JP2011502230A - 流体作動機械を動作させる方法 - Google Patents

Abstract

総合的調整型油圧ポンプの流体流量出力が所与の流体流量要求量に適合されるとき、総合的調整型油圧ポンプの流体出力流量に脈動が生じることがある。こうした圧力脈動を回避するために、１組の事前計算された作動パターンを用いて総合的調整型油圧ポンプの電気整流式弁を作動させることが提案される。

Description

本発明は、周期的に容積が変化する少なくとも１つの作動チャンバと、高圧流体接続部と、低圧流体接続部と、作動チャンバを高圧流体接続部及び／又は低圧流体接続部に接続する少なくとも１つの電気作動式弁とを含み、電気作動式弁のうち少なくとも１つの作動は流体流量要求量に応じて選択されるように構成された流体作動機械を動作させる方法に関する。本発明は、さらに、容積が周期的に変化する少なくとも１つの作動チャンバと、高圧流体接続部と、低圧流体接続部と、作動チャンバを高圧流体マニホルド及び／又は低圧流体接続部に接続する、少なくとも１つの電気作動式弁と、少なくとも１つの電子コントローラ・ユニットとを含む流体作動機械に関する。さらに、本発明は、前述の形式の流体作動機械の電子コントローラのために用いられることが意図される記憶装置に関する。

流体作動機械は、一般に、流体を吐出するのに、又は、モータ作動モードで流体を用いて流体作動機械を駆動するのに用いられる。「流体」という用語は、気体及び液体の両方に関連するものとすることができる。当然、流体は、気体と液体の混合物に関連するもの、さらには、気体であるか液体であるかを区別できない超臨界流体に関連する場合もある。

こうした流体作動機械は、流体の圧力レベルを増加させなければならない場合に用いられることが非常に多い。例えば、こうした流体作動機械は、空気圧縮機又は油圧ポンプとして構成することができる。

一般に、流体作動機械は、周期的に変化する容積を有する１つ又はそれ以上の作動チャンバを含む。通常、周期的に変化する容積の各々について、作動チャンバには、流体入口弁及び流体出口弁が設けられる。

伝統的に、流体入口弁及び流体出口弁は、受動型弁である。特定の作動チャンバの容積が増加するとき、作動チャンバの容積増加により生じる差圧のために、その流体入口弁が開き、流体出口弁が閉じる。作動チャンバの容積が再び減少する位相の間においては、圧力差の変化により、流体入口弁が閉じ、流体出口弁が開く。

流体作動機械を改良するための比較的新しい有望な手法は、デジタル容積型ポンプ又は可変容積型ポンプとしても知られている、いわゆる総合的調整型油圧ポンプである。例えば、こうした総合的調整型油圧ポンプは、欧州特許第ＥＰ０４９４２３６Ｂ１号又は国際特許第ＷＯ９１／０５１６３Ａ１号により周知である。これらのポンプにおいては、受動型入口弁に代えて、電気作動式入口弁が用いられる。受動型出口弁も電気作動式出口弁に置き換えられることが好ましい。弁を適切に制御することにより、全ストロークポンプ作動モード、空動サイクルポンプ作動モード（アイドル・モード）、及び部分ストロークポンプ作動モードを達成することができる。さらに、入口弁及び出口弁の両方が電気作動式である場合には、ポンプを油圧モータとして用いることもできる。ポンプが油圧モータとして作動される場合には、全ストロークのモータ作動も、部分ストロークのモータ作動も可能である。

こうした総合的調整型油圧ポンプの主な利点は、従来の油圧ポンプと比較して効率が高いことである。さらに、弁が電気作動式であるので、総合的調整型油圧ポンプの出力特性を非常に迅速に変更することができる。

総合的調整型油圧ポンプの流体流量出力を所定の要求量に適合させるために、当技術分野において幾つかの手法が周知である。

例えば、一定時間のみ、総合的調整型油圧ポンプを全ストロークポンプ作動モードに切り換えることが可能である。総合的調整型油圧ポンプがポンプ作動モードで動作するときには、高圧流体リザーバが流体で満たされる。一定の圧力レベルに達すると、総合的調整型油圧ポンプがアイドル・モードに切り換わり、流体流量要求量が、高圧流体リザーバにより供給される。高圧流体リザーバが一定の低い閾値レベルに達すると、総合的調整型油圧ポンプが再び作動状態に切り換わる。

しかしながら、この手法は、比較的大きい高圧流体リザーバを必要とする。そうした高圧流体リザーバは高価であり、大きい容積を占め、非常に重いものである。さらに、ある程度の出力圧力のばらつきが生じる。

今のところ、総合的調整型油圧ポンプの出力流体流量を所定の要求量に適合させるための最も進んだ提案が、欧州特許第ＥＰ１５３７３３３Ｂ１号に記載されている。ここでは、アイドル・モードと、部分ストロークポンプ作動モードと、全ストロークポンプ作動モードとの組み合わせを用いることが提案されている。アイドル・モードにおいては、流体は、それぞれの作動チャンバから高圧マニホルドに吐出されない。全ストロークモードにおいては、それぞれのサイクル内で流体を高圧側に吐出するために、作動チャンバの使用可能容積の全部が用いられる。部分ストロークモードでは、それぞれのサイクル内で流体を高圧側に吐出するために、使用可能な容積の一部分だけが用いられる。機械を通る流体の時間平均有効流量が所与の要求量を満たすように、幾つかのチャンバの間、及び／又は、幾つかの連続するサイクルの間に異なるモードが配分される。

