(57)【要約】【課題】弁ユニット、流体作動機械、および弁ユニットの動作方法を提供する。【解決手段】流体作動機械用の弁ユニットは、弁部材（及び選択的に、弁座）を有する弁、弁部材に連結された弁アクチュエータ、及び弁ユニットに統合されており、弁アクチュエータを能動的に制御することによって弁部材を制御するように構成された電子アクチュエータコントローラを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁部材を有する弁、前記弁部材に連結された弁アクチュエータ、及び弁ユニットに統合されており、前記弁アクチュエータを能動的に制御することによって前記弁部材を制御するように構成された電子アクチュエータコントローラを備えており、前記アクチュエータコントローラが、コマンドを受信し、前記受信したコマンドを考慮に入れて前記弁アクチュエータの能動制御の変更のタイミングを決定するように構成された、前記弁ユニット。
【請求項２】
前記アクチュエータコントローラが、前記コマンドから弁アクチュエータ制御シーケンスを決定するように構成された、請求項１に記載の弁ユニット。
【請求項３】
前記アクチュエータコントローラが、前記受信したコマンドの一つ以上からの前記弁アクチュエータの能動制御のタイミング、期間または大きさの一つ以上を特定するデータを受信するように構成されており、選択的に、前記弁アクチュエータが、ソレノイドであり、前記弁アクチュエータの前記制御の変更のタイミングの決定が、特定の時における前記ソレノイドを流れる電流またはそれにわたる電圧の変更を含む、請求項１または２に記載の弁ユニット。
【請求項４】
前記アクチュエータコントローラが、前記受信したコマンドの一つ以上に応答して弁アクチュエータ制御シーケンスを開始するように構成された、請求項１〜３のいずれか１項に記載の弁ユニット。
【請求項５】
前記アクチュエータコントローラが、前記弁アクチュエータの前記制御の変更の一つ以上のシーケンスを記憶するメモリを備えており、前記アクチュエータコントローラが、前記受信したコマンドに応答して、前記メモリから前記弁の開放及び／または閉鎖シーケンスの一つを選択するように構成された、請求項１〜４のいずれか１項に記載の弁ユニット。
【請求項６】
前記コマンドが位相または周波数信号を含み、前記アクチュエータコントローラが、前記弁アクチュエータの前記制御の変更のタイミングを決定するときに、前記位相または周波数信号を考慮に入れる、請求項１〜５のいずれか１項に記載の弁ユニット。
【請求項７】
電源から前記弁ユニットに電気出力を送達するように構成されたまたは構成可能な電力線をさらに備えており、前記アクチュエータコントローラが、前記電力線を通して外部コントローラから前記コマンドを受信するように構成された、請求項１〜６のいずれか１項に記載の弁ユニット。
【請求項８】
前記弁ユニットが一つ以上のセンサを備えており、前記アクチュエータコントローラが、前記一つ以上のセンサからのセンサ測定値を受信し、前記受信したセンサ測定値を考慮に入れて前記弁アクチュエータの前記制御の前記変更のタイミングを決定するように構成された、請求項１〜７のいずれか１項に記載の弁ユニット。
【請求項９】
前記アクチュエータコントローラが、パルス幅変調信号を前記弁アクチュエータに印加することによって、前記弁部材を開放位置または閉鎖位置に留まらせる、及び選択的に、前記パルス幅変調信号の周波数及び／またはマーク対スペース比を決定するように構成された、請求項１〜８のいずれか１項に記載の弁ユニット。
【請求項１０】
前記アクチュエータコントローラが、前記弁アクチュエータへの一貫した作動力を維持するように構成された閉電流制御ループをさらに備えた、請求項１〜９のいずれか１項に記載の弁ユニット。
【請求項１１】
前記弁ユニットの記憶された識別子を有する、または前記弁ユニットの識別子を生成または受信して、その後、記憶するように構成されており、前記アクチュエータコントローラが、識別子を含むコマンドを受信し、前記受信したコマンドが前記弁ユニットの前記記憶された識別子を含む場合に前記コマンドを処理するように構成された、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の弁ユニット。
【請求項１２】
前記アクチュエータコントローラが、前記弁アクチュエータの作動の変更のシーケンスを実行する前にランダムの期間の間停止することによって、行うべきことを指示するコマンド信号に応答するように構成された、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の弁ユニット。
【請求項１３】
前記弁ユニットの前記アクチュエータコントローラが、データを機械コントローラに送信するように構成された、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の弁ユニット。
【請求項１４】
第二の弁部材を有する第二の弁、及び前記第二の弁部材に連結された第二の弁アクチュエータを備えており、前記電子アクチュエータコントローラが、前記第二の弁アクチュエータを能動的に制御することによって、前記第二の弁部材を制御するようにも構成されており、選択的に、前記（第一の）弁部材及び前記第二の弁部材が、流体作動機械の同じ作動チャンバ内への及びそれから出る油圧流体の流れを調整する、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の弁ユニット。
【請求項１５】
回転可能なシャフト、及び前記回転可能なシャフトの回転とともに周期的に変わる作動容積を有する複数個の作動チャンバを備えた流体作動機械であって、各作動チャンバが、前記作動チャンバと低圧マニホールドとの間の作動流体の流れを調整する低圧弁を備えた弁ユニットを有しており、各作動チャンバが、前記作動チャンバと高圧マニホールドとの間の作動流体の流れを調整する高圧弁を有しており、各々の前記弁ユニットが、さらに、弁部材、前記弁部材に連結された弁アクチュエータ、及び前記弁ユニットに統合されており、前記弁アクチュエータを能動的に制御することによって前記弁部材を制御するように構成された電子アクチュエータコントローラを備えており、
機械コントローラが、前記作動チャンバが作動流体の正味変位をもたらす能動サイクルまたは前記作動チャンバが作動流体の正味変位をもたらさない非能動サイクルを作動チャンバ容積の各サイクルにおいて前記それぞれの作動チャンバが実行すべきか否かを決定し、コマンド信号を前記電子アクチュエータコントローラに送信するように構成されており、前記アクチュエータコントローラが、前記コマンド信号を受信し、それに応答して前記それぞれの弁アクチュエータを制御することによって、前記作動チャンバによる作動流体の前記正味変位を決定する、前記流体作動機械。
【請求項１６】
前記弁ユニットが、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の弁ユニットである、請求項１５に記載の流体作動機械。
【請求項１７】
前記機械コントローラと前記弁ユニットの前記アクチュエータコントローラとが、同期クロックを備えており、前記機械コントローラが、事象を起こすべき時を前記弁ユニットの一つ以上の前記アクチュエータコントローラに送信するように構成された、請求項１５〜１６のいずれか１項に記載の流体作動機械。
【請求項１８】
前記弁ユニットがデータを前記機械コントローラに送信するように構成された、または前記機械コントローラが、個々のコマンドが関係する弁ユニットの前記弁ユニット識別子を送信するように構成された、請求項１５〜１７のいずれか１項に記載の流体作動機械。
【請求項１９】
前記機械コントローラが、それぞれの作動チャンバに能動サイクルを受けさせるように一つ以上の弁ユニットにコマンドするように構成されており、前記流体作動機械が、さらに、どの作動チャンバが結果として能動サイクルを実行するかを決定することによって、どの作動チャンバが弁ユニットに関連するかを決定するための手段を備えた、請求項１５〜１８のいずれか１項に記載の流体作動機械。
【請求項２０】
前記アクチュエータコントローラが、コマンドを受信することと、それに応答して、前記弁アクチュエータの前記制御の一つ以上の変更を実行することと、を含む、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の弁ユニットの動作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マニホールドと、弁の能動制御によって各作動チャンバの変位を作動チャンバ容積の各サイクルにおいて選択可能である流体作動機械の作動チャンバとの間の流体の流れを調整するための弁の分野、及びそのような弁を組み込む流体作動機械にも関する。
【背景技術】
【０００２】
少なくとも一つの電子制御式弁の開閉を能動的に制御することによって、周期的に変化する容積の作動チャンバ（例えば、ピストンシリンダ配置）内への及びそれから出る作動流体の流れを作動チャンバ容積の各サイクルにおいて選択して、作動チャンバ容積の各サイクルにおける作動チャンバによる作動流体の正味変位を選択する流体作動機械を提供することが当業界において公知である。
【０００３】
これは例えば、作動チャンバと低圧マニホールドとの間の作動流体の流れを調整する低圧弁（ＬＰＶ）を能動的に制御することによってポンプに能動サイクルまたは非能動サイクルのいずれかを実行させることができるＥＰ０３６１９２７（Ｓａｌｔｅｒ及びＲａｍｐｅｎ）から公知である。ＥＰ０４９４２３６（Ｓａｌｔｅｒ及びＲａｍｐｅｎ）は、この概念を発展させ、作動チャンバと高圧マニホールドとの間の作動流体の流れを調整し、モータに能動サイクルまたは非能動サイクルのいずれかを実行させることができ、そしてまた流体作動機械にポンピングまたはモータリングサイクルのいずれかを実行させることができる、能動的に制御される高圧弁（ＨＰＶ）を取り入れた。
【０００４】
能動サイクルとは、低圧マニホールドから高圧マニホールドへのまたは逆への作動流体の正味変位をもたらす作動チャンバ容積のサイクルを指す。非能動サイクルとは、低圧マニホールドと高圧マニホールドとの間の作動流体の正味変位が無い作動チャンバ容積のサイクルを指す。ＥＰ０３６１９２７及びＥＰ０４９４２３６に記載されているなどの非能動サイクルは、作動チャンバ容積のサイクル全体を通して、一つの最小の作動チャンバ容積から次のものまで作動チャンバの密封を維持することによって任意のマニホールドにまたはそれから流れない非能動サイクルを実行することも（例えば、Ｓｔｅｉｎ及びＣａｌｄｗｅｌｌのＷＯ２００７／０８８３８０から）公知であるが、作動流体の正味変位が無いように、低圧マニホールドからの作動流体を受け入れて、同じ量の作動流体を排出して低圧マニホールドに戻す作動チャンバを含む。
【０００５】
このタイプの機械では、ＬＰＶが、能動サイクルと非能動サイクルとを選択するように能動的に制御され、いくつかの実施形態では、能動サイクル中に変位する最大ストローク容積の一部分を制御する。能動制御を可能にするために、各ＬＰＶは、電子制御式であり、弁部材に連結された、通常ソレノイドである弁アクチュエータを有する。ソレノイドは、例えば、弁軸を通して（必ずしも堅く接続されていない）弁部材に連結された電機子に作用することができる。ＨＰＶも通常能動的に制御され、その場合に、弁部材に連結された、通常ソレノイドである電子制御式弁アクチュエータも有する。しかしながら、ポンプについて言えば、ＨＰＶは、例えば、ノーマルクローズの、圧力作動可能な逆止弁であっても良く、専ら受動的な様式において動作することができる。
【０００６】
能動制御とは、能動的に開放する、能動的に閉鎖する、能動的に開放を保持する、または能動的に閉鎖を保持する、弁の可能性を含む。弁は、付勢して開放（ノーマルオープン）または閉鎖（ノーマルクローズ）することができる。能動的に制御される弁は、状況次第では、例えば、アクチュエータの力ではなく、流れ力または圧力差によって受動的に動くこともできる。例えば、ＬＰＶは、弁アクチュエータによって能動的に閉鎖することができるが、シリンダ内の圧力が低圧マニホールド内の圧力未満に下がるときに、受動的に開くことができる。弁の能動制御への変更は、例えば、ソレノイドを流れる電流またはそこにわたる電圧を増大して弁を開閉する、または（例えば、さもなければそれを開閉する圧力差に対抗して弁部材の開放または閉鎖を保持するために）弁部材の付勢を変化させることを含むことができる。
【０００７】
作動チャンバの正味変位を制御するために、（ＨＰＶのモータリングもするための）それぞれのＬＰＶの弁アクチュエータを能動的に制御して、作動チャンバ容積の個々のサイクル中、及び個々のサイクル内で動くときにも、弁部材を動かすか否か（または、開放を保持するか）を調整する。特に、弁アクチュエータを制御して、各サイクルが能動であるか、非能動サイクルであるかを決定する。いくつかの実施形態では、能動サイクルの正味変位は、サイクル基準によってもサイクルにおいて選択される。能動サイクルと非能動サイクルとのパターンは、作動チャンバの結果生じる変位がターゲットに密接に従うように選択される。ターゲット変位は、迅速に変更することができ、変位決定が頻繁に為されるので、機械の実際の変位は、非常に迅速に変わることができる。故に、このタイプの機械は、変位及び軸トルクを迅速に変えて、その一方で、エネルギ効率の良い様式において動作することができる。このタイプの機械においてターゲット要求を満たすように、能動サイクル及び非能動サイクルを選択するのに利用できるアルゴリズムの実施例は、例えば、ＷＯ２０１５／０４０３６０（Ｃａｌｄｗｅｌｌら）及びＷＯ２０１１／１０４５４９（Ｒａｍｐｅｎ及びＬａｉｒｄ）に開示されている。
【０００８】
先行技術の機械では、中央機械コントローラが、能動サイクルと非能動サイクルとを選択し、弁の開放を制御するための信号を各弁アクチュエータに送信する。中央機械コントローラは、サイクル中、弁アクチュエータに送信される電流を数回変更する必要があり得る、例えば、ソレノイドアクチュエータに送信される電流は、エネルギ消費を減少するために、初期にはゼロであり得、その後、作動チャンバ容積のサイクル中の特定の時に（例えば、ＬＰＶを能動的に閉鎖するために）所定の値に増大され、その後、所定のレベルとゼロとの間を迅速に切り替わる（パルス波変調）ように変更し（例えば、ＬＰＶの閉鎖を保持するために必要な電力は、ＬＰＶの閉鎖の初期ステップよりも少なくすることができる）、その後、電流を、再度ゼロに切り替えることができる。
【０００９】
それ故に、これらの配置は、ポンプ及び／またはモータにおける高い容積及び配線の複雑性を招くことがあり得、本発明は、これに対処することを目的とする。容積及び配線の複雑性は、仮に、接続配線を必要とするセンサが弁に追加されると、さらに増大される。配線の容積は、完全なアセンブリの重量を増大し、そしてまた、パッケージスペースも増大し、弁が共に近くに位置する場合には、技術的難関ももたらす。複雑な配線織機を作り出す（及び修理する）ことも技術的難関となり得る。
【００１０】
それ故に、本発明は、このタイプの流体作動機械における弁の配線を単純化し、そのかさを減少することを追求する。
【００１１】
追加の要素は、実施において、任意の解決策が、９０＋摂氏温度の熱油において動作し、油の流れ力及び振動に耐えるのに十分な機械的強度を有する必要がある。
【００１２】
弁部材を開閉の中間の位置に保持し、開放の程度を調整するように構成された弁である比例流量弁に電子機器を統合することが公知である。しかしながら、そのような比例流量弁は、部分的に開放を保持するように設計された前述のタイプの機械に関連せず、弁部材が過度に遅く動く。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】ＥＰ０３６１９２７
【特許文献２】ＥＰ０４９４２３６
【特許文献３】ＷＯ２００７／０８８３８０
【特許文献４】ＷＯ２０１５／０４０３６０
【特許文献５】ＷＯ２０１１／１０４５４９
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の第一の態様に従い、（第一の）弁部材（及び選択的に、弁座）を有する弁、弁部材に連結された弁アクチュエータ、及び弁ユニットに統合されており、弁アクチュエータを能動的に制御することによって弁部材を制御するように構成された電子アクチュエータコントローラを備えた弁ユニットが提供される。
【００１５】
アクチュエータコントローラが、（例えば、外部コントローラ、例えば、弁ユニットを備えた流体作動機械のコントローラからの）コマンドを受信し、受信したコマンドを考慮に入れて弁アクチュエータの能動制御の変更のタイミングを決定する（例えば、計算する及び／またはそれに関する命令に従う）ように構成されることもあり得る。
【００１６】
アクチュエータコントローラは、コマンドインターフェースを備え、コマンドインターフェースを通じてコマンドを受信することができる。コマンドインターフェースは、光インターフェース、例えば、少なくとも一つのフォトセンサを備えることができる。光インターフェースは、少なくとも一つの光源またはフォトエミッタと連動して使用することができる。
【００１７】
前述のアクチュエータコントローