JP2020165403A - 流体作動機械 - Google Patents

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Abstract

【課題】トルク変動を抑制できる流体作動機械を提供する。【解決手段】偏心カムが一回転する期間内で互いに異なる時間位相にて往復動する複数のピストンと、複数の作動流体室を形成する複数のシリンダと、それぞれのシリンダに対応して設けられ、偏心カムの回転エネルギーと作動流体室内の圧力エネルギーとの間でのエネルギー変換を行うアクティブ状態と、エネルギー変換を行わない非アクティブ状態とを切り替える切替ユニットと、コントローラとを備え、複数のシリンダは、偏心カムの回転サイクル上で等間隔に配置された複数のシリンダごとのグループとされ、コントローラは、グループごとに偏心カムが一回転する期間内における動作モードを、作動流体室の状態をアクティブ状態とし続けるフルモード、作動流体室の状態を非アクティブ状態とし続けるアイドリングモード、作動流体室の状態を部分的にアクティブ状態とする部分モードのいずれにするかを判断する。【選択図】図３

Description

本開示は、流体作動機械に関する。
従来、クランクシャフトの周囲に放射状に配置され、クランクシャフトの回転に伴って容積が周期的に変化する複数の作動流体室と、各作動流体室と低圧流路との間の作動流体の流れを調整するための低圧バルブと、各作動流体室と高圧流路との間の作動流体の流れを調整するための高圧バルブと、低圧バルブおよび高圧バルブの開閉を制御するコントローラと、を備える流体作動機械が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
特表２００５−５３８２２９号公報
特許文献１に記載の流体作動機械では、各作動流体室を、アイドリングモード、部分モード、および、フルモードのいずれかで作動させることで、容量の調整を行っていた。
特許文献１に記載の流体作動機械では、アイドリングモードではない作動流体室のすべてが部分モードで作動される。この場合、容積変動の大きな状態で高圧バルブおよび低圧バルブの開閉を行うため、流量の変動幅が大きくなり、損失、音、キャビテーションの面でも改良の余地があった。
本開示の目的は、流量の変動幅を抑えることができ、もって、トルク変動を抑えることができる流体作動機械を提供することである。
本開示の一態様に係る流体作動機械は、偏心カムと、前記偏心カムが一回転する期間内で前記偏心カムの回転に連動して互いに異なる時間位相にて往復動するように構成された複数のピストンと、前記ピストンとともに複数の作動流体室を形成する複数のシリンダと、それぞれの前記シリンダに対応して設けられ、前記偏心カムの回転エネルギーと前記作動流体室内の圧力エネルギーとの間でのエネルギー変換を行うアクティブ状態と、前記エネルギー変換を行わない非アクティブ状態との間で前記作動流体室の状態を切り替える切替ユニットと、前記切替ユニットを制御するコントローラと、を備え、複数の前記シリンダは、前記偏心カムの回転サイクル上で等間隔に配置された複数の前記シリンダごとのグループとされており、前記コントローラは、前記グループごとに、前記偏心カムが一回転する期間内における動作モードを、前記作動流体室の状態をアクティブ状態とし続けるフルモード、前記作動流体室の状態を非アクティブ状態とし続けるアイドリングモード、および、前記作動流体室の状態を部分的にアクティブ状態とする部分モードのいずれにするかを判断する、流体作動機械である。
本開示に係る流体作動機械によれば、流量の変動幅を抑えることができ、もって、トルク変動を抑えることができる。
図１は、実施形態に係る油圧ポンプモータを模式的に示した図である。 図２は、油圧ポンプモータにおけるシリンダのグループ分けについて説明するための図である。 図３は、実施形態に係る油圧ポンプモータにおけるコントローラの動作の一例を示すフローチャートである。 図４は、クランク角および各グループの目標容量の推移を示すタイムチャートである。 図５は、クランク角および各グループの目標容量の推移を示すタイムチャートである。 図６は、クランク角および各グループの目標容量の推移を示すタイムチャートである。 図７は、第２実施形態に係る油圧ポンプモータにおけるコントローラの動作の一例を示すフローチャートである。 図８は、クランク角および各グループの目標容量の推移を示すタイムチャートである。
以下、本開示の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は一例であり、本開示はこの実施形態により限定されるものではない。以下で説明する実施形態の構成要素は適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。
なお、以下の説明において、同種の要素を区別して説明する場合には、数字からなる共通番号とアルファベットからなる追番号との組み合わせで構成される参照符号を用いて、例えば「シリンダ４ａ」、「シリンダ４ｂ」と表現する。また、同種の要素を区別しないで包括的に説明する場合には、参照符号のうちの共通番号のみを用いて、例えば、「シリンダ４」と表現する。
（油圧ポンプモータ１）