これまでに採用されている制御方法は、制御アルゴリズムが、必要な計算を「オンラインで」行なう、すなわち流体作動機械の実際の使用中に行なうという共通点があった。このため、変動要素として、いわゆる「アキュムレータ」が用いられた。このアキュムレータは、流体流量要求量を（主要）入力変数として用いる。

流体作動機械の使用中、アキュムレータの値をチェックし、ポンプ作動工程を開始すべきかどうかを判断する。次のステップにおいて、実際の流体流量要求量を加えることによって、アキュムレータを更新する。さらに、或る程度のポンプ作動が実行されたとき、適切な値がアキュムレータから減算される。次いで、ループが閉じられる。

これらの「オンライン式」制御方法、特にこれまで公知の制御方法は、実施するのが比較的容易であるが、依然として、一定の制限及び欠点がある。主な問題は、時間応答性、すなわち、流体流量要求量が変化した後、その流体流量出力を調整するために流体作動機械が必要とする時間が、特に特定の作動条件下においてかなり長くなり得ることである。さらに特定の作動条件下では、流体作動機械の出力特性の非常に大きな変動、従って、高圧側で強い圧力脈動が観測されることになる。こうした圧力脈動は、油圧消費区分（例えば、油圧ピストン又は油圧モータ）における動作として認識することができる。脈動は、始動・停止挙動（「引っ掛かり」挙動）として認識されることになる。この圧力脈動はさらに、油圧システムの特定の部分の破損をもたらすことさえある。

これらの問題を解決するために、種々の問題に対処する幾つかの改善点が考慮された。これらの改善点の幾つかは、根底にある問題の一部にかなり有効に対処するが、特定の問題は、これらの改善点によっても依然として対処されない。

主な欠陥は、デジタル（すなわち、区分された）コントローラにより「オンライン・アルゴリズム」を用いる場合、決して数値的アーチファクトを完全には回避できないことである。これは、総合的調整型油圧ポンプについてのある種の「モアレ効果」とみなすことができる。これらの数値的アーチファクトは、特に、流体流量要求量が、時間と共に連続的に変化するときに生じる可能性がある。実際、以前から既知の「オンライン」制御アルゴリズムを用いる場合、かなり多くの事例において、流体流量出力に大きな変動、及び、長時間ポンプ作動が全く行なわれないギャップさえも、観測することができる。

欧州特許ＥＰ１５３７３３３Ｂ１ 国際特許第ＷＯ９１／０５１６３Ａ１号 欧州特許第ＥＰ１５３７３３３Ｂ１号

従って、本発明の目的は、改良された流体流量出力特性を示す、総合的調整型の流体作動機械を動作させるための方法を提案することである。さらに、適切な流体作動機械及び記憶装置が提案される。

請求項１に記載の方法、請求項１２に記載の流体作動機械、及び請求項１４に記載の記憶装置により課題を解決する。

この課題を解決するため、前述の形式の流体作動機械を動作させる方法を修正して、電気作動式弁の作動パターンを１組の事前計算された作動パターンから選択するようにすることを提案する。

事前計算された作動パターンは、記憶装置内に格納することができる。特定の要求量が必要とされる場合には、格納された作動パターンの組から適切な作動パターンを選択することができる。作動パターンは、原則として、無ストロークポンプ作動サイクル（アイドル・モード）、部分ストロークポンプ作動サイクル及び全ストロークポンプ作動サイクルの何らかの組み合わせとすることができる。作動パターンを事前計算することにより、多過ぎるほどの作動パターンの条件を検討し、考慮することができる。例えば、流体出力流量が非常に滑らかになるように、使用される作動パターンを選択することができる。このようにして、圧力脈動を回避することができる。さらに、作動パターンを事前計算することにより、アンチエイリアシング法を用いることもできる。これにより、前述の数値的アーチファクト（モアレ効果）を低減させることができる。

特定の用途に関連する特定の制限を考慮することさえも可能である。例えば、ある用途においては、ある閾値を超える圧力ピークを回避する必要がある場合がある。しかしながら、別の用途においては、流体流出パターンにおけるギャップにより生じる圧力の落ち込みを回避しなければならない。

作動パターンを設定する際に、これらの及び他の制限を検討することができる。作動パターンは、コンピュータ・プログラムによって計算することができ、又は、手動で設定することもできる。しかしながら、手動の設定は、コンピュータによる支援、並びに、コンピュータ・プログラムによって事前計算された作動パターンを手動で修正することを含むことができる。

流体流量要求量は、通常、流体作動機械が取り付けられた機械を操作する操作者からの入力としてもたらされる。流体流量要求量は、コマンド位置（例えば、コマンドレバー、パドル、スロットル、ジョイスティック、エンジン速度等）から得ることができる。当然ながら、流体流量要求量を、例えば、電子コントローラによって決定することも可能である。また、電子コントローラにより、特定の作動条件下のみにおける流体流量要求量を決定する（又は、影響を及ぼす）ことも可能である。その例は、例えば、エンジンの過熱というリスクがあるための、臨界作動条件下での遮断又は電力の削減である。

