きさに直接連係することにより、作動油の流れ
を比例制御することができる。電流がソレノイドコイル
から取り出されたときに、ばねが電機子に作用してバル
ブを閉じる。この種のソレノイド作動のパイロットバル
ブの例が、上記した米国特許に記載されている。
【０００４】かかる比例ソレノイドバルブは、通常、パ
イロットポペットに作用するばね予荷重力(spring prel
oad force)を有する。従って、ばね力に打ち勝ちかつパ
イロットポペットの開放動作を行わせる電磁力を得るに
は、大きな電流が必要となる。オペレータが最初に手動
制御装置を動かしたときに、制御回路が電流をバルブに
ゼロから印加し始めると、十分な電流が電磁コイルに印
加されてバルブを開放する前に、手動制御装置はある量
だけ動かなければならない。これにより、手動制御装置
の無駄にされた動き(wasted motion)の不感帯(dead ban
d)が生ずる。
【０００５】かかる不感帯の問題をなくすために、制御
装置の初期の動きがあったときに、ゼロよりも上の所定
のレベルの電流を印加するように構成された制御回路が
提案されている。即ち、図１に示すように、電磁コイル
に印加される電流は、オペレータが制御装置をオフの位
置から最初に動かしたときに、ゼロからこの所定の初期
電流レベルＩＩＮＴにジャンプする。この所定の初期電
流レベルは、ばね予荷重力よりもわずかに小さい力をソ
レノイドの電機子に発生するように設定される。かくし
て、バルブは、制御装置がオフの位置から動いたときに
直ちには開かない。制御バルブが動き続けると、コイル
の電流は増大して、パイロットバルブを開放することに
より、バルブを通る小さな流れを形成する。最終的に
は、コイルの電流は、メインバルブポペットが開放する
レベルＩ０まで増大する。この動作は、無駄にされたオ
ペレータの動きの不感帯を実質上なくすことができる。
初期電流レベルＩＩＮＴとメインバルブポペットが開く
電流レベルＩ０との差は、「マージン」(“margin”)と
呼ばれる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】この動作においては、
ばね予荷重力の経時的な緩和が生じて、電磁コイルが発
生する有意に小さい力でバルブが開放することによりマ
ージンが減少するという問題がある。かかる緩和は、バ
ルブのばねの疲労、パイロットポペットとシートとの界
面の変形、あるいはメインポペットとシートとの界面の
変形により生ずるものである。圧力補償ソレノイドバル
ブにおいては、補償機構の経時変化によっても、ばね予
荷重力の緩和が生ずる。有意の緩和が生ずると、バルブ
は、初期の電流レベルがバルブに印加されるときに、閉
止位置から実質的な流れ位置までジャンプする可能性が
ある。従って、低流量での制御が損なわれる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、入口
と、出口と、電気作動のアクチュエータとを有する流体
バルブの制御を較正する方法が提供されている。流体バ
ルブを開放しようとする場合には、所定の初期レベルの
電流が、電気作動アクチュエータに最初に印加される。
較正においては、加圧流体を電気作動のバルブの入口に
供給するとともに、種々のレベルの電流を電気作動のア
クチュエータに印加する。入口と出口の一方の圧力が測
定されることにより、流体バルブがいつ開くかを決定す
るのに使用される圧力測定値を提供する。例えば、バル
ブの開放は、測定された圧力の変化の速度が所定の量を
越えて変化するときに指示される。
【０００８】次に、流体バルブが開いたときに印加され
ていた電流のレベルと、所定の初期レベルとの差が、算
出される。所定の初期レベルは、かかる差に応答して変
えられる。本発明の好ましい実施の形態においては、所
定の初期レベルは、流体バルブが開放したときに印加さ
れていた電流のレベルよりも低い所定の量に設定され
る。かかる較正により、バルブを開くのに印加される電
流の初期レベルを、バルブが開き始める電流のレベルよ
りも低い所望の量とすることができる。かくして、バル
ブが経時的に使用される場合でも、バルブの均一な動作
を確保することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】図２について説明すると、電気油
圧バルブが、油圧システム１０において利用され、アク
チュエータ１１の双方向の動きを制御するようになって
いる。アクチュエータ１１は、ピストン１２を備えるこ
とができ、ピストン１２は、該ピストンの両側にピスト
ン室１４とロッド室１５とを画成するようにシリンダ１
３内に配置されている。これらの室１４または１５の一
方または他方に加圧流体を供給することにより、ピスト
ン１２をシリンダ内で動かすことができる。かかる加圧
流体は、出口がポンプ供給ライン１８に接続された可変
