JPH04501294A - ポンプ制御方法及びそのためのポペットバルブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、往復動流体（即ち気体又は液体）ポンプ好ましくは静止ポンプ送りチ ャンバの備わったポンプ、より好ましくは複数ピストン流体ポンプの作動を電気 的に制御するための方法に関する。本発明は、また、この方法において使用する ための電気的に選択可能な油圧式ポペットバルブをも網羅する。

往復動複数チャンバ式流体ポンプは公知のものであり、一般に、複数の静止ポン プ送りチャンバを具備している。各静止ポンプ送りチャンバは、吐出行程におけ る次の加圧のためにチャンバ内への（吸入行程での）流体の吸入を制御するため のポペットバルブを備えている。往復動複数チャンバポンプの一般的な実施態様 は、駆動軸により支持されている、環状ローブカム、偏心輪又は回転斜板の周り に配置された、シリンダにピストンが挿入された複数のモジュールを有している 。駆動軸が回転してローブカム又は偏心輪の回転をひき起こすにつれて、シリン ダにピストンが挿入されたモジュールは順次作動させられ油圧油を低圧吸入マニ ホルドから各モジュール内のポペットバルブを通って高圧送出しマニホルドへと ポンプ送りする。単数又は複数のチャンバ（又はモジュール）を有効化又は無効 化することにより、ポンプの押しのけ容積の可変的な段階的変化を達成すること ができる。

シリンダにピストンが挿入されたモジュールを無効化するこれまで提案されてき た方法の１つは、吸入行程でシリンダ内に引き込まれた流体がポンプの高圧送り 出し側ではなく送り出し行程全体を通して低圧吸入マニホルド内に送り戻される ようにモジュールのシリンダへの吸入バルブを機械的に開放状態に保持すること である。このようにして、例えばピストン及びシリンダモジュールの各々を独立 して有効化及び無効化するための手段及びシリンダを「ｎ」個有するポンプは「 ｎ」の段階的押しのけ容積レベルを提供できる。このような配置では、押しのけ 容積の変動は、一度に用いられるピストンとシリンダモジュールの数のみに応じ て定められる。

従来提案されてきたこのような機械的配置は、それらの作動が比較的低速で騒々 しいものであると同時に達成できる押しのけ容量の変動度が制限されているとい う点で重大な欠点を有している。

本発明の目的は、上述の欠点を未然に防ぐか或いは緩和することにある、もう１ つの目的は、ポンプ送すチャンバの少なくともいくつかへの吸入バルブとして用 いられる個別に電気制御可能なポペットバルブを有する複数チャンバ往復動流体 ポンプの押しのけ容積をリアルタイム制御するための方法を提供することにある 。

発明の要約 本発明の一実施態様によると、複数のポンプ送りチャン・バと手段とを有し、各 チャンバは、ポンプの吸入行程で低圧流体がチャンバに流入することを許容する 開放限界状態まで移動可能であると共にポンプの吐出行程で流体がバルブ部材を 再び通過してチャンバから高圧で排出されるのを防ぐ閉鎖限界状態まで移動可能 なバルブ部材を備えた吸入バルブを有し、手段はバルブ部材の開放および閉鎖を 制御する、往復動流体ポンプの出力制御方法において、少なくとも１つのチャン バのバルブ部材を少なくとも１つのチャンバ内のポンプ行程の少なくとも一部分 の間２つの限界状態のうちの１つに保持するための電磁式手段が設けられている ことを特徴としている。

好ましくは各ポンプ送りチャンバはシリンダにピストンが挿入されたモジュール であり、バルブのケーシング内に固定的に取付けられたソレノイドコイルと、バ ルブ部材をとり囲む環状永久磁石とを具備し、この磁石はバルブ部材の開閉方向 にコイルに対して移動する。

都合のよいことに、ソレノイドコイルの電気的付勢は流体の吐出圧力及びポンプ を出る流体の吐出押しのけ容積のうちの少なくとも１つに応じてマイクロプロセ ッサユニットにより制御される。ソレノイドコイルの付勢は、バルブ部材をその 閉鎖限界状態まで移動させるのに用いることができ、消勢によりこのバルブ部材 は流体流が誘導した力の影響の下でその開放限界状態へと移動できる。