事前計算された作動パターンは、通常は、一度計算するだけでよい。推定上、事前計算された作動パターンの組は、幾つかの用途のために用いることさえ可能である。また、事前計算された作動パターンの標準的な組を、別の用途の作動パターンの組を修正するために用いることもできる。従って、作動パターンの組を計算するためには、著しい労力が必要になることがある。さらに、単一の作動パターンを計算するのに数時間かかるか、及び／又は、作動パターンを計算するためのプログラムを実行するのにＣＰＵを数時間使用することさえある。流出特性のためにこのように大量の時間を使用することは、「オンライン」制御アルゴリズムでは不可能である。

比較的大掛かりなリソースを利用して作動パターンの組を「オフラインで」開発することは、それほど問題ではないため、また、記憶装置（ＲＯＭチップ、ＰＲＯＭチップ等）は安価に入手可能であるため、異なる流体流量要求量に対して大量の異なる作動パターンを準備することができる。異なる作動パターンの数が十分に大きい場合には、特定の入力流体流量要求量を、事前計算された作動パターンが格納されている次の値に「丸める」ことも可能である。作動パターンが格納されている隣接する流体流量要求量間の間隔が十分に小さい場合には、通常、この「丸め」に機械の操作者が気付くことはない。これらの間隔は、必ずしも、２つの数値間の差が等しい算術型である必要はない。代わりに、幾何型を用いることもできる。この場合、増分を、非常に低い流体流量要求量ではより小さく設定し、より高い流体流量要求量ではより大きくなるようにすることができる（幾何型）。また、増分は、非常に低い流体流量要求量ではより大きくし、高流体流量要求量ではより小さくすることもできる（対数型）。また、対数型と幾何型の組み合わせを用いることもでき、この場合には、増分は、低流体流量要求量並びに高流体流量要求量の両方の側で小さくなる。しかしながら、中（程度）の流体流量要求量において、増分は大きくなる。

しかしながら、出力特性をさらに改善するためには、２つの事前計算された作動パターン間にある流体流量要求量は、２つの作動パターンを補間することにより与えられるようにすることが好ましい。この補間は、通常は、作動パターンが互いに時間的に続いている適切なシリーズによって行われる。例えば、２％の要求量及び３％の要求量についての作動パターンが格納されており、実際の流体流量要求量が２．１％である場合には、２．１％の要求量は、単一の３％の作動パターンの１シリーズと、これに続く２％の容積比率を有する９つの作動パターンの群とが実行されたときに、長期的に満たすことができる。この補間により、異なる作動パターンの数を許容可能な量に制限することができるが、操作者による微調整は依然として可能である。

また、流体流量要求量についての格納された値から少なくとも１つの作動角度（作動開始角度、作動時間、作動開始時間）を修正することにより、２つの事前計算された作動パターン間にある流体流量要求量を与えることも可能である。これを行うことにより、非常に滑らかな微調整をすることができる。利点は、この方法で修正された作動パターンの全体の長さが一定のままであることである。一定の個々のポンプ作動サイクルを事前計算作動パターン内に指定することが可能である。指示された個々のポンプ作動サイクルの情報を、作動パターンと共に格納することができる。この格納された情報はさらに、事前計算された作動パターンの全体の流体流量出力を特定の方法で修正するために、指示された個々のポンプ作動サイクルの角度をどれだけ大きく修正しなければならないかを示すパラメータ値を含むこともできる。

必要とされる流体流量要求量の変更に応じて、異なる作動パターン間の遷移を、前の作動パターンの終わりにおいて簡単に行なうことができる。要求量の変更を処理するためのこの手法は、非常に単純である。事前計算された作動パターンの全体を先ず完了しなければならないため、要求量を変更するときにも、流体流量要求量と流体流量出力との間の誤差を回避することができる。提案される方法は、作動パターンが比較的短い場合に最もうまく機能する。この方法により、要求量の変更と流体流量出力の変化との間の時間遅延は無視できる程度になる。また、特定の場合、例えば、格納される作動パターンが短い場合、又は、現在の作動パターンの残り部分が比較的短い場合には、この提案される遷移方法を制限することも可能である。

しかしながら、前の作動パターンの実行中に、異なる作動パターンへの遷移を行なうことが利点をもたらすことも分かる。これは、特に、格納された作動パターンの一部が非常に長いときに、要求量の変更と流体流量出力の変化との間の遅延を最小にするのに非常に有効な方法となる。当然、作動パターンが長い場合及び／又は現在の作動パターンの残りの部分が長い場合にだけ、この修正の適用を制限することも可能である。１つのパターンから別のパターンへの遷移により生じる誤差を最小にするために、次の作動パターンにおいて、わずかに大きいか又は小さい流体流量を有する作動パターンを選択することが可能である。