容量型ポンプ１６により提供される。
【００１０】ポンプ供給ライン１８は、一対の入口バル
ブ２０及び２２によりシリンダの室１４及び１５に結合
されている。各入口バルブ２０及び２２は、ソレノイド
作動の比例バルブであり、米国特許第５，８７８，６４
７号に記載されているタイプのようなパイロットポペッ
トを有するのが好ましい。本明細書においては、この米
国特許を引用してその説明に代える。第１の入口バルブ
２０の出口は、アクチュエータ１１のピストン室１４に
接続されている。同様に、第２の入口バルブ２２の出口
が、アクチュエータ１１のロッド室１５に接続されてい
る。
【００１１】可変容量型ポンプ１６は、制御入力部２４
の信号により制御される。この信号は、シリンダの室１
４及び１５からの最高負荷圧に応答して発生される。そ
のために、室１３及び１４はそれぞれ、別体をなすチェ
ックバルブ２６及び２７により、負荷感知ライン２８に
接続されている。負荷感知ライン２８は、所定のポイン
トにおいて、シリンダの室内の最大の圧力に対応する圧
力信号を搬送する。この圧力信号は、可変容量型ポンプ
１６の制御入力部２４において制御信号を発生すること
により、応答する負荷感知回路３０に印加される。ある
いは、チェックバルブ２６と２７及び負荷感知ライン２
８は、電気的な負荷感知機構と置き換えることができ
る。
【００１２】第１の圧力センサ３１が、ポンプ供給ライ
ン１８に接続されており、このラインの圧力を示す信号
をコントローラ２５に提供するようになっている。入口
バルブ２０及び２２からシリンダの室１４及び３４に延
びる供給ラインはまた、別体をなす圧力センサ３２及び
３３を有しており、圧力センサは信号をコントローラ２
５に送る。圧力センサ３２及び３３は、ピストン室１４
とロッド室１５の圧力をそれぞれ示す入力信号を提供す
る。
【００１３】アクチュエータ１１の室１４及び１５は、
第３及び第４の出口バルブ３４及び３６により、油圧シ
ステム１０の流体リザーバ、即ち、タンク３８に接続さ
れている。各出口バルブ３４及び３６は、入口バルブ２
０及び２２と同じタイプのソレノイド作動比例バルブで
ある。
【００１４】入口バルブ及び出口バルブはいずれも、オ
ペレータによる、ジョイスティック４５のような手動制
御装置の起動に応答して発生されるコントローラ２５か
らの電気信号により制御される。オペレータがジョイス
ティック４５を動かす程度により、コントローラ２５
は、バルブが開放する程度、従って、バルブを介して流
れる流体の流量を定める、それぞれのバルブに印加され
る電流の量を変えることができる。コントローラ２５
は、油圧システム１０の動作を制御するソフトウエアの
プログラムを実行するマイクロコンピュータベースの装
置である。
【００１５】第４の圧力センサ４０が、第１及び第２の
出口バルブ３４及び３６から流体リザーバ３８に延びる
ライン４２の圧力を示す入力信号をコントローラ２５に
提供するように設けられている。
【００１６】コントローラ２５は、入口バルブ２０及び
２２と出口バルブ３４及び３６とを定期的に較正して、
初期のコイル電流と各バルブが開放する電流レベルとの
マージンが所望のレベルに保持されるようにする。オペ
レータは、較正処理を開始する前に、アクチュエータ１
１により制御される装置の部材を非負荷支持位置(non-l
oad bearing position)に配置する。例えば、リフトト
ラックの場合には、マストが、マストアクチュエータに
対して油圧バルブを較正するために完全に下げられる。
【００１７】アクチュエータ１１が非負荷支持位置にあ
るときに、オペレータは、コントローラ２５に信号を送
る較正スイッチ４４を起動する。コントローラは、較正
信号に応答して、図３に示す較正処理５０を具体化する
ソフトウエアのルーチンの実行を開始する。較正はま
た、アクチュエータが典型的には非負荷支持位置に配置
されるときに装置が運転停止になると、自動的に起動す
ることができる。
【００１８】較正処理５０の第１のステップ５２におい
ては、コントローラ２５は、所定の時間間隔で出口バル
ブ３４及び３６を開放する。この間隔は、アクチュエー
タ１１の室１４及び１５内に捕捉された流体圧がシステ
ムのタンク３８に作動油を導くことにより開放されるよ
うに十分な長さを有する。次に、ソフトウエアの実行
は、ステップ５４に進み、コントローラ２５は、ここ
で、指令を負荷感知回路３０に出し、ポンプ１６の出口
圧を所定のレベルに高める。次いで、コントローラ２５
により第１の入力バルブ２０の電磁コイルに印加される
電流Ｉｃは、ステップ５６において第１の電流レベルに
設定される。第１の電流レベルは、図１のグラフにおけ
る初期電流レベルＩＩＮＴよりも低い。
【００１９】図２及び図３について更に説明すると、ア
クチュエータ１１の連係する室１３に入力される圧力
は、次に、ステップ５８において圧力センサ３２から出