好ましくは、バルブ部材の密封面は密封領域を画定する一部の球状領域を有し、 全体として楕円形をした球根状ヘッド上に形成されており、このヘッドは管状ス テムに連結され、バルブ部材の開放状態での流体流はスムーズであり急激な遷移 がない。

そのバルブ態様において本発明は、長い中空ステムと球状ヘッドとをもつバルブ 要素と、ステムの長手方向に移動するようステムをとり囲みこれに連結されてい る永久磁石とを規定している。望ましくは、中空ステムは内側に面取りされた端 部を有し、非強磁性材料でできている。環状磁石を第１のソレノイドコイルから 引き離しバルブを開放限界状態にラッチ保持するため、第２のソレノイドコイル を具備させてもよい。

本発明に基づく方法によると、往復動複数チャンバポンプ（通常は５つ以上のピ ストンとシリンダモジュール）を、広範囲にわたってスムーズに変動できる予め 定められた要求特性に合致するようにリアルタイムで制御することが可能となる 。ポンプの各回転サイクルの聞咎チャンバの実際の作動特性を検知することによ り、および各サイクルの間（或いは又、例えばピストンとシリンダモジュール内 のピストンのＢＤＣ（下死点）において）予め定められた要求特性とこの作動特 性を比較することにより、ポンプの出力を、今後必要になると以前判定されたも のに正確に合致させることが可能である。

予め定められた要求特性には、ポンプの押しのけ容積及びノイズ発生が含まれう る。

図面の簡単な説明 ここで本発明の一実施態様を一例として、添付の図面を参照しながら説明してい きたい。

図中、図１は、複数ピストン式油圧ポンプのための電気的に選択可能なポペット バルブの垂直断面図である。

図２は、本発明の制御方法を実施するための複数のポペットバルブ用の制御装置 を伴った、図１に示されている種類のポペットバルブを内含するアキシャルピス トンポンプの概略図である。

好ましい実施態様の説明 図１の左半分は閉鎖位置にあるポペットバルブを示し、一方、右半分は開放位置 にあるバルブを示している。

図１を参照すると、複数ピストン式油圧ポンプ（例えばアキシャルピストン又は リングカム油圧ポンプ）に適したバルブは、バルブエンドキャップ３及びそれに 付随するキャップネジ４を介してポンプのシリンダ本体２内に固定的に取付けら れた鋼製バルブシェル１を具備する。

バルブシェル１は、ポンプ送りされた油圧油が≠討参斡離入口６から出ロアへと 通過する孔５を有している。孔５への入口及び孔５からの出口の断面形状は、こ れらを通過する際に、低い流体抵抗となるように計算されてふり、出ロアは、表 面硬化された鋼で作られたポペットバルブ８のための弁座７ａを有する。

ポペットバルブ８は球根（すなわち部分楕円）形をしており、キャップネジ９に よって剛性であるが中空のサポート１０にしっかり取付けられている。出ロア内 の球根状ヘッドに幾分かの心ずれがあったとしても優れた密封が確保できるよう にするため、球根状ヘッドには弁座７ａと密閉する部材の密封領域の近くに部分 球形部域を与えてもよい。一方、サボーＮＯは、剛性アーム１２で構成された薄 い隔壁によって非強磁性の（例えばリン青銅の）流管１１に一体的に連結されて いる。

剛性アーム１２は、管１１内へのおよび管１１からの油圧油の比較的制約のない 流れを可能にするため互いに角度的に間隔があけられている。流管１１の上流及 び下流端は、それぞれｌｌａ及びｌｌｂで内側に面取りされている。

ポペットバルブ８を有する流管１１は、左右に示されている２つの限界位置の間 でバルブの孔５に対して軸方向に摺動できる。

軸方向に移動可能な双安定磁気ラッチ１３が、バルブシェル１内に構成されたチ ャンバ１３ａ内に収納されている。このラッチ１３は、バネの止め輪１４を用い て流管１１に固定的に連結されこの流管をとり囲んでいる。

磁気ラッチ１３は、結合又は焼結された希土類物質又はネオジム−ホウ素といっ た磁気材料のコア１５をもつ環状形のものである。このコア１５はその半径方向 内側及び外側で、それぞれ強磁性磁極リング１６及び１７により封じ込められて おり、その上面及び下面ではそれぞれ非強磁性のガードリング１８及び１９によ り封じ込められている。コア１５は望ましくは、半径方向に磁化されている（例 えばその内側円筒面がＳ極、外側円筒面がＮ極となるような形で）。