図１を参照して、本実施形態に係る油圧ポンプモータ１について説明する。以下の説明では、流体作動機械の一例として、油圧ポンプモータを例に説明を行うが、流体作動機械は油圧ポンプモータには限定されない。
油圧ポンプモータ１は、押し除け容量をゼロから最大容量Ｑ１まで変化させることのできる可変容量型のポンプモータである。図１は、油圧ポンプモータ１を模式的に示した図である。図１に示すように、油圧ポンプモータ１は、不図示の駆動源に接続されたクランクシャフト２のクランクカム３（「偏心カム」の一例）の周囲に、放射状に、かつ、容積変動サイクル上で等間隔（３０°ごと）に配置された１２個のシリンダ４を有する。なお、容積変動サイクルを、以下、単に「サイクル」という場合がある。また、図１では１バンクに１２個のシリンダ４が設けられているが、バンク数および１バンクあたりのシリンダ数については適宜変更可能である。
作動油室５は、シリンダ４の内側表面と、クランクカム３によって駆動され、作動油室５の容積を周期的に変化させるようにシリンダ４内を往復運動するピストン６と、によって画定される。
作動油室５は、高圧バルブ７を介して高圧油路８と接続されるとともに、低圧バルブ９を介して低圧油路１０と接続されている。高圧バルブ７は、シリンダ４から外側に向かって開く逆止弁である。高圧バルブ７は、不図示のバネによって閉弁方向へ付勢されている。低圧バルブ９は、シリンダ４に向かって内側に開く逆止弁である。低圧バルブ９は、不図示のバネによって開弁方向へ付勢されている。
各シリンダ４に対応して、コントローラ１２に接続され、高圧バルブ７および低圧バルブ９の開閉を制御するソレノイドバルブ１３が設けられている。コントローラ１２の制御の下、ソレノイドバルブ１３に通電されることで、低圧バルブ９が閉弁方向へ付勢され、高圧バルブ７が開弁方向へ付勢される。
高圧バルブ７、低圧バルブ９およびソレノイドバルブ１３によって、クランクシャフト２（すなわち、クランクカム３）の回転エネルギーと作動油室５内の油圧エネルギーとの間でのエネルギー変換を行うアクティブ状態と、上記エネルギー変換を行わない非アクティブ状態と、を切り替える切替ユニット１４が構成される。すなわち、コントローラ１２は、切替ユニット１４を制御している。なお、切替ユニット１４は、高圧バルブ７および低圧バルブ９を単一のソレノイドバルブ１３で動作させるものには限られない。
コントローラ１２は、ハードウェアとして、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を有する。以下において説明するコントローラ１２の各機能は、ＣＰＵがＲＯＭから読み出したコンピュータプログラムをＲＡＭ上で実行することにより実現される。
コントローラ１２は、容積変動サイクルの１サイクルの期間内における動作モードを、作動油室５の状態をアクティブ状態とし続けるフルモード、作動油室５の状態を非アクティブ状態とし続けるアイドリングモード、および、作動油室５の状態を部分的にアクティブ状態とする部分モード、のいずれかとすることができる。すなわち、コントローラ１２は、作動油室５を、フルモード、アイドリングモードおよび部分モードのいずれかで作動させることができる。
作動油室５をアイドリングモードで作動させる場合、コントローラ１２は、作動油室５の吸入および排油の全行程で、高圧バルブ７を閉弁させ、かつ、低圧バルブ９を開弁させる。これにより、作動油は低圧油路１０から作動油室５内へ吸入され、低圧油路１０へ排出される。
作動油室５をフルモードで作動させる場合、コントローラ１２は、排油行程から吸入行程へ差し掛かる直前のタイミングで、閉弁状態の高圧バルブ７を開弁させ、かつ、開弁状態の低圧バルブ９を閉弁させる。これにより、吸入行程において、作動油は高圧油路８から作動油室５内へ吸入される。また、コントローラ１２は、吸入行程から排油行程へ差し掛かる直前のタイミングで、開弁状態の高圧バルブ７を閉弁させ、かつ、閉弁状態の低圧バルブ９を開弁させる。これにより、排油行程において、作動油は作動油室５内から低圧油路１０へ排出される。
作動油室５を部分モードで作動させる場合、コントローラ１２は、排油行程における所定タイミングで、閉弁状態の高圧バルブ７を開弁させ、かつ、開弁状態の低圧バルブ９を閉弁させる。これにより、排油行程において、上記所定タイミングまでは、作動油は低圧油路１０から作動油室５内へ吸入され、上記所定タイミング後は、作動油は高圧油路８から作動油室５内へ吸入される。また、コントローラ１２は、吸入行程から排油行程へ差し掛かる直前のタイミングで、開弁状態の高圧バルブ７を閉弁させ、かつ、閉弁状態の低圧バルブ９を開弁させる。これにより、排油行程において、作動油は作動油室５内から低圧油路１０へ排出される。
以上のような構成を有する油圧ポンプモータ１において、所望のトルクを得るために、以下に説明する制御が行われる。
（シリンダ４のグループ分け）
ここで、図２を参照して、シリンダ４のグループ分けについて説明する。図２は、油圧ポンプモータ１におけるシリンダ４のグループ分けについて説明するための図であり、各シリンダ４の位置がクランクシャフト２の回転軸に関する回転座標系で模式的に示されている。
クランクシャフト２の回転方向は、図２おいて時計回りとする。また、図２における上向き（クランクシャフト２の回転軸Ｏからシリンダ４ｇへ向かう向き）を、絶対角０°とする。また、回転座標系は、図２における時計回りの方向をプラス方向とし、反時計回りの方向をマイナス方向とする。図２における下向き（クランクシャフト２の回転軸Ｏからシリンダ４ａへ向かう向き）を、絶対角＋１８０°とする。