異なる作動パターン間の遷移に際し、後続の作動パターンを、該後続の作動パターンの中途の位置から開始することによって、遷移による誤差又は異なる作動パターン間の遷移により引き起こされる他のいずれかの問題に対処することが好ましい。作動パターンが開始される実際の位置は、例えば、流体流量要求量の変更によって決めることができる。

また、異なる作動パターン間の遷移の滑らかさを示す遷移変数を用いることもできる。この遷移変数は、アキュムレータ変数が従来技術において用いられているのと同様の方法で、流体流量要求量と流体流量出力との間の差を合計したものとすることができる。具体的には、事前計算された作動パターンにおいては、事前計算された作動パターン内のある点での流体流量要求量と実際の流体流量出力との間の不一致を示す変数を与えることが可能である。実際の現行の遷移変数と、事前計算された作動パターン内に格納されている変数との間の差ができる限り小さい点を選択することによって、良好な遷移点を簡単に求めることができる。

流体流量出力をできる限り滑らかにするために、特に同じパターン内で、少なくとも２つ又はそれ以上の異なるポンプ作動／モータ作動比率を用いることが好ましい。換言すれば、事前計算された作動パターンにおいて、少なくとも２つの異なる吐出比率を有する個々のポンプ作動サイクルが用いられる。大まかに言うと、異なる出力比率の数が多いほど、流体出力はより滑らかになる。原則的に、異なる容積比率の数は無限とすることができる。しかしながら、異なる吐出比率の数が増加するのに伴って、作動パターンを計算する複雑さが増すことになる。そのため、異なる吐出比率の数を、限定された数の組、例えば２つに制限することが好ましい。

作動パターンにおいて、特定の部分ストロークの容積比率を除外することが好ましい。５０％の又は約５０％の部分ストロークパルスについては、通常、作動チャンバの容積変化が正弦波の形状であるため、作動チャンバを出る流体の速度は非常に速いことが分かっている。この領域で電気整流入口弁を閉じて、部分ストロークポンプ作動サイクルを開始する場合には、雑音の発生及び／又は弁のより大きい摩耗がもたらされる可能性がある。従って、作動パターンを設定する際には、可能であれば、こうした分数値を除外することが好ましい。「禁止」区間は、１６．７％（１／６）、２０％、２５％、３０％、３３．３％（１／３）、４０％、４５％で始まり、５５％、６０％、６５％、６６．７％（２／３）、７０％、７５％、８０％、及び８６．１％（５／６）で終了することができる。具体的には、「禁止」区間の限度は、
ｎ＝３，４，５．．．．であるとき、１／ｎ及び（ｎ−１）／ｎ
になるように選択することができる。上限及び下限は、ｎについての異なる値を用いることによって計算することができる。また、この除外を特定の作動パターンの組だけに制限することも可能である。例えば、特定の流体流量要求量の範囲には、「禁止」区間を含む作動パターンでしか合理的に与えられない場合には、より良好な流体出力動作を得るために、上述の欠点を受け入れることが可能である。「禁止領域」の大きさは、軸速度によっても決まることがある。

事前計算されたパターンを設定する際には、全体の流体出力を考慮するだけではなく、さらに、作動パターン内におけるポンプ作動／モータ作動ストロークの配分も、作動パターンの実行中に滑らかな流体流量出力が維持されるようにすべきである。この滑らかな出力特性は、吐出比率の適切な選択、個々のポンプ作動サイクルの適切な配置、及び個々のポンプ作動サイクル間の適切な間隔によって達成することができる。

作動パターンを事前計算する際には、個々のポンプ作動／モータ作動ストロークの時間依存流体出力流量を、事前計算された作動パターンについて考慮することが有利である。例えば、前に開始された全ストローク又は部分ストロークパルスの高出力流量段階中に、部分ストロークパルスが開始されないようにすれば、流体流量出力のピークを回避することができる。

さらに、電子コントローラ・ユニットが、前述の方法の１つ又はそれ以上の態様による方法を実行するように、電子コントローラ・ユニットを設計し、配置することを特徴とする前述の形式の流体作動機械が提案される。複数の作動チャンバが存在する場合には、高圧流体マニホルド及び／又は低圧流体マニホルドを用いることができる。

流体作動機械は、少なくとも１つの事前計算された作動パターンを格納する少なくとも１つの記憶装置を含むことが好ましい。

さらに、前述の方法の少なくとも１つの態様を実行するための少なくとも１つの事前計算された作動パターンを格納する記憶装置が提案される。

流体作動機械及び記憶装置は、提案される方法についての前述した実施形態におけると同様に修正することができる。それぞれの実施形態の目的及び利点は、説明された方法のそれぞれの実施形態と同様である。

６つのシリンダを有する総合的調整型油圧ポンプの概略図を示す。 部分ストロークポンプ作動の概念を示す。 幾つかのシリンダの個々の出力流量により、どのようにして出力流が生成されるかを示す。 異なる吐出比率の異なる時間の長さを示す。 異なる吐出比率の異なる時間の長さを示す。 複合ブロックの使用例を示す。 連続的に変調される部分ストロークパルスの狭い区間についての作動パターンの必要最小長を示す。 連続的に変調される部分ストロークパルスのより広い区間についての作動パターンの必要最小長を示す。