ラッチ１３は、上下の電磁ソレノイドコイル２０及び２１の影響の下で安定状態 が２つある状態でそのチャンバ１２内で軸方向に移動可能である。

コイル２０又はコイル２０及び２１の両方を適切に電気付勢すると、磁気ラッチ １３は付勢されたコイル２０の方にひきつけられ、かくしてポペットバルブ８は 、磁力線が上部コイル２０とコア１５を連結した時点で図１の左側に示されてい るような閉鎖つまり「活性化された」位置へと移動するが、磁力線が下部コイル ２１とコア１５を連結した場合図１の右側に示されているような開放つまり「無 効化された」位置に保持される。バルブの閉鎖位置において、矢印２５方向に上 方に流れている油圧油は吐出孔２６を介してポンプの高圧送り出し側に送り出さ れる。

ピストンの各吸込み行程の間、ポペットバルブ８は流体流の影響の下で開放位置 まで移動しここでラッチ保持される。

この位置にふいて、液体はバルブ８０球根状ヘッド８と出ロアの間に構成された 環状通路を通って後方及び前方に流れることができ、油圧油は、バルブ８が閉じ られていた場合に液体に伝達されたと思われるエネルギに比べてきわめて小さい エネルギー損失で、ピストンが吐出行程を行なう間に、低圧吸込みマニホルド内 に送り戻される。

ポペットバルブ８及びその付随する磁気ラッチ１３が開放位置に移動するにつれ て、ラッチ１３は、コイル２１及びそのとり巻き表面に接触する前に弾性エンド ストッパリングに接触することができる。このような弾性エンドストッパリング はう・ノ゛チ１３がその完全に開放した位置に入る動きを緩衝するのに用いるこ とができる。

上述のバルブは、複数ピストン油圧ポンプ（例えばリングカムポンプ）のポンプ を送りす・ｆクル内の適当な瞬間において、閉鎖されうるよう充分速い応答時間 を有しており、このため、ポンプは改良された性能、特にポンプ押しのけ容積の 制御に関して改良された性能で作動することができる。

下部ソレノイドコイル２１は、バルブ８が閉鎖位置に入る動きの間上部コイルの 作用を増大させ、上部コイル２０はラッチ１３をひきつけ下部コイル２１はこれ をはね返す。

下部ソレノイドコイル２１が図１に示されているが、これを無しですませること もでき、この場合、バルブ部材を閉鎖位置にラッチ保持するように電磁操作は１ つのコイル２０のみで達成される。開放位置でのラッチ保持は、磁石のコア１５ 及びバルブのシェル１の隣接部分を介して「下部」閉鎖磁束ループを作り出すこ とによって達成される。コイル２０が付勢されると、バルブ８を開放状態に保持 しているラッチ用磁束はコイル２０を含む新しい回路内に切換えられ、このため 閉鎖された「下部」磁束ループは、コア１５を包含し環状磁石をコイル２０の方 へひき上げる「上部」磁束ループに有利なように破壊される。バルブ部材８〜１ １は、ソレノイドコイル２０が消勢された場合（又はコア１５をはね返す極性で 付勢された場合）ピストンがその次の吸入行程を始めた時点で液体流により誘発 された力に基づいて、その開放状態に戻る。

往復動油圧ポンプの吸入バルブの電気制御が関与する本発明により、機械的に制 御されるバルブを有していたポンプではこれまで不可能だった重大かつ有利な結 果がもたらされ、これについて以下に図２を参照しながら説明する。

図２は、被駆動カム軸３３が回転するにつれてカム３２により駆動されるピスト ン３１のリングをもつ複数ピストンポンプ３０を示している。各々のピストン３ １は、回転するカム３２の影響下でそのシリンダ３４内で往復運動し、各吸入行 程の間開１に示されている種類の電磁制御されたバルブ３６を介して低圧マニホ ルド３５からシリンダ３１内に油圧油を引き込む。ＢＤＣにおいて、各ピストン ３１はその送り出し行程を開始すべく運動方向を逆転させ、それぞれのバルブ３ ６が閉鎖された場合、油圧油は吐き出し孔２６から高圧ダクト３７内へと押し込 まれる。