シリンダ４は、第１グループ、第２グループ、第３グループおよび第４グループにグループ分けされる。各グループに属する３つのシリンダ４は、それぞれ、サイクル上等間隔に配置されている。
本実施形態では、第１グループには、絶対角＋１８０°のシリンダ４ａと、絶対角＋６０°のシリンダ４ｅと、絶対角−６０°のシリンダ４ｊと、の３シリンダが含まれる。第２グループには、絶対角＋１５０°のシリンダ４ｂと、絶対角＋３０°のシリンダ４ｆと、絶対角−９０°のシリンダ４ｋと、の３シリンダが含まれる。
第３グループには、絶対角＋１２０°のシリンダ４ｃと、絶対角０°のシリンダ４ｇと、絶対角−１２０°のシリンダ４ｍと、の３シリンダが含まれる。第４グループには、絶対角＋９０°のシリンダ４ｄと、絶対角−３０°のシリンダ４ｈと、絶対角−１５０°のシリンダ４ｎと、の３シリンダが含まれる。
なお、グループ分けは上述の例には限定されず、バンク数およびシリンダ数に応じて適宜変更可能であることはいうまでもない。
（コントローラ１２の動作）
次に、図３を参照して、コントローラ１２の動作について説明する。図３は、実施形態に係る油圧ポンプモータ１におけるコントローラ１２の動作の一例を示すフローチャートである。図３に示す処理は、任意の所定のタイミングで開始される。
フローチャートの説明に先立って、フローチャートで用いられている各記号について簡単に説明する。ステップＳ１等で用いられている「Ｑｔｒｇ」および「ＴａｒｇｅｔＱ」は、油圧ポンプモータ１の最大容量に対する目標容量の割合である。「Ｑｔｒｇ」および「ＴａｒｇｅｔＱ」は、０以上１００以下の値（単位：％）を取り得る。
ステップＳ２等で用いられている「Ｑｇｒｏｕｐ」は、油圧ポンプモータ１の最大容量に対する、１グループあたりの最大容量の割合である。本実施形態では、グループの数が４であるため、「Ｑｇｒｏｕｐ」は、２５（単位：％）である。なお、例えば、グループの数が２である場合、「Ｑｇｒｏｕｐ」は５０となる。また、ステップＳ２等で用いられている「ｉ」は、判断対象となるグループ番号である。
ステップＳ５等で用いられている「ＧｒｏｕｐＮｕｍｂｅｒ」は、グループの数である。本実施形態では、「ＧｒｏｕｐＮｕｍｂｅｒ」は４である。ステップＳ１０等で用いられている「Ｑｐａｒｔ」は、所定グループを部分モードで動作させる場合の、油圧ポンプモータ１の最大容量に対する当該所定グループの目標容量の割合である。「Ｑｐａｒｔ」は、０より大きく、かつ、上述の「Ｑｇｒｏｕｐ」よりも小さな値（単位：％）を取り得る。本実施形態では、「Ｑｐａｒｔ」は、０より大きく、２５よりも小さな値を取り得る。
なお、ステップＳ１の処理演算は、（３６０°／ＧｒｏｕｐＮｕｍｂｅｒ）の角度毎に行われ、（３６０°／ＧｒｏｕｐＮｕｍｂｅｒ）の角度毎に、対応するグループに属するシリンダ４の動作モード（アイドリングモード、部分モード、および、フルモード）が判断され、当該グループの目標容量が決定される。
ステップＳ１で、コントローラ１２は、外部装置等から受け取った油圧ポンプモータ１におけるＴａｒｇｅｔＱを、Ｑｔｒｇとする。
続くステップＳ２で、コントローラ１２は、以下の式（１）が満たされるか否かを判定する。
Ｑｔｒｇ−（ｉ×Ｑｇｒｏｕｐ）≧Ｑｇｒｏｕｐ （１）
なお、制御開始時、ｉ＝０である。そのため、最初の制御周期では、ステップＳ２において、以下の式（２）が満たされるか否かを判定することになる。
Ｑｔｒｇ≧Ｑｇｒｏｕｐ （２）
ステップＳ２で、式（１）が満たされると判断された場合（ステップＳ２：ＹＥＳ）、処理はステップＳ３へ進む。そして、ステップＳ３で、コントローラ１２は、第（ｉ＋１）グループに属するシリンダ４をフルモードで動作させる（Ｇｒｏｕｐ（ｉ＋１）＝Ｆｕｌｌ）。ステップＳ３の処理の後、処理はステップＳ４へ進む。
一方、ステップＳ２で、式（１）が満たされないと判断された場合（ステップＳ２：ＮＯ）、処理はステップＳ８へ進む。そして、ステップＳ８で、コントローラ１２は、以下の式（３）が満たされるか否かを判定する。
Ｑｔｒｇ−（ｉ×Ｑｇｒｏｕｐ）≦０ （３）
ステップＳ８で、式（３）が満たされると判断された場合（ステップＳ８：ＹＥＳ）、処理はステップＳ９へ進む。そして、ステップＳ９で、コントローラ１２は、第（ｉ＋１）グループに属するシリンダ４をアイドリングモードで動作させる（Ｇｒｏｕｐ（ｉ＋１）＝ｉｄｌｅ）。ステップＳ９の処理の後、処理はステップＳ４へ進む。
一方、ステップＳ８で、式（３）が満たされないと判断された場合（ステップＳ８：ＮＯ）、処理はステップＳ１０へ進む。そして、ステップＳ１０で、コントローラ１２は、第（ｉ＋１）グループに属するシリンダ４を部分モードで動作させる。当該部分モードにおける目標容量は、以下の式（４）に基づいて決定される。
Ｑｐａｒｔ＝Ｑｔｒｇ−（ｉ×Ｑｇｒｏｕｐ） （４）
ステップＳ１０の処理の後、処理はステップＳ４へ進む。ステップＳ４で、コントローラ１２は、判断対象となるグループ番号をインクリメントする（ｉ＝ｉ＋１）。
ステップＳ４に続くステップＳ５で、コントローラ１２は、以下の式（５）が満たされるか否か（すなわち、判断対象となるグループ番号がグループの数に達したか否か）を判定する。
