JP4710159B2 - 加圧流体用ベローズ式アキュームレータの異常検出装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、加圧流体用ベローズ式アキュームレータの異常検出装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
加圧液体等の加圧流体を蓄えるこの種のアキュームレータは、圧力空間を形成するシェルと、圧力空間内に位置し且つ自己の一端及び他端をシェルの一端壁及び可動プレートにそれぞれ密封状態で固定された、金属等で形成された蛇腹状のベローズと、ベローズの内側に形成され且つ加圧ガスが封入されるガス室と、ベローズの外側に形成され且つシェルの他端壁に形成された流体出入口に連通する流体室とを備える。
【0003】
可動プレートのシェルの他端壁と対向する面にはゴム等からなるシール部材が取付けられており、流体室の圧力がガス室の圧力よりも低いことによりベローズが伸長してその長さが所定長さに達したときには、シール部材のリング状のシール面がシェルの他端壁の内面に接触して流体室から流体出入口への流体の流動を阻止し、これによってガス室と流体室とが圧力的にバランスされ、ベローズに許容応力を越える応力が加わらないようになっている。
【0004】
このようなベローズ式アキュームレータは、例えば、特開2000−249101号公報に記載されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上記構成のベローズ式アキュームレータにおいては、シール部材が損傷し、シール部材のシール面がシェルの他端壁内面に接触した状態にて流体室から流体出入口への微少な流体漏れが発生し、或いは流体室から流体出入口への大々的な流体漏れが発生したときには、流体室がガス室の圧力よりも低くなり、ベローズに生じる応力が許容応力を越えてベローズが塑性変形する。このような状態のまま、流体出入口の流体圧が上昇、下降を繰り返すことに応じてベローズが短縮、伸長を繰り返すと、ベローズに破壊が生じる。
【0006】
この出願の発明は、上記シール部材のシール機能の異常を検出できる異常検出装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
この出願の発明は、請求項1に記載したように、圧力空間を形成するシェルと、前記圧力空間内に位置し且つ自己の一端及び他端を前記シェルの一端壁及び可動プレートにそれぞれ固定された蛇腹状のベローズと、前記ベローズの内側に形成され且つ加圧ガスが封入されるガス室と、前記ベローズの外側に形成され且つ前記シェルの他端壁に形成された流体出入口に連通する流体室と、前記可動プレートと前記シェルの他端のうちの一方に取付けられて前記可動プレートと前記シェルの他端のうちの他方に接触することで前記流体室から前記流体出入口への流体の流動を阻止するシール部材とを備えた加圧流体用ベローズ式アキュームレータにおける前記シール部材のシール機能の異常を検出する装置であって、前記シール部材のリング状のシール面の外径を前記可動プレートのガス圧受圧面の外径よりも小さく設定し、前記流体出入口の流体圧を検出する圧力センサを設けるとともに、この圧力センサの検出出力に基づき異常有無を判別する異常判定手段を設け、この異常判定手段は、前記流体出入口の圧力が前記可動プレートと前記シェルの他端のうちの他方と前記シール部材との接触が生じる所定値以下の状態から前記流体出入口の昇圧を開始したとき、昇圧開始から所定時間が経過するまでの間に出現したピーク圧力値とこのピーク圧力値の出現後に出現した安定した圧力値との差が所定範囲外であるときおよび/または前記所定時間が経過するまでの間に前記ピーク圧力値が出現しないときは異常ありと判定するように構成したことを特徴とする加圧流体用ベローズ式アキュームレータの異常検出装置である。
【0008】
上記の加圧流体用ベローズ式アキュームレータの異常検出装置において、前記異常判別手段は、前記加圧流体用ベローズ式アキュームレータから供給される加圧流体により作動する流体圧機器が作動中であるか否かに応じて前記所定時間の値を変更するように構成されていることとしてもよい。
【0009】
【発明の実施の形態】
図1は、この出願の発明の一実施形態に係る加圧流体用ベローズ式アキュームレータの異常検出装置10の概略構成を示す。図1において、電動式の流体圧ポンプ11はリザーバ12の作動流体を昇圧して流体圧路13を介しベローズ式アキュームレータ14へ供給する。ホイールブレーキシリンダ15にブレーキ圧路16を介してブレーキ圧を供給するマスターシリンダ17はブースタ18により作動される。ブースタ18は、ベローズ式アキュームレータ14から流体圧路13を介して供給される流体圧を、内蔵する調圧弁によりブレーキペダル19の踏力に応じた圧力に減圧・調整し、この調整した圧力で倍力作動する。流体圧路13には、流体圧路13の圧力P1を検出するための圧力センサ20が接続される。ブレーキ圧路16には、ブレーキ圧路16の圧力PBを検出するための圧力センサ21が接続される。圧力センサ20、21の出力は電気的制御装置22に入力される。電気的制御装置22は、圧力センサ20の検出出力に基づいて流体圧ポンプ11を作動・停止させることでベローズ式アキュームレータ14内の流体圧を所定の下限値と上限値との間に維持する蓄圧制御手段を形成するほか、ベローズ式アキュームレータ14の異常の有無を判別する異常判定手段を形成するものである。
【0010】
図2は、図1のベローズ式アキュームレータ14の概略構成を示す。図2において、ベローズ式アキュームレータ14は、圧力空間14aを形成するシェル14bと、圧力空間14a内に位置し且つ自己の上端及び下端をシェル14bの上端壁及び可動プレート14cにそれぞれ密封状態で固定された、金属で形成された蛇腹状のベローズ14dと、ベローズ14dの内側に形成され且つ加圧ガスが封入されるガス室14eと、ベローズ14dの外側に形成され且つシェル14bの下端壁に形成された流体出入口14fに連通する流体室14gとを備える。
【0011】
可動プレート14cのシェル14bの下端壁と対向する面にはゴムからなるシール部材14hが取付けられており、流体室14gの圧力がガス室14eの圧力よりも低いことによりベローズ14dが伸長してその長さが所定長さに達したときには、図2に示すように、シール部材14hのリング状のシール面(下端面)がシェル14bの下端壁の内面に接触して流体室14gから流体出入口14fへの流体の流動を阻止し、これによってガス室14eと流体室14gとが圧力的にバランスされ、ベローズ14dに許容応力を越える応力が加わらないようになっている。
【0012】
図2において、S1は、シール部材14hのシール面の内径により定まる受圧面積であり、流体出入口14fの圧力(図1の流体圧路13の圧力)P1が可動プレート14cを上方へ押すように働く。S3は、ガス室14eのガス圧P2が可動プレート14cを下方へ押すように働くガス圧受圧面積である。S2は、シール部材14hのシール面の外径により定まる受圧面積である。S3>S2>S1であり、受圧面積S2の外径は受圧面積S3の外径よりも小さい。流体室14gの圧力P3は、受圧面積S3から受圧面積S2を差し引いた面積に働いて可動プレート14cを上方へ押す。
【0013】
シール部材14hが損傷を受けておらずそのシール機能が正常な場合においては、流体出入口14fの圧力P1が0(ゼロ)であっても流体室14gの圧力P3はガス室14eの圧力P2と同じに維持されるため、流体圧ポンプ11を始動して流体出入口14fをP1=0から昇圧させたとき、流体出入口14fの圧力P1はP1=(S2÷S1)×P2まで急上昇する。P1=(S2÷S1)×P2になった時点でシール部材14hがシェル14bの下端壁内面からリフトされて流体出入口14fと流体室14gとが連通し、圧力P1は圧力P2以下に急低下し、その後圧力P1が圧力P2まで回復して安定し、以後圧力P1は除々に上昇する。この場合の圧力P1の変化を図3に示す。
【0014】
これに対して、シール部材14hが軽度の損傷を受け、図2で流体室14gから流体出入口14fへの微少な流体漏れが発生した場合には、流体出入口14fの圧力P1が0(ゼロ)の状態が長時間継続したときには流体室14gの圧力P3が0まで低下する。圧力P3が0の状態で流体圧ポンプ11を始動して流体出入口14fをP1=0から昇圧させたとき、流体出入口14fの圧力P1はP1=(S3÷S1)×P2まで急上昇する。P1=(S3÷S1)×P2になった時点でシール部材14hがシェル14bの下端壁内面からリフトされて流体出入口14fと流体室14gとが連通し、圧力P1は圧力P2以下に急低下し、その後圧力P1が圧力P2まで回復して安定し、以後圧力P1は除々に上昇する。この場合の圧力P1の変化を図4に示す。
【0015】