力信号を読みとるコントローラ２５により測定される。
ステップ６０においては、前の圧力測定値があるときに
は、これら２つの測定値は、シリンダの室１３内の圧力
の上昇速度を算出するのに利用される。圧力は所定の時
間間隔で測定されるので、この上昇速度は、一番最近の
圧力測定値とその前の圧力測定値との差を算出するだけ
で定めることができる。次に、コントローラ２５は、ス
テップ６２において、圧力上昇の速度が、第１の入口バ
ルブ２０のメインポペットが開放したことを示す所定の
しきい値を越えたかどうかを定める。しきい値を越えて
おらず、第１の入口バルブ２０が閉じられた状態にある
ことを示している場合には、プログラムの実行はステッ
プ６４に移り、ステップ６４においては、第１の入口バ
ルブ２０に印加されるコイルの電流Ｉｃは、一定の量だ
け増加される。図１のレベルＩＩＮＴとレベルＩ０との
間の所望の電流マージンが、例えば、０．１アンペアで
ある場合には、コイルの電流は０．０１アンペアだけ増
加させることができる。この新しい電流レベルは、第１
の入口バルブ２０の電磁コイルに印加され、ステップ５
８−６４は、圧力上昇の速度がステップ６２において所
定のしきい値Ｘを越えるまで、繰り返される。
【００２０】これが起こると、現在のマージンがステッ
プ６６においてコントローラにより算出される。即ち、
マージンは、バルブが開放したコイルの電流レベルＩ０
マイナス初期電流のレベルＩＩＮＴである。次に、ステ
ップ６８において、現在のマージンが所定の量Ｙを越え
る量だけ所望のマージンと異なるかどうかを決定する。
これは、実際のマージンが所望のマージン値よりも有意
に小さくなったことを示す。このような減少が生ずる
と、プログラムの実行は、ステップ７０に進み、ステッ
プ７０においては、初期電流のレベルＩＩＮＴは、バル
ブが開放した現在の電流レベルＩｃマイナス所望のマー
ジンに等しく設定される。初期電流レベルＩＩＮＴのこ
の新しい値は、コントローラ２５のメモリに記憶される
ことにより、第１の入口バルブ２０の動作を再較正す
る。
【００２１】次に、ステップ７２において、較正を行う
べき別の入口バルブ（例えば、バルブ２２）があるかど
うかを決定する。このようなバルブがある場合には、こ
のバルブが選定され、処理はステップ５６に戻り、処理
がこの別のバルブに関して繰り返される。バルブの全て
が較正されると、処理５０は終了する。
【００２２】出口バルブ３４及び３６を較正するのに、
同様の処理を利用することができる。この場合には、入
口バルブ２０及び２２は、いずれも開放され、圧力をポ
ンプ１８からアクチュエータ１１の室１４及び１５を介
して出口バルブ３４及び４６の入口に供給する。次い
で、入口バルブ２０及び２２が閉止され、圧力をシリン
ダの室に閉じ込める。次に、コントローラ２５が、電流
を選定された出口バルブの電磁コイルに印加し、かつ、
アクチュエータ１１の対応する室１４及び１５の圧力を
監視するとともに電流を徐々に高める。この圧力は、こ
のシリンダの室と連係する圧力センサ３２または３３に
より指示される。
【００２３】選定された出口バルブ３４または３６が開
くと、連係する圧力は有意に降下する。これが起こる
と、バルブの電磁コイルに印加されている電流Ｉｃは、
バルブが開放する電流レベルＩ０に対応する。この電流
レベルＩｃは、出口バルブに関する初期電流ＩＩＮＴと
ともに、電流のマージンが再設定されるべきかどうかを
決定するために、上記したように使用される。
【００２４】
【発明の効果】本発明は、上記のように構成されている
ので、入口と、出口と、電気作動のアクチュエータとを
有する流体バルブの制御を有効に較正することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】比例ソレノイドバルブに印加される電流と流体
流との関係を示すグラフ図である。
【図２】本発明を組み込んだ油圧システムの概略図であ
る。
【図３】比例ソレノイドバルブの電気作動を再較正する
ためにコントローラにより実行されるソフトウエアルー
チンのフローチャートである。
【符号の説明】
１０ 油圧システム １１ アクチュエータ １２ ピストン １３ シリンダ １４ ピストン室 １５ ロッド室 １６ 可変容量型ポンプ １８ ポンプ供給ライン ２０、２２ 入口バルブ ２４ 制御入力部 ２５ コントローラ ２６、２７ チェックバルブ ２８ 負荷感知ライン ３０ 負荷感知回路 ３１、３２、３３、４０ 圧力センサ ３４、３６ 出口バルブ ３８ 流体リザーバ即ちタンク ４２ ライン ４４ 較正スイッチ ４５ ジョイスティック ５０ 較正処理
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 598096131 Ｐ．Ｏ． Ｂｏｘ 257， Ｗａｕｋｅｓ ｈａ， Ｗｉｓｃｏｎｓｉｎ 53187− 0257 ＵＳ (72)発明者 ステファンソン， ドゥイト アメリカ合衆国 53018 ウィスコンシン 州 デラフィールド， ジェネシー スト リート エス． 360