本発明は、添付図面と共に、本発明の実施形態の以下の説明を考慮するときにより明らかになるであろう。

図１において、６個のシリンダ３を有する、１つのバンク２を備えた総合的調整型油圧ポンプ１の例を示す。各々のシリンダは、周期的に容積が変化する作動空間４を有する。作動空間４は本質的にシリンダ部５及びピストン６により定められる。ばね７が、シリンダ部５とピストン６を互いに離れる方向に押す。ピストン６は、回転可能なシャフト９の回転軸の中心に対して芯ずれして取り付けられた偏心部８に支持されている。従来のラジアル・ピストン・ポンプ（「ウェディングケーキ」型ポンプ）の場合には、複数のピストン６が、同じ偏心部８を共有することもできる。偏心部８の軌道運動により、ピストン６が、それぞれのシリンダ部５との間で往復運動する。それぞれのシリンダ部５内でのピストン６のこの運動により、作動空間４の容積が周期的に変化する。

図１に示す例においては、総合的調整型油圧ポンプ１は、電気作動式入口弁１０と電気作動式出口弁１１とを有する形式である。入口弁１０及び出口弁１１は、両方とも、一方の側においてシリンダ３の作動チャンバ４に流体接続される。他方の側では、弁は、それぞれ、低圧流体マニホルド１８及び高圧流体マニホルド１９に流体接続される。

総合的調整型油圧ポンプ１は電気作動出口弁１１を含むため、これを油圧モータとして用いることもできる。勿論、ポンプ作動モード中に入口弁となる弁は、モータ作動モード中は出口弁になり、逆もまた同様である。

当然ながら、設計は、図１に示す例と異なるものであってもよい。例えば、幾つかのシリンダバンク２を設けることができる。また、１つ又は幾つかのバンク２が、例えば４、５、７、及び８つのシリンダ３など、異なる数のシリンダをもつことも可能である。図１に示す例においては、シリンダ３は、シャフト９の全周内に均等に離間配置して、すなわち、互いに６０°の位相差で配置されているが、シリンダは不均等な間隔で配置してもよい。総合的調整型油圧ポンプ１の異なるバンク２におけるシリンダの数が互いに異なる場合には、別の可能な修正が実現される。例えば、１つのバンク２は６個のシリンダ３を含むことができるが、総合的調整型油圧ポンプ１の第２のバンク２は３個のシリンダ３だけを含むものとすることができる。さらに、異なるシリンダは、異なる行程容積をもとものとすることができる、例えば、１つのバンクのシリンダは、別のバンクのシリンダの行程容積と比較すると、より大きい行程容積をもつようにすることができる。

当然ながら、ピストン及びシリンダからなるポンプだけが可能であるわけではない。代わりに、他の形式のポンプにも本発明の利点を利用することができる。

図２に、一個のシリンダ３の流体出力流量１２を示す。図２において、横座標上の１目盛は、回転可能なシャフト９の３０°の回転角度を示す。０°において（及び、もちろん３６０°、７２０°等において）、それぞれのシリンダ３の作動チャンバ４の容積が減少し始める。初めに、電気作動式入口弁１０は、その開位置にとどまる。従って、流体は、作動チャンバ４から外向きに押し出され、依然として開いている入口弁１０を通って、低圧流体マニホルドに向かってシリンダ３を出ていく。従って、時間区間Ｉにおいて「受動ポンプ作動」が行われる。すなわち、シリンダ３に出入りする流体は、単に低圧流体マニホルド１８に戻されるだけであり、油圧ポンプ１の高圧側への有効なポンプ作動は行なわれない。図２に示す例では、作動開始角度１３は、回転可能シャフト９の１２０°の回転角度（及び同様に４８０°、８４０°等）になるように選択されている。作動開始角度１３において、電気作動式弁１０は適切な信号により閉じられる。従って、作動チャンバ４内に残っている流体は、それ以上入口弁１０を介してシリンダ３を出ることができない。従って、圧力が増大し、これにより最終的に出口弁１１が開き、流体が高圧マニホルドに向けて押される。従って、時間区間ＩＩは「能動ポンプ作動」区間、すなわち、作動チャンバ４から出る油圧流体は、高圧流体マニホルドに向かってシリンダ３を出る区間として表すことができる。これにより、油圧ポンプ１により有効なポンプ作動が行われる。ピストン６が１８０°（５４０°、９００°等）において上死点に達するとすぐに（又は、達したわずかに後に）、弁の閉鎖ばねの影響を受けて出口弁１１が閉じ、下向きに移動するピストン６により作動チャンバ４内に生じる負圧により、入口弁１０が開く。ここで、作動チャンバ４の膨張により、入口弁１０を介して油圧流体が吸入される。図２の例では、作動チャンバ４の利用可能な容積の２５％の有効なポンプ作動が行われる。

図３に、異なる容積比率の単一のパルス１５（全ストローク周期及び無ストローク周期を含む）のシリーズを組み合わせて、特定の合計出力流量１４を生成する手法を示す。作動パターンを選択することにより、ポンプ作動サイクル数並びに個々のポンプ作動ストローク１５のポンプ作動容積比率を変えることができ、時間平均においてほぼ任意の出力流量体流量を実現することができる。図３の合計流体出力流量１４は、必ずしも、実際の適用において生じる可能性が高い形状ではない。しかしながら、これは、個々のシリンダの流体出力流量１５を合計して油圧ポンプの合計流体出力流量を得る場合の好例である。