ｉ≧ＧｒｏｕｐＮｕｍｂｅｒ （５）
ステップＳ５で、式（５）が満たされると判断された場合（ステップＳ５：ＹＥＳ）、処理はステップＳ６へ進む。一方、ステップＳ５で、式（５）が満たされないと判断された場合（ステップＳ５：ＮＯ）、処理はステップＳ７へ進む。
ステップＳ６で、コントローラ１２は、判断対象となるグループ番号をリセットする（ｉ＝０）。ステップＳ６の処理の後、処理はステップＳ７へ進む。
ステップＳ７で、コントローラ１２は、本アルゴリズムを継続するか否かを判定する。ステップＳ７で、本アルゴリズムを継続すると判断された場合（ステップＳ７：ＹＥＳ）、処理はステップＳ１へ進む。一方、ステップＳ７で、本アルゴリズムを継続しないと判断された場合（ステップＳ７：ＮＯ）、処理は終了する。
（ＴａｒｇｅｔＱ＝７２％の場合）
次に、図４を参照して、ＴａｒｇｅｔＱ＝７２％の場合の油圧ポンプモータ１の動作について説明する。図４は、クランク角および各グループの目標容量の推移を示すタイムチャートである。
時刻ｔ０までは、ＴａｒｇｅｔＱ＝０％（油圧ポンプモータ１の目標容量＝０）である。そのため、各グループ（第１グループ〜第４グループ）の目標容量も、０とされる。
時刻ｔ０で、ＴａｒｇｅｔＱ＝７２％となると、クランク角が１８０°となるタイミング（時刻ｔ１）で、第１グループを対象として、グループに属するシリンダ４の動作モード（アイドリングモード、部分モード、および、フルモード）が判断され、当該グループの目標容量が決定される。
第１グループについては、ステップＳ２→ステップＳ３→ステップＳ４と処理が進む。そのため、第１グループに属するシリンダ４の動作モードは「フルモード」となる。また、第１グループの目標容量は、２５％（ひとつのグループでの最大容量）である。
続いて、クランク角が−９０°となるタイミング（時刻ｔ２）で、第２グループを対象として、グループに属するシリンダ４の動作モード（アイドリングモード、部分モード、および、フルモード）が判断され、当該グループの目標容量が決定される。
第２グループについては、第１グループと同様、ステップＳ２→ステップＳ３→ステップＳ４と処理が進む。そのため、第２グループに属するシリンダ４の動作モードは「フルモード」となる。また、第２グループの目標容量は、２５％（ひとつのグループでの最大容量）である。
続いて、クランク角が０°となるタイミング（時刻ｔ３）で、第３グループを対象として、グループに属するシリンダ４の動作モード（アイドリングモード、部分モード、および、フルモード）が判断され、当該グループの目標容量が決定される。
第３グループについては、ステップＳ２→ステップＳ８→ステップＳ１０と処理が進む。そのため、第３グループに属するシリンダ４の動作モードは「部分モード」となる。また、第３グループの目標容量は、油圧ポンプモータ１の目標流量（７２％）から、第１グループの目標流量（２５％）および第２グループの目標流量（２５％）を差し引いた、２２％に決定される。
続いて、クランク角が９０°となるタイミング（時刻ｔ４）で、第４グループを対象として、グループに属するシリンダ４の動作モード（アイドリングモード、部分モード、および、フルモード）が判断され、当該グループの目標容量が決定される。
第４グループについては、ステップＳ２→ステップＳ８→ステップＳ９と処理が進む。そのため、第４グループに属するシリンダ４の動作モードは「アイドリングモード」となる。また、第４グループの目標容量は、０％である。
以上のようにして、クランク角が所定角度となるタイミングごとに、グループごとに動作モードが判断され、当該グループの目標容量が決定されることで、油圧ポンプモータ１全体としての容量の調整が行われる。このように、所定間隔（本実施形態では、１２０°間隔）に発生するトルクを均等にすることで、流量の変動幅を抑えることができ、もって、トルク変動を抑えることができる。
（ＴａｒｇｅｔＱ＝９０％の場合）
次に、図５を参照して、ＴａｒｇｅｔＱ＝９０％の場合の油圧ポンプモータ１の動作について説明する。図５は、クランク角および各グループの目標容量の推移を示すタイムチャートである。
時刻ｔ１０までは、ＴａｒｇｅｔＱ＝０％（油圧ポンプモータ１の目標容量＝０）である。そのため、各グループ（第１グループ〜第４グループ）の目標容量も、０とされる。
時刻ｔ１０で、ＴａｒｇｅｔＱ＝９０％となると、クランク角が１８０°となるタイミング（時刻ｔ１１）で、第１グループを対象として、グループに属するシリンダ４の動作モード（アイドリングモード、部分モード、および、フルモード）が判断され、当該グループの目標容量が決定される。
第１グループについては、ステップＳ２→ステップＳ３→ステップＳ４と処理が進む。そのため、第１グループに属するシリンダ４の動作モードは「フルモード」となる。また、第１グループの目標容量は、２５％（ひとつのグループでの最大容量）である。
続いて、クランク角が−９０°となるタイミング（時刻ｔ１２）で、第２グループを対象として、グループに属するシリンダ４の動作モード（アイドリングモード、部分モード、および、フルモード）が判断され、当該グループの目標容量が決定される。
第２グループについては、第１グループと同様、ステップＳ２→ステップＳ３→ステップＳ４と処理が進む。そのため、第２グループに属するシリンダ４の動作モードは「フルモード」となる。また、第２グループの目標容量は、２５％（ひとつのグループでの最大容量）である。
続いて、クランク角が０°となるタイミング（時刻ｔ１３）で、第３グループを対象として、グループに属するシリンダ４の動作モード（アイドリングモード、部分モード、および、フルモード）が判断され、当該グループの目標容量が決定される。
第３グループについては、第１グループおよび第２グループと同様、ステップＳ２→ステップＳ３→ステップＳ４と処理が進む。そのため、第３グループに属するシリンダ４の動作モードは「フルモード」となる。また、第３グループの目標容量は、２５％（ひとつのグループでの最大容量）である。
続いて、クランク角が９０°となるタイミング（時刻ｔ１４）で、第４グループを対象として、グループに属するシリンダ４の動作モード（アイドリングモード、部分モード、および、フルモード）が判断され、当該グループの目標容量が決定される。
第４グループについては、ステップＳ２→ステップＳ８→ステップＳ１０と処理が進む。そのため、第４グループに属するシリンダ４の動作モードは「部分モード」となる。また、第３グループの目標容量は、油圧ポンプモータ１の目標流量（９０％）から、第１グループの目標流量（２５％）、第２グループの目標流量（２５％）および第３グループの目標流量（２５％）を差し引いた、１５％に決定される。
以上のようにして、クランク角が所定角度となるタイミングごとに、グループごとに動作モードが判断され、当該グループの目標容量が決定されることで、油圧ポンプモータ１全体としての容量の調整が行われる。このように、所定間隔（本実施形態では、１２０°間隔）に発生するトルクを均等にすることで、流量の変動幅を抑えることができ、もって、トルク変動を抑えることができる。
（ＴａｒｇｅｔＱ＝２９％の場合）
次に、図６を参照して、ＴａｒｇｅｔＱ＝２９％の場合の油圧ポンプモータ１の動作について説明する。図６は、クランク角および各グループの目標容量の推移を示すタイムチャートである。
時刻ｔ２０までは、ＴａｒｇｅｔＱ＝０％（油圧ポンプモータ１の目標容量＝０）である。そのため、各グループ（第１グループ〜第４グループ）の目標容量も、０とされる。
時刻ｔ２０で、ＴａｒｇｅｔＱ＝２９％となると、クランク角が１８０°となるタイミング（時刻ｔ２１）で、第１グループを対象として、グループに属するシリンダ４の動作モード（アイドリングモード、部分モード、および、フルモード）が判断され、当該グループの目標容量が決定される。
第１グループについては、ステップＳ２→ステップＳ３→ステップＳ４と処理が進む。そのため、第１グループに属するシリンダ４の動作モードは「フルモード」となる。また、第１グループの目標容量は、２５％（ひとつのグループでの最大容量）である。
続いて、クランク角が−９０°となるタイミング（時刻ｔ２２）で、第２グループを対象として、グループに属するシリンダ４の動作モード（アイドリングモード、部分モード、および、フルモード）が判断され、当該グループの目標容量が決定される。
第２グループについては、ステップＳ２→ステップＳ８→ステップＳ１０と処理が進む。そのため、第２グループに属するシリンダ４の動作モードは「部分モード」となる。また、第２グループの目標容量は、油圧ポンプモータ１の目標流量（２９％）から、第１グループの目標流量（２５％）を差し引いた、４％に決定される。
続いて、クランク角が０°となるタイミング（時刻ｔ２３）で、第３グループを対象として、グループに属するシリンダ４の動作モード（アイドリングモード、部分モード、および、フルモード）が判断され、当該グループの目標容量が決定される。
第３グループについては、ステップＳ２→ステップＳ８→ステップＳ９と処理が進む。そのため、第３グループに属するシリンダ４の動作モードは「アイドリングモード」となる。また、第３グループの目標容量は、０％である。
続いて、クランク角が９０°となるタイミング（時刻ｔ２４）で、第４グループを対象として、グループに属するシリンダ４の動作モード（アイドリングモード、部分モード、および、フルモード）が判断され、当該グループの目標容量が決定される。
第４グループについては、第３グループと同様、ステップＳ２→ステップＳ８→ステップＳ９と処理が進む。そのため、第４グループに属するシリンダ４の動作モードは「アイドリングモード」となる。また、第４グループの目標容量は、０％である。
以上のようにして、クランク角が所定角度となるタイミングごとに、グループごとに動作モードが判断され、当該グループの目標容量が決定されることで、油圧ポンプモータ１全体としての容量の調整が行われる。このように、所定間隔（本実施形態では、１２０°間隔）に発生するトルクを均等にすることで、流量の変動幅を抑えることができ、もって、トルク変動を抑えることができる。
（第２実施形態）
ところで、部分モードで作動させる際に目標容量が所定範囲にある場合、容積変動の大きな状態で高圧バルブ７および低圧バルブ９の開閉が行われるため、油圧ポンプモータ１の構造上、音や損失が大きくなり、さらに、当該目標容量を安定して達成することができない可能性がある。これに対して、以下に説明する第２実施形態では、部分モードで動作させるグループにおける目標容量が所定範囲にある場合、複数サイクルに亘って当該目標容量を達成することで、これらの種々の問題に対処している。
（コントローラ１２の動作）