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 入口、出口及び電気作動のアクチュエー
    タを有し、開放されようとするときに所定の初期レベル
    の電流を最初に電気作動アクチュエータに印加するよう
    に構成された流体バルブの制御を較正する方法であっ
    て、 加圧流体を流体バルブの入口に供給する工程と、 種々のレベルの電流を電気作動アクチュエータに印加す
    る工程と、 圧力測定値を得るために入口及び出口の一方の圧力を測
    定する工程と、 圧力測定値から流体バルブが開放する時点を決定する工
    程と、 流体バルブが開放したときに印加されていた電流のレベ
    ルと所定の初期レベルとの差を決定する工程と、 差に応答して所定の初期レベルを変える工程とを備える
    ことを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 圧力を測定する工程は流体バルブがアク
    チュエータへの流体の流れを制御するときの出口の圧力
    を測定する工程からなることを特徴とする請求項１に記
    載の方法。
  3. 【請求項３】 圧力を測定する工程は流体バルブがアク
    チュエータからの流体の流れを制御するときの入口の圧
    力を測定する工程からなることを特徴とする請求項１に
    記載の方法。
  4. 【請求項４】 種々のレベルの電流を印加する工程は所
    定の電流レベルを電気作動のアクチュエータに印加する
    とともに、流体バルブが開放する決定が行われるまで電
    流を場合により増加させる工程からなることを特徴とす
    る請求項１に記載の方法。
  5. 【請求項５】 流体バルブが開放する時点を圧力測定値
    から決定する工程は所定の速度の圧力変化が生じる時点
    を決定する工程からなることを特徴とする請求項１に記
    載の方法。
  6. 【請求項６】 所定の初期レベルを変える工程は流体バ
    ルブが開放したときに印加されていた電流のレベルより
    も低い所定のレベルに所定の初期レベルを設定する工程
    からなることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  7. 【請求項７】 入口、出口及び電気作動のアクチュエー
    タを有し、開放されようとするときに所定の初期レベル
    の電流を最初に電気作動アクチュエータに印加するよう
    に構成された流体バルブの制御を較正する方法であっ
    て、 （ａ）加圧流体を流体バルブの入口に供給する工程と、 （ｂ）所定のレベルの電流を電気作動アクチュエータに
    印加する工程と、 （ｃ）圧力測定値を得るために入口及び出口の一方の圧
    力を測定する工程と、 （ｄ）圧力測定値から流体バルブが開いているか閉じて
    いるかを決定する工程と、 （ｅ）流体バルブが閉じていると決定されたときに電流
    を増加する工程と、 （ｆ）流体バルブが開いていると決定されるまで工程
    （ｃ）乃至（ｅ）を繰り返す工程と、 （ｇ）流体バルブが開いていると決定されたときに、電
    気作動アクチュエータに印加されている電流のレベルと
    所定の初期レベルとの差を決定する工程と、 （ｈ）差が所定の量よりも大きいかどうかを決定する工
    程と、 （ｉ）差が所定の量よりも大きいときに所定の初期レベ
    ルを変える工程とを備えることを特徴とする方法。
  8. 【請求項８】 圧力を測定する工程は流体バルブがアク
    チュエータへの流体の流れを制御するときの出口の圧力
    を測定する工程からなることを特徴とする請求項７に記
    載の方法。
  9. 【請求項９】 圧力を測定する工程は流体バルブがアク
    チュエータからの流体の流れを制御するときの入口の圧
    力を測定する工程からなることを特徴とする請求項７に
    記載の方法。
  10. 【請求項１０】 圧力測定値から流体バルブが開いてい
    るか閉じているかを決定する工程は所定速度の圧力変化
    が生じたときに流体バルブが開放していることを決定す
    る工程からなることを特徴とする請求項７に記載の方
    法。
  11. 【請求項１１】 所定の初期レベルを変える工程は流体
    バルブが開いたときに印加されていた電流のレベルより
    も低い所定のレベルまで所定の初期レベルを設定する工
    程からなることを特徴とする請求項７に記載の方法。
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