以下に、事前計算された作動パターンを生成するための可能な方法を提示する。説明を簡単にするため、提示は、１６％及び１００％の吐出容積比率に設定された２つの異なる吐出比率容積のみに限定される。しかしながら、当業者にとっては、２つより多い異なる吐出容積比率、及び／又は、異なる値の吐出容積比率を有する作動パターンを設定することが可能であることが明らかである。当然であるが、流体作動機械がモータ作動に用いられる場合にも、この提示を適用することができる。この文脈においては、デジタル・コントローラを用いる総合的調整型油圧ポンプの場合において、必然的に全ての期間がある程度まで量子化されることを指摘しておく。

ｋ個の異なる基本的なビルディングブロックにより構成される反復シーケンスを仮定すると、流量の平衡式は、

であり、ここで、ｄは流体流量要求量であり、ｎｉはシーケンスにおけるブロックｉの事例の数であり、ｆｉはそれぞれのポンプ作動サイクルの容積比率であり、ｌｉは決定点に関するブロックｉ自体の長さを示す。

ブロック長の変数ｌｉを用いて、高い吐出容積比率を有するポンプ作動サイクルは、より低い吐出容積比率を有するポンプ作動サイクルより、完了するのに長くかかるという事実をモデル化することができる。ブロック長ｌｉは、任意の単位を有するものとすることができる。長さｌｉの差が図４に示される。図４ａに、ｆ＝１００％及びｌ＝３である全ストロークポンプ作動サイクルが示される。等価分数はｆ／１＝３３．３％である。同様に、図４ｂに、分数ｆ＝１６％である部分ストロークポンプ作動サイクルが示される。長さｌ＝１であり、等価分数はｆ／１＝１６％である。このブロック長モデル化を用いることにより、パルスシーケンシングに対する複雑な制約を考慮することができる。例えば、前に開始された全ストロークパルス（図４ａにおける区間Ｂ）の高流体流量出力の段階中に、部分ストロークパルスを禁止することが可能である。具体的には、この目的のために数値解法技術を用いることができる。

図４ｃに、こうした複合ブロックの使用例が示される。横座標に沿って、時間の進行が示される。図４ｃから分かるように、シーケンスは、２つの複合ブロック２０及び１つの単一ブロック２１から成る。複合ブロック２０は、単一の１６％のパルス２２と単一の１００％のパルス２３から成る。個々のパルス２２、２３の形状が、点線１５で示される。全体の流体出力流量は実線１４で示される。単一ブロック２１は、単一の１６％のパルス２２から成る。

当然であるが、全てのパルスが同じ長さであると仮定するとき、及び／又は、１つの決定点の間だけ続くと仮定するとき、異なるパルス長ｌは無視することが可能である。このようにして、図３における約１４０°又は３４０°の合計流体出力流量のスパイクのような「オントップ」スパイクを回避することができる。この場合には、基本流量の平衡方程式においてｌを省くことができる。

２つの異なる吐出容積比率ｆ１、ｆ２のみを用いることにより、２つの基本ビルディングブロックだけが必要となり、流量の平衡方程式を解析的に解くことができる（しかしながら、より大きい数の異なる容積比、従ってより大きい数の基本ビルディングブロックがあっても、依然として流量の平衡方程式を少なくとも数値的に解くことができる）。

所定の要求量ｄに対して、２つの基本ブロックの各々にｆ及びｌを指定すると、２つのブロックの各々の発生数ｎ１、ｎ２間の相対比は、次の通りである。

この比を簡単化するために、最大公約数（ｇｃｆ）を用いて、次の２つの式が得られる。

従って、３つの決定点の長さにわたる１００％の全ストロークと、１つの決定点の長さにわたる１６％の部分ストロークとを用いて、２５％の要求量を満たすためには、
ｄ＝２５％
ｆ１＝１００％
ｌ１＝３
ｆ２＝１６％
ｌ２＝１
を用いなければならない。

これを前式に代入することにより、ｎ１＝９及びｎ２＝２５が得られる。従って、シーケンスは、３つの決定点の長さにわたる９つの全ストロークポンプ作動サイクルと、１つの決定点の長さにわたる１６％容積比率を有する２５の部分ストロークサイクルで構成される必要がある。

各々の基本的なビルディングブロックの発生数を確立するときに、時間の経過と共にこれらを最適な方法で配分することが依然として必要である。このことは、以下のように、反復法で行うことができる。

Ｐ１が第１のブロック１を示し、Ｐ２が第２のブロックを示すものとして、シーケンスは、ｎ１・Ｐ１＋ｎ２・Ｐ２として記述することができる。ここで、２つの整数の変数ｑ及びｒが定められ、反復における次のステップを求める。

反復の各ループにおいて、表現は以下のように拡張される。
ｎ１＞ｎ２である場合、
（．．．）＝（ｒ）（（ｑ＋１）・Ｐ１＋Ｐ２）＋（ｎ２−ｒ）（ｑ・Ｐ１＋Ｐ２）である。
ｎ２＞ｎ１であれば、
（．．．）＝（ｎ１−ｒ）（Ｐ１＋ｑ・Ｐ２）＋（ｒ）（Ｐ１＋（ｑ＋１）Ｐ２）である。