図７を参照して、第２実施形態におけるコントローラ１２の動作について説明する。図７は、第２実施形態に係る油圧ポンプモータ１におけるコントローラ１２の動作の一例を示すフローチャートである。図７に示す処理は、任意の所定のタイミングで開始される。
フローチャートの説明に先立って、フローチャートで用いられている各記号について簡単に説明する。ステップＳ１１等で用いられている「ＬｅｆｔＯｖｅｒ」は、油圧ポンプモータ１の目標容量のうち、前回のサイクルにおいて達成されなかった分の容量を示している。
ステップＳ２０等で用いられている「Ｑｐａｒｔｍａｘ」は、達成することのできない目標容量の最大値である。ステップＳ２０等で用いられている「Ｑｐａｒｔｍｉｎ」は、達成することのできない目標容量の最小値である。なお、「達成することのできない目標容量」とは、油圧ポンプモータ１の構造上、音や損失が大きくなり、さらに、当該目標容量を安定して達成することができないような目標容量を意味する。以下、（２×Ｑｐａｒｔｍａｘ≦Ｑｇｒｏｕｐ）が成立するものとして説明を行う。
なお、ステップＳ１１の処理演算は、（３６０°／ＧｒｏｕｐＮｕｍｂｅｒ）の角度毎に行われ、（３６０°／ＧｒｏｕｐＮｕｍｂｅｒ）の角度毎に、対応するグループに属するシリンダ４の動作モード（アイドリングモード、部分モード、および、フルモード）が判断され、当該グループの目標容量が決定される。
ステップＳ１１で、コントローラ１２は、外部装置等から受け取った油圧ポンプモータ１におけるＴａｒｇｅｔＱに、ＬｅｆｔＯｖｅｒを足し合わせて、Ｑｔｒｇとする。なお、制御開始時、ＬｅｆｔＯｖｅｒ＝０である。
続くステップＳ１２で、コントローラ１２は、上述の式（１）が満たされるか否かを判定する。式（１）が満たされると判断された場合（ステップＳ１２：ＹＥＳ）、処理はステップＳ１３へ進む。
そして、ステップＳ１３で、コントローラ１２は、第（ｉ＋１）グループに属するシリンダ４をフルモードで動作させる（Ｇｒｏｕｐ（ｉ＋１）＝Ｆｕｌｌ）。ステップＳ１３の処理の後、処理はステップＳ１４へ進む。
一方、ステップＳ１２で、式（１）が満たされないと判断された場合（ステップＳ１２：ＮＯ）、処理はステップＳ１８へ進む。そして、ステップＳ１８で、コントローラ１２は、上述の式（３）が満たされるか否かを判定する。
ステップＳ１８で、式（３）が満たされると判断された場合（ステップＳ１８：ＹＥＳ）、処理はステップＳ１９へ進む。そして、ステップＳ１９で、コントローラ１２は、第（ｉ＋１）グループに属するシリンダ４をアイドリングモードで動作させる（Ｇｒｏｕｐ（ｉ＋１）＝ｉｄｌｅ）。ステップＳ１９の処理の後、処理はステップＳ１４へ進む。
一方、ステップＳ１８で、式（３）が満たされないと判断された場合（ステップＳ１８：ＮＯ）、処理はステップＳ２０へ進む。そして、ステップＳ２０で、コントローラ１２は、以下の式（６）が満たされるか否かを判定する。
Ｑｐａｒｔｍａｘ≧Ｑｔｒｇ−（ｉ×Ｑｇｒｏｕｐ）≧Ｑｐａｒｔｍｉｎ （６）
ステップＳ２０で、式（６）が満たされると判断された場合（ステップＳ２０：ＹＥＳ）、処理はステップＳ２１へ進む。そして、ステップＳ２１で、コントローラ１２は、第（ｉ＋１）グループに属するシリンダ４を部分モードで動作させる。当該部分モードにおける目標容量は、上述の式（４）に基づいて決定される。また、コントローラ１２は、ＬｅｆｔＯｖｅｒをリセットする（ＬｅｆｔＯｖｅｒ＝０）。ステップＳ２１の処理の後、処理はステップＳ１４へ進む。
一方、ステップＳ２０で、式（６）が満たされないと判断された場合（ステップＳ２０：ＮＯ）、処理はステップＳ２２へ進む。そして、ステップＳ２２で、コントローラ１２は、第（ｉ＋１）グループに属するシリンダ４をアイドリングモードで動作させる（Ｇｒｏｕｐ（ｉ＋１）＝ｉｄｌｅ）。また、コントローラ１２は、以下の式（７）に基づいてＬｅｆｔＯｖｅｒを決定する。
ＬｅｆｔＯｖｅｒ＝Ｑｔｒｇ−（ｉ×Ｑｇｒｏｕｐ） （７）
ステップＳ２２の処理の後、処理はステップＳ１４へ進む。ステップＳ１４で、コントローラ１２は、判断対象となるグループ番号をインクリメントする（ｉ＝ｉ＋１）。
ステップＳ１４に続くステップＳ１５で、コントローラ１２は、上述の式（５）が満たされるか否か（すなわち、判断対象となるグループ番号がグループの数に達したか否か）を判定する。
ステップＳ１５で、式（５）が満たされると判断された場合（ステップＳ１５：ＹＥＳ）、処理はステップＳ１６へ進む。一方、ステップＳ１５で、式（５）が満たされないと判断された場合（ステップＳ１５：ＮＯ）、処理はステップＳ１７へ進む。
ステップＳ１６で、コントローラ１２は、判断対象となるグループ番号をリセットする（ｉ＝０）。ステップＳ１６の処理の後、処理はステップＳ１７へ進む。
ステップＳ１７で、コントローラ１２は、本アルゴリズムを継続するか否かを判定する。ステップＳ１７で、本アルゴリズムを継続すると判断された場合（ステップＳ１７：ＹＥＳ）、処理はステップＳ１１へ進む。一方、ステップＳ１７で、本アルゴリズムを継続しないと判断された場合（ステップＳ１７：ＮＯ）、処理は終了する。
（ＴａｒｇｅｔＱ＝８５％の場合）
次に、図８を参照して、ＴａｒｇｅｔＱ＝８５％の場合の油圧ポンプモータ１の動作について説明する。図８は、クランク角および各グループの目標容量の推移を示すタイムチャートである。なお、一例として、Ｑｐａｒｔｍａｘ＝１３％であり、Ｑｐａｒｔｍｉｎ＝６％であるとする。