シール部材14hが重度の損傷を受け、図2で流体室14gから流体出入口14fへの大々的な流体漏れが発生したときには、流体室14gが流体出入口14fと連通し、流体出入口14fの圧力P1が0(ゼロ)であれば流体室14gの圧力P3も0となる。圧力P3が0の状態で流体圧ポンプ11を始動して流体出入口14fをP1=0から昇圧させたとき、流体出入口14fの圧力P1はP1=P2まで急上昇して安定し、以後圧力P1は除々に上昇する。この場合の圧力P1の変化を図5に示す。図3および図4においては、圧力P1が安定するまでの間にピーク圧力が出現するのに対し、図5ではピーク圧力が出現しない。
【0016】
図3〜図5において、流体圧ポンプ11の始動から圧力P1が安定するまでの時間Aは、流体圧ポンプ11の始動時にブレーキペダル19が踏まれているか否かによって変わる。ブレーキペダル19が踏まれている場合はブースタ18が流体圧路13側の加圧流体を消費するので、ブレーキペダル13が踏まれていない場合の時間AをK2とすると、ブレーキペダル13が踏まれている場合の時間AはK2よりも大きいK3となる。また、図3および図4において、時間Aが経過するまでの間出現するピーク圧力値とその後に出現する安定圧力値との差ΔPは、図3の場合よりも図4の場合の方が遥かに大きい。図3の場合のΔPは、各種の要因により多少ばらつくが、その上限値ΔPaおよび下限値ΔPbは、実験を通じて求めることができる。
【0017】
この出願の発明は、流体圧路13(流体圧アキュームレータ14の液体出入口の圧力)が圧力P2未満の状態(ベローズ式アキュームレータ14のシール部材14hがシェル14bの下端壁内面に接している状態)で流体圧ポンプ11を始動した直後の圧力P1の変化が、シール部材14hのシール機能の良し悪しに応じて図3〜5に示すように、異なることを利用してシール部材14hのシール機能の良し悪し、即ちベローズ式アキュームレータ14の異常の有無を検出するものである。
【0018】
図6は、電気的制御装置16の蓄圧制御手段および異常判定手段として作用する情報処理手順を示すフローチャートである。図6に示される一連の処理は、所定の演算周期で繰り返し実行されるものである。
【0019】
図6において、イグニッションスイッチが閉じられたことに応じてステップS1にて初期化を行い、次いでステップS2にて圧力センサ20、21の検出出力に基づき圧力P1、PBを算出する。次いでステップS3にてシール異常判定を行い、次いでステップS4にて流体圧ポンプ駆動を行う。次いでステップS5にて、ステップS3での判定結果がシール異常であったか否かを判定し、シール異常であったならばステップS6に進んで警報ランプ点灯を行った後、ステップS2へ戻る。ステップS5での判定結果がシール異常でなかったならばステップS2へ戻る。ステップS4の流体圧ポンプ駆動においては、圧力P1が所定の下限値を下回ることに応じて流体圧ポンプを始動し、その後圧力P1が所定の上限値近傍の設定値に到達した時点から所定時間が経過したときに流体圧ポンプを停止させるものである。
【0020】
ステップS3のシール異常判定の詳細を図7および図8に示す。図7において、ステップS301にてシール異常判定許可状態であるか否かを判定する。図6のステップS1の初期化にてシール異常判定禁止状態をセットする(換言すると、シール異常判定許可状態をクリアする)ので、イグニッションスイッチが閉じられた後の初回の演算周期においては、ステップS301の判定結果はNOとなり、ステップS302に進む。ステップS302では、圧力P1が0MPa(ゼロメガパスカル)であるか否かを判定し、YESであればステップS303にてシール異常判定許可状態をセットし、次いでステップS304にてピーク圧力値Pmaxを0(ゼロ)に書き換え、次いでステップS305にて図3〜5に示す時間Aを計時するタイマ値CT1をクリアし、次いでステップS306にてMAX値算出無しをセットし、次いでステップS307にてピーク検出無しをセットした後、図8に示すステップS323に進んで記録圧力P1(n-1)を今回の演算周期において算出した圧力P1に書き換えた後、図6のステップS4に進み、ステップS4にて流体圧ポンプ11が始動される。
【0021】