ダクトの上には出力アキュムレータ３８（ポンプからの吐出量内の圧力パルスを 平滑化するためのもの）及び圧力計測用トランスジューサ３９が載置されている 。

ポンプの作動中、マイクロプロセッサユニット４０がバルブの開閉を制御するた めに用いられる。「一回転あたり一回」のシャフトトリガー信号がライン４１に 生成され（カム３２上の１つの「マーク」４３が通過するのを検知するトランス ジューサ４２により）、ポンプ出力要求に関するライン４４のデジタル入力及び トランスジューサ３９に接続されたアナログ／デジタル変換器４６からのライン ４５のデジタル入力と共に、ユニット４０に供給される。

ユニット４０は、分離段４８（これにはオプトアイソレータ及びトランジスタ駆 動装置を有してもよい）を介して１群のソレノイド駆動装置４９を制御するデジ タル出力をライン４７１こ供給する。

マイクロプロセッサ制御ユニット４０はいくつかの組込み型アルゴリズムを含ん でもよい。このアルゴリズムは、ユニットがポンプシステム要求特性をシステム フィートノくツクと比較できるようにし、シリンダの作動に関する信号を出力し 、システムがその流体押しのけ容積を必要とする場合、ＢＤＣに達する次のシリ ンダを活性化する。このアルコ゛リズム（ｉ望ましくは、突然のサージを防ぐよ うな最大変化率アルゴリズムに調整されている。従って、ポンプシステムの実際 の作動押しのけ容積特性は、望まれる要求押しのけ容積特性嘗こ従って電磁的に 修正される。シリンダを活性化するｒＣ）レス番よ、モジュール内のピストン３ １がＢＤＣに達する時点まで１こ、モジュールのバルブ３６をちょうど閉じるた めに、ノイズアルゴリズムによってタイミングされた後、ソレノイド駆動装置４ ９（こ送られる。このようにして、遅い）くルブ閉鎖により生成される衝撃波は 軽減される。

図２に示されているハードウェアは、例えば流量制御モード及び圧力制御モード という異なる２つのモードで作動できる。

流量制御モード ユニット４０には、押しのけ容積要求（固定レベＪし、又Ｇｉオペレータのジョ イスティックのような外部入力のいずれかからの）とポンプ３０によって作り出 される押しのけ容積との記録がメモリされている。シリンダを活性化することが 可能となる毎に、ユニット４０は、現在のシリンダの最大効果の時点で予測され た要求が、シリンダが活性化されるべきか否か判定する。このことは、押しのけ 容積が１つのシリンダの半分以上の不足状態にある場合に起こる。アキュムレー タ３８番よ、半分のシリンダの誤差がライン圧の１０％より小さＧ）変動をひき 起こすようにサイズ決定されている。この制御方法はそれ自体、いかなるフィー ドバックも用いられないことから開Ｊレープである。フィードバックは、マイク ロプロセッサユニット４０の要求人力４４の前に総和分岐点を位置づけること１ こよって適用される。

圧力制御モード この状況において、ユニット４０は要求関数とは無関係Ｉこ出力ライン上に要求 圧力を維持しようとする。実際行なわれることは、アキュムレータ容積をできる かぎり誤差ゼロの状態に近く維持しようとすることである。ポンプ送り要求を知 るため、システムは、出力から負荷までの流れを計算しな昏すればならない。こ れは、連続する２つのシリンダ決定間隔１こおいてシステム圧力を測定すること によって行なうことができる。圧力変化は、アキュムレータ３８からシステムへ の押しのけ容積の寄与を示すアキュムレータ容積の変化と等し０゜この時間的間 隔中にポンプ３０によって送り出される押しの番す容積は、以前に活性化された シリンダの記録から計算される。

出力流れはポンプとアキコムレータの流れの合計である（というのも流れはこれ らの目的において圧縮不能であるからである）。

出力流れ要求、関わりあるシリンダからの押しのけ容積、ならびに（ゼロ誤差位 置に復帰させるための）アキュムレータへの押しのけ容積は、組合わされて現在 のシリンダを活性化させるべきか否かの決定を可能にする。

マイクロプロセッサユニット４０には例えば以下のものを含む異なる入力を具備 することができる。

１、例えば、電位差計（ポテンシオメータ）、スロットルペダル（車両駆動装置 のために用いられるポンプの場合）、又はデジタル式設定点、からのポンプシス テム要求特性２、例えば電動機速度検知器からのポンプシステムフィードバック 信号 ３、例えばポンプケーシング上にある加速度計といったノイズセンサー 上述のことから、ポンプの毎サイクル内でポンプの各ピストンとシリンダとのモ ジュールのバルブ３６を制御することができるため、ポンプ特に多くのシリンダ を備えたポンプは多少の差こそあれ無限に押しのけ容積を変動させることができ る。これは、これまでのポンプにふいて可能であった段階式変動とは異なるもの である。