時刻ｔ３０までは、ＴａｒｇｅｔＱ＝０％（油圧ポンプモータ１の目標容量＝０）である。そのため、各グループ（第１グループ〜第４グループ）の目標容量も、０とされる。
時刻ｔ３０で、ＴａｒｇｅｔＱ＝８５％となると、クランク角が１８０°となるタイミング（時刻ｔ３１）で、第１グループを対象として、グループに属するシリンダ４の動作モード（アイドリングモード、部分モード、および、フルモード）が判断され、当該グループの目標容量が決定される。
第１グループについては、ステップＳ１２→ステップＳ１３→ステップＳ１４と処理が進む。そのため、第１グループに属するシリンダ４の動作モードは「フルモード」となる。また、第１グループの目標容量は、２５％（ひとつのグループでの最大容量）である。
続いて、クランク角が−９０°となるタイミング（時刻ｔ３２）で、第２グループを対象として、グループに属するシリンダ４の動作モード（アイドリングモード、部分モード、および、フルモード）が判断され、当該グループの目標容量が決定される。
第２グループについては、第１グループと同様、ステップＳ１２→ステップＳ１３→ステップＳ１４と処理が進む。そのため、第２グループに属するシリンダ４の動作モードは「フルモード」となる。また、第２グループの目標容量は、２５％（ひとつのグループでの最大容量）である。
続いて、クランク角が０°となるタイミング（時刻ｔ３３）で、第３グループを対象として、グループに属するシリンダ４の動作モード（アイドリングモード、部分モード、および、フルモード）が判断され、当該グループの目標容量が決定される。
第３グループについては、第１グループおよび第２グループと同様、ステップＳ１２→ステップＳ１３→ステップＳ１４と処理が進む。そのため、第３グループに属するシリンダ４の動作モードは「フルモード」となる。また、第３グループの目標容量は、２５％（ひとつのグループでの最大容量）である。
続いて、クランク角が９０°となるタイミング（時刻ｔ３４）で、第４グループを対象として、グループに属するシリンダ４の動作モード（アイドリングモード、部分モード、および、フルモード）が判断され、当該グループの目標容量が決定される。
第４グループについては、ステップＳ１２→ステップＳ１８→ステップＳ２０と処理が進む。さらに、ステップＳ２０において、上述の式（６）が満たされると判断され、処理はステップＳ２２へ進む。
そのため、第４グループに属するシリンダ４の動作モードは「アイドリングモード」となる。また、第４グループの目標容量は、０％である（実線）。さらに、ＬｅｆｔＯｖｅｒが、上述の式（７）に基づいて１０％とされる。なお、図８には、第２実施形態の制御が行われない場合に、第４グループの目標容量がＱｐａｒｔｍｉｎ以上Ｑｐａｒｔｍａｘ以下の領域に含まれることが、破線で表されている。
時刻ｔ３４以降、次サイクルでクランク角が再び１８０°、−９０°、０°および９０°となるタイミングで第１グループ、第２グループ、第３グループおよび第４グループについての判断がそれぞれ行われる。この際、Ｑｔｒｇは、ＬｅｆｔＯｖｅｒ＝１０％であることにより、上述の式（１）に基づいて９５％とされる。
クランク角が９０°となるタイミング（時刻ｔ３５）で、第４グループを対象として、グループに属するシリンダ４の動作モード（アイドリングモード、部分モード、および、フルモード）が判断され、当該グループの目標容量が決定される。
第４グループについては、ステップＳ１２→ステップＳ１８→ステップＳ２０と処理が進む。さらに、ステップＳ２０において、上述の式（６）が満たされないと判断され、処理はステップＳ２１へ進む。
そのため、第４グループに属するシリンダ４の動作モードは「部分モード」となる。また、第４グループの目標容量が２０％に決定され、ＬｅｆｔＯｖｅｒがリセットされる。
時刻ｔ３５以降、次サイクルでクランク角が再び１８０°、−９０°、０°および９０°となるタイミングで第１グループ、第２グループ、第３グループおよび第４グループについての判断がそれぞれ行われる。この際、Ｑｔｒｇは、ＬｅｆｔＯｖｅｒ＝０％であることにより、上述の式（１）に基づいて８５％とされる。
クランク角が９０°となるタイミング（時刻ｔ３６）で、第４グループを対象として、グループに属するシリンダ４の動作モード（アイドリングモード、部分モード、および、フルモード）が判断され、当該グループの目標容量が決定される。
第４グループについては、ステップＳ１２→ステップＳ１８→ステップＳ２０→ステップＳ２２と処理が進み、第４グループに属するシリンダ４の動作モードは「アイドリングモード」となる。また、第４グループの目標容量は、０％である。さらに、ＬｅｆｔＯｖｅｒが、上述の式（７）に基づいて１０％とされる。
以上のようにして、第２実施形態によれば、クランク角が所定角度となるタイミングごとに、グループごとに動作モードが判断され、当該グループの目標容量が決定されることで、油圧ポンプモータ１全体としての容量の調整が行われる。このように、所定間隔（本実施形態では、１２０°間隔）に発生するトルクを均等にすることで、流量の変動幅を抑えることができ、もって、トルク変動を抑えることができる。
さらに、第２実施形態では、部分モードにおける目標容量がＱｐａｒｔｍｉｎ以上Ｑｐａｒｔｍａｘ以下の場合に、目標容量を次サイクルに持ち越すことで、複数サイクルに亘って目標流量を達成するようにしている。そのため、音や損失を抑え、さらに、当該目標容量を安定して達成することができる。
以上説明したように、本実施形態に係る油圧ポンプモータ１は、クランクカム３と、クランクカム３が一回転する期間内でクランクカム３の回転に連動して互いに異なる時間位相にて往復動するように構成された複数のピストン６と、ピストン６とともに複数の作動油室５を形成する複数のシリンダ４と、それぞれのシリンダ４に対応して設けられ、クランクカム３の回転エネルギーと作動油室５内の圧力エネルギーとの間でのエネルギー変換を行うアクティブ状態と上記エネルギー変換を行わない非アクティブ状態との間で作動油室５の状態を切り替える切替ユニット１４と、切替ユニット１４を制御するコントローラ１２と、を備え、複数のシリンダ４は、クランクカム３の回転サイクル上で等間隔に配置された複数のシリンダ４ごとにグループ化されており、コントローラ１２は、グループごとに、クランクカム３が一回転する期間内における動作モードを、作動油室５の状態をアクティブ状態とし続けるフルモード、作動油室５の状態を非アクティブ状態とし続けるアイドリングモード、および、作動油室５の状態を部分的にアクティブ状態とする部分モードのいずれにするか、を判断する。
これにより、流量の変動幅を抑えることができ、もって、トルク変動を抑えることができる。
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。
上述の実施形態では、クランク角が所定角度となるタイミングごとに（すなわち、グループの数に基づいてクランクカムの回転サイクル上で等間隔に設定された判断タイミングごとに）、グループの動作モードが判断されるものを例に説明を行ったが、これに限定されない。
例えば、全てのグループについて同時に動作モードの判断が行われてもよい。具体的には、例えば、コントローラ１２は、第１〜第４グループについての動作モードの判断を、クランク角が０°となるタイミングで同時に行ってもよい。
また、例えば、全てのグループについて同時に動作モードの判断を行うことによる処理負荷を軽減するため、各グループの判断タイミングをずらしてもよい。具体的には、例えば、コントローラ１２は、第１〜第４グループについての判断を、クランク角が０°、５°、１０°および１５°となるタイミングでそれぞれ行ってもよい。
すなわち、コントローラ１２は、グループごとの動作モードの判断を、クランクカム３の回転サイクル上で所定時期に設定されたタイミングで行ってもよい。
本開示の油圧ポンプモータ１によれば、トルク変動を抑えることができ、産業上の利用可能性は多大である。
１ 油圧ポンプモータ
２ クランクシャフト
３ クランクカム
４ シリンダ
５ 作動油室
６ ピストン
７ 高圧バルブ
８ 高圧油路
９ 低圧バルブ
１０ 低圧油路
１２ コントローラ

Claims (5)

  1. 偏心カムと、
    前記偏心カムが一回転する期間内で前記偏心カムの回転に連動して互いに異なる時間位相にて往復動するように構成された複数のピストンと、
    前記ピストンとともに複数の作動流体室を形成する複数のシリンダと、
    それぞれの前記シリンダに対応して設けられ、前記偏心カムの回転エネルギーと前記作動流体室内の圧力エネルギーとの間でのエネルギー変換を行うアクティブ状態と、前記エネルギー変換を行わない非アクティブ状態との間で前記作動流体室の状態を切り替える切替ユニットと、
    前記切替ユニットを制御するコントローラと、を備え、
    複数の前記シリンダは、前記偏心カムの回転サイクル上で等間隔に配置された複数の前記シリンダごとの複数のグループにグループ分けされており、
    前記コントローラは、前記グループごとに、前記偏心カムが一回転する期間内における動作モードを、前記作動流体室の状態をアクティブ状態とし続けるフルモード、前記作動流体室の状態を非アクティブ状態とし続けるアイドリングモード、および、前記作動流体室の状態を部分的にアクティブ状態とする部分モードのいずれにするか、を判断する、
    流体作動機械。
  2. 前記コントローラは、前記偏心カムの回転サイクル上で所定時期に設定されたタイミングで、各グループの動作モードを判断する、
    請求項１に記載の流体作動機械。
  3. 前記コントローラは、前記グループの数に基づいて前記偏心カムの回転サイクル上で等間隔に設定された判断タイミングごとに、各グループの動作モードを判断する、
    請求項１または２に記載の流体作動機械。
  4. 前記コントローラは、第１の所定サイクルにおいて前記部分モードとされる所定のグループにおける第１の容積変動量が予め定められた所定の範囲にあると判断された場合、前記第１の所定サイクルでは前記所定のグループをアイドリングモードとし、前記第１の所定サイクルよりも後の第２の所定サイクルにおいて、前記所定のグループにおける第２の容積変動量に前記第１の容積変動量を加算する、
    請求項１〜３のいずれか一項に記載の流体作動機械。
  5. 前記第２の所定サイクルは、前記第１の所定サイクルの次のサイクルである、
    請求項４に記載の流体作動機械。
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