反復の次のループにおいて、ｎ１＞ｎ２であれば、
（ｒ）は新しいｎ１になり、（（ｑ＋１）・Ｐ１＋Ｐ２）は新しいＰ１になり、（ｎ２−ｒ）は新しいｎ２になり、（ｑ・Ｐ１＋Ｐ２）は新しいＰ２になる。
この反復は、ｒ、ｎ１−ｒ、又はｎ２−ｒのいずれかが１と等しくなるまで継続する必要がある。
ｎ１＝９、Ｐ１＝１００％、ｎ２＝２５及びＰ２＝１６％を、前に定義された例に挿入することにより、これは、ブロック表記において９・１００％＋２５・１６％になる。

第１の反復においては、ｑ＝２及びｒ＝７であり、ブロック表記は、

となるように定められる。

次の反復では、（２）（前の（ｑ））が新しいｎ１になり、（７）（前の（ｒ））が新しいｎ２になり、ブロック全体（１００％＋２・１６％）が新しいＰ１になり、（１００％＋３・１６％）が新しいＰ２になる。

次の反復ステップにおいては、ｑは３になるように定められ、ｒは１になるように定められる。従って、反復は停止し、ブロック表記において、
（１）・［１００％＋２・１６％）＋（３）・（１００％＋３・１６％）］＋（１）・［（１００％＋２・１６％）＋（４）・（１００％＋３・１６％）］
が得られる。

従って、完全な事前計算パターンは、
（１００％＋１６％＋１６％）
＋（１００％＋１６％＋１６％＋１６％）＋（１００％＋１６％＋１６％＋１６％）
＋（１００％＋１６％＋１６％＋１６％）
＋（１００％＋１６％＋１６％）
＋（１００％＋１６％＋１６％＋１６％）＋（１００％＋１６％＋１６％＋１６％）
＋（１００％＋１６％＋１６％＋１６％）＋（１００％＋１６％＋１６％＋１６％）
となる。

異なる事前計算作動パターン間での変更のために、原則的には、パターン全体が終わるまで待たなければならないこともあり得る。しかしながら、比較的長い作動パターンの場合には、これにはかなり時間がかかることがある。

従って、遷移変数の概念を用いることが提案される。このために、アキュムレータ変数を用いることができる。各々の時間ステップが終わった後、流体流量要求量がアキュムレータに加えられる。ポンプ作動ストロークが実行されたとき、それぞれの時間ステップにおいて吐出された容積量だけ、アキュムレータが減少される。

表１及び表２においては、要求量の展開、実際のポンプ作動、及びアキュムレータの内容が、異なる流量の要求量についての例として示されている。簡潔にするために、表はサイクル全体を示していない。

アキュムレータは、２つの異なる作動パターン間の遷移のために用いることができる。要求量が変更された場合には、現在の作動サイクルを、例えばステップ６におけるように早期に終了する（表１を参照されたい）。ここで、アキュムレータの値は−７％である。次に、同様に−７％に等しい（又は、その値に少なくとも近い）アキュムレータ値について追従作動パターンを検索する。従って、追従作動パターンは、通常、中間のどこかで開始する。表２の例において、前のステップ３におけるアキュムレータの値が−１０％であり、従って−７％に非常に近いため、ステップ４を入口点として用いることができる。これを行うことにより、アキュムレータ値が互いに近接するようになるか、又は同じにさえなるので、比較的滑らかな遷移を与えることができる。

上の説明は、２つの単一の吐出容積比率だけが用いられる場合においても、作動パターンを求めることができるようにする手法を示すことに主たる意図がある。

しかしながら、本方法を、２つの異なる容積比率だけに限定するのは、事前計算作動パターンに対する不要な限定である。容積比率を特定の区間から、又は０から１００％までの吐出容積比率の全範囲からさえも選択できるようにすることが好ましい。

例えば、適切な（変化する）作動開始角度を選択することによって、２つの許容される吐出容積比率の実際の値を、０％から１６．７％までの間、８３．３％から１００％までの間で変化させるようにすれば、作動パターン長を大幅に減少させることができ、依然として、０％から１００％までの間の流体流量要求量を満たすことができる。このことが、図５に示される。

図５においては、幾つかの区間１６が示され、ここで、全ての区間１６は、実行されるポンプ作動ストローク数の特定の固定比率を表わす。すなわち、比１：３は、０％から１６．７％までの区間において３つの部分ストロークポンプ作動パルスがあり、８３．３％から１００％までの区間において１つのポンプ作動ストロークがあることを意味する。異なる区間１６間に、かなりの重なりがあることが分かる。さらに、破線１７が図５に示される。この破線１７は、特定の流体流量要求量を供給することができる作動パターンの最小長を示す。またこの例においては、図は、０％から１００％までの要求量の範囲全体を、５つの決定点のみの最大長を有するシーケンスにより満たすことができることを示す。

吐出容積比率に対する制限が緩和された場合、個々のポンプ作動ストロークの組み合わせを含むポンプ作動シーケンスのシーケンス長をさらに短くすることができる。図６においては、許容される部分ストローク比率は、０から２０％まで及び８０％から１００％までの区間にある。ここでは、個々の区間１６はより長くなり、これに伴って重なり領域も増加する。最大シーケンス長は、ここでは４つの決定点のみである。

特にこの文脈で用いることができる、限度を定める際の重要な特別な部分ストローク比率は、１／３、２／３、１／４、３／４、１／５、４／５、１／５、４／５、１／６、５／６等である。
（すなわち、ｎ＝３，４，．．．．であるとき、１／ｎ及び（ｎ−１）／ｎ）

ここでも、２つだけよりも多い許容される吐出容積比率を用いることにより、シーケンス長をさらに減少できることに留意すべきである。

原則として、吐出容積比率に関して許容される区間は、さらに広くなるように選択することができる。しかしながら、既述のように、約５０％の領域において、入口弁を通って作動チャンバを出る流体速度は非常に速い。この時点で弁が閉じられると、不要な雑音が発生することがあり、さらに応力、結果的には弁の摩耗を増加させることがある。

番号ＤＡ１７０８ＥＰ、ＤＡ１７１８、及びＤＡ１７１９ＥＰの下で同一出願人により同じ日に出願された他の３つの出願から、付加的な情報を引き出すことができる。これらの出願の内容は、引用により本出願の開示に含められる。

１ 油圧ポンプ； ２ バンク； ３ シリンダ； ４ 作動チャンバ；
５ シリンダ部； ６ ピストン； ７ ばね； ８ 偏心部；
９ 回転可能なシャフト； １０ 入口弁； １１ 出口弁；
１２ 流体出力流量； １３ 作動開始角度； １４ 合計流体出力流量；
１５ 部分ストローク・パルス； １６ 流体流量要求量； １７ アキュムレータ；
１８ 低圧流体マニホルド； １９ 高圧流体マニホルド。

Claims (14)

1. 周期的に容積が変化する少なくとも１つの作動チャンバ（４）と、高圧流体接続部と、低圧流体接続部と、前記作動チャンバ（４）を前記高圧流体接続部及び／又は前記低圧流体接続部に接続する少なくとも１つの電気作動式弁（１０）とを含み、前記電気作動式弁（１０）の少なくとも１つの作動が流体流量要求量に応じて選択されるように構成された流体作動機械（１）を動作させる方法であって、該電気作動式弁（１０）の作動パターン（１５）は、事前計算された作動パターンの組から選択されることを特徴とする方法。
2. ２つの事前計算された作動パターン間にある流体流量要求量は、前記２つの作動パターン間の補間によって与えられることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. ２つの事前計算された作動パターン間にある流体流量要求量は、その格納値からの少なくとも１つの作動角度（１３）を修正することによって与えられることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の方法。
4. 異なる作動パターン間の遷移は、前の作動パターンの終わりに行なわれることを特徴とする、請求項１又は請求項３に記載の方法。
5. 異なる作動パターン間の遷移は、前の作動パターンの実行中に行われることを特徴とする請求項１又は請求項４に記載の方法。
6. 後の作動パターンは、前記後の作動パターンの中間位置から開始することを特徴とする、請求項４又は請求項５に記載の方法。
7. 前記異なる作動パターン間の前記遷移の滑らかさを示す、遷移変数が用いられることを特徴とする、請求項４から請求項６までのいずれかに記載の方法。
8. ２つ又はそれ以上の異なるポンプ作動／モータ作動比率が用いられることを特徴とする、請求項１から請求項７までのいずれかに記載の方法。
9. 前記作動パターン（１５）において、特定の部分ストローク容積比率が除外されることを特徴とする、請求項１から請求項８までのいずれかに記載の方法。
10. 作動パターン内の前記ポンプ作動／モータ作動ストロークの配分が、前記作動パターンの実行中に滑らかな流体流量出力が維持されるように定められることを特徴とする、請求項１から請求項９までのいずれかに記載の方法。
11. 個々の前記ポンプ作動／モータ作動ストロークの時間依存流体出力流量は、前記事前計算された作動パターンについて考慮されることを特徴とする、請求項１から請求項１０までのいずれかに記載の方法。
12. 周期的に容積が変化する少なくとも１つの作動チャンバ（４）と、高圧流体接続部と、低圧流体接続部と、前記作動チャンバ（４）を前記高圧流体接続部及び／又は前記低圧流体接続部に接続する少なくとも１つの電気整流式弁（１０）と、少なくとも１つの電子コントローラ・ユニットとを含む流体作動機械（１）であって、前記電子制コントローラ・ユニットは、該電子コントローラ・ユニットが請求項１から請求項１１までのうちの少なくとも１項による方法を実行するように設計され、配置されていることを特徴とする流体作動機械。
13. 少なくとも１つの記憶装置が少なくとも１つの事前計算された作動パターンを格納することを特徴とする、請求項１２に記載の流体作動機械。
14. 請求項１から請求項１１までのうちの少なくとも１項による方法を実行するために少なくとも１つの事前計算された作動パターンを格納することを特徴とする記憶装置。

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