例えば、サイクル毎に出力が変化するようにポンプの作動をプログラミングする ことが可能である。また、ポンプを、各々複数のシリンダを含む独立作動可能な いくつかのセクションに分割することもできる。各々のセクションは、押しのけ 容積について独立して制御でき、別々の機械を操作するのに用いることができる 。

補正書の翻訳文提出書 （特許法第１８４条の８） 平成３年３月２９日

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．複数のポンプ送りチャンバと手段とを有し、各チャンバは、ポンプの吸入行 程で低圧流体がチャンバに流入することを許容する開放限界状態まで移動可能で あると共にポンプの吐出行程で流体がバルブ部材を再び通過してチャンバから高 圧で排出されるのを防ぐ閉鎖限界状態まで移動可能なバルブ部材を備えた吸入バ ルブを有し、前記手段は前記バルブ部材の開放および閉鎖を制御する、往復動流 体ポンプの出力制御方法において、少なくとも１つのチャンバのバルブ部材を該 少なくとも１つのチャンバ内のポンプ行程の少なくとも一部分の間２つの限界状 態のうちの１つに保持するための電磁式手段が設けられていることを特徴とする 方法。
2. ２．各ポンプ送りチャンバはシリンダにピストンが挿入されたモジュールであり 、電磁式手段は、バルブのケーシング内に固定的に取付けられたソレノイドコイ ルと、バルブ部材をとり囲む環状永久磁石とを具備し、この磁石はバルブ部材の 開閉方向にコイルに対して移動することを特徴とする、請求項１記載の方法。
3. ３．ソレノイドコイルの電気的付勢は流体の吐出圧力及びポンプを出る流体の吐 出押しのけ容積のうちの少なくとも１つに応じてマイクロプロセッサユニットに より制御されることを特徴とする、請求項２記載の方法。
4. ４．ソレノイドコイルの付勢は、バルブ部材をその閉鎖限界状態まで移動させる のに用いることができ、消勢によりこのバルブ部材は流体流が誘導した力の影響 の下でその開放限界状態へと移動できることを特徴とする、請求項２記載の方法 。
5. ５．各ポンプ送りチャンバはシリンダにピストンが挿入されたモジュールであり 、バルブ部材の密封面は全体として楕円形をした球根状ヘッド上に形成されてお り、このヘッドは管状ステムに連結され、バルブ部材の開放状態での流体流は管 状ステムを通りかつスムーズであり急激な遷移がないことを特徴とする、請求項 １記載の方法。
6. ６．中に流体が通過するための孔を有するバルブシェルと、前記孔の中に形成さ れた弁座と、孔内の流体の通過を制御するため弁座と係合したり弁座から係合解 除すべく移動可能なバルブ要素と、弁座に対するバルブ部材の動きを制御するた めの電磁式作動手段とを具備した請求項１記載の方法に用いるのに適した電気的 に選択可能な油圧ポペットバルブにおいて、この作動手段はソレノイドコイルお よび協働する環状永久磁石を具備し、バルブ要素は長い中空のステムおよび球根 状ヘッドを有し、この球根状ヘッドは弁座を密封し、永久磁石はステムに連結さ れこれをとり囲みステムの長手方向に移動することを特徴とするポペットバルブ 。
7. ７．中空ステムは内側が面とりされた端部を有し、非強磁性材料で作られている ことを特徴とする、請求項６記載のバルブ。
8. ８．環状磁石は半径方向に磁化されていることを特徴とする、請求項７記載のバ ルブ。
9. ９．ソレノイドコイルはバルブシェル内に配置されており、これによってコイル の付勢時に環状磁石をソレノイドコイルに向かってひき寄せたとき球根状ヘッド は弁座と係合することを特徴とする、請求項８記載のバルブ。
10. １０．バルブ要素を弁座と接触するように移動させる際に第１のソレノイドコイ ルの作用を増大させるために第２のソレノイドコイルが設けられていることを特 徴とする、請求項９記載のバルブ。