2回目の演算周期においては、ステップS301での判定結果はYESとなり、ステップS308に進んでタイマ値CT1をカウントアップし、次いでステップS309にて圧力PBが0MPaであるか否か(ブレーキペダル19が踏まれていないか否か)を判定し、YESであればステップS310にて時間Aを所定値K2に書き換えた後ステップS312に進み、またNOであればステップS311にて時間Aを所定値K3に書き換えた後ステップS312に進む。
【0022】
ステップS312では、タイマ値CT1がが時間A未満であるか否かを判定し、YESであればステップS313に進んで今回の演算周期において算出した圧力P1が記憶圧力P1(n-1)以下であるか否か、つまり圧力P1の上昇が止まったか否かを判定する。ステップS313での判定結果がNOであれば(圧力P1が上昇中であれば)、ステップS314にてピーク圧力値PmaxをP1とPmaxのいずれか大きい方の値に書き換え、次いでステップS315にてMAX値算出有りをセットし、次いでステップS316にてピーク圧力値検出有りがセットとされているか否かを判定する。このピーク値検出有りは、ステップS313での判定結果がYES(圧力P1の上昇が止まった)であり且つステップS320での判定結果がYES(MAX値算出有り)である場合にステップS321にてセットするものである。流体圧ポンプ11の始動後、圧力P1が上昇中であればステップS316の判定結果はNOとなり、ステップS323を経て図6のステップS4に進む。従って、流体圧ポンプ11の始動後、圧力P1が上昇を続ける間においては、ステップS314にてPmaxが更新される。
【0023】
流体圧ポンプ11の始動後、圧力P1が上昇から降下に切り換わると、ステップS313での判定結果はYESとなる。従って、ステップS320を経てステップS321に進み、ステップS321にてピーク値検出有りをセットした後、ステップS323を経て図6のステップS4に進む。
【0024】
その後、流体圧ポンプ11の始動後の圧力P1が再び上昇に転じると、ステップS313での判定結果はNOとなり、ステップS314、S315を順次経てステップS316に進み、ステップS316での判定結果がYESとなるため、ステップS317に進んで圧力P1から圧力P1(n-1)を差し引いた値が所定値ΔPc以下であるか否かが判定される。この所定値ΔPcは、流体圧ポンプ11の始動後において流体圧路13の圧力が安定した状態では生じることのない大きさに設定されているものである。従って、ステップS317での判定結果がYESであることは、流体圧ポンプ11の始動後の圧力P1が安定したことを意味し、このときの圧力P1が安定した圧力値である。
【0025】
ステップS317での判定結果がNOであればステップS323を経て図6のステップS4に進むが、YESであればステップS318へ進んでPa>Pmax-P1>Pbであるか否かを判定する。Pmax-P1は、図3および図4のΔPである。Paは図3のΔPの上限値であり、Pbは図3のΔPの下限値である。ステップS318での判定結果がYESであればステップS319に進んでシール異常判定禁止状態をセットした後、図6のステップS4に進むが、NOであればステップS324に進んでシール異常をセットした後、図6のステップS4に進む。
【0026】
図5に示すように流体圧ポンプ11の始動後、時間Aが経過してもピーク圧力値Pmaxを検出しないときには、ステップS321にてピーク検出有りがセットされないため、図6の一連の処理が繰り返されることでやがてステップS312での判定結果がNOとなり、ステップS324に進んでシール異常を設定する。
【0027】
ステップS302での判定結果がP1=0MPaでなければ、ステップS323へ経て図6のステップS4に進む。このことは、流体圧路13の圧力がゼロから昇圧する場合にのみシール異常判定を行うことを意味する。
【0028】
図7および図8に示すシール異常判定においては、時間Aが経過するまでの間に出現したピーク圧力値Pmaxとその後に出現した安定した圧力値P1との差Pmax-P1がPbを超え且つPa未満であるときおよび時間Aが経過してもピーク圧力値が出現しないときは異常有りと判定するようにしたが、加圧流体用ベローズ式アキュームレータ14のシール部材14hの形状やその取付構造に起因して、シール機能が正常から異常に変わったときの流体出入口の圧力変化が、図3から図4のように変わるケースと、図3から図5のように変わるケースがあることから、時間Aが経過するまでの間に出現したピーク圧力値Pmaxとその後に出現した安定した圧力値P1との差Pmax-P1がPbを超え且つPa未満であるとき、または時間Aが経過してもピーク圧力値が出現しないときに異常有りと判定することとしてもよい。
【0029】
また、シール異常判定は、圧力P1が圧力P2未満且つゼロより高い圧力値から昇圧するときに行うこととしてもよい。
【0030】
【発明の効果】
以上に説明したように、この出願の発明に係る加圧流体用ベローズ式アキュームレータの異常検出装置は、ベローズの端が結合された可動プレートとシェルの可動プレートと対向する端のうちの一方に取付けられて可動プレートとシェルの端のうちの他方に接触することでベローズとシェルとの間の流体室からシェルに形成された流体出入口への流体の流動を阻止するシール部材のシール機能の異常を検出できるので、シール部材のシール機能に異常が発生したことを検出した時点で警報ランプ等を作動させてその旨を報知するよう構成することにより、シール部材のシール機能が異常であることに起因するベローズの破壊を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この出願の発明の一実施形態に係る加圧流体用ベローズ式アキュームレータの異常検出装置の概略構成を示す図である。
【図2】図1中の加圧流体用ベローズ式アキュームレータの概略構成を示す図である。
【図3】蓄圧を開始したときの流体出入口の圧力変化を示す図であり、シール部材が損傷を受けていない場合を示す。
【図4】蓄圧を開始したときの流体出入口の圧力変化を示す図であり、シール部材が軽度の損傷を受けている場合を示す。
【図5】蓄圧を開始したときの流体出入口の圧力変化を示す図であり、シール部材が重度の損傷を受けている場合を示す。
【図6】図1中の電気的制御装置の作用を示すフローチャートである。
【図7】図6中のシール異常判定の詳細を示すフローチャートである。
【図8】図6中のシール異常判定の詳細を示すフローチャートである。
【符号の説明】
10・・・加圧流体用ベローズ式アキュームレータの異常検出装置
11・・・電動式の流体圧ポンプ
12・・・リザーバ
13・・・流体圧路
14・・・加圧流体用ベローズ式アキュームレータ
14b・・・シェル
14c・・・可動プレート
14d・・・ベローズ
14e・・・ガス室
14f・・・流体出入口
14g・・・流体室
14h・・・シール部材
18・・・ブースタ
20,21・・・圧力センサ
22・・・異常判定手段を形成する電気的制御装置
Claims (2)
- 圧力空間を形成するシェルと、前記圧力空間内に位置し且つ自己の一端及び他端を前記シェルの一端壁及び可動プレートにそれぞれ固定された蛇腹状のベローズと、前記ベローズの内側に形成され且つ加圧ガスが封入されるガス室と、前記ベローズの外側に形成され且つ前記シェルの他端壁に形成された流体出入口に連通する流体室と、前記可動プレートと前記シェルの他端のうちの一方に取付けられて前記可動プレートと前記シェルの他端のうちの他方に接触することで前記流体室から前記流体出入口への流体の流動を阻止するシール部材とを備えた加圧流体用ベローズ式アキュームレータにおける前記シール部材のシール機能の異常を検出する装置であって、前記シール部材のリング状のシール面の外径を前記可動プレートのガス圧受圧面の外径よりも小さく設定し、前記流体出入口の流体圧を検出する圧力センサを設けるとともに、この圧力センサの検出出力に基づき異常有無を判別する異常判定手段を設け、この異常判別手段は、前記流体出入口の圧力が前記可動プレートと前記シェルの他端のうちの他方と前記シール部材との接触が生じる所定値以下の状態から前記流体出入口の昇圧を開始したとき、昇圧開始から所定時間が経過するまでの間に出現したピーク圧力値とこのピーク圧力値の出現後に出現した安定した圧力値との差が所定範囲外であるときおよび/または前記所定時間が経過するまでの間に前記ピーク圧力値が出現しないときは異常ありと判定するように構成したことを特徴とする加圧流体用ベローズ式アキュームレータの異常検出装置。
- 請求項1に記載の加圧流体用ベローズ式アキュームレータの異常検出装置であって、前記異常判別手段は、前記加圧流体用ベローズ式アキュームレータから供給される加圧流体により作動する流体圧機器が作動中であるか否かに応じて前記所定時間の値を変更するように構成されていることを特徴とする加圧流体用ベローズ式アキュームレータの異常検出装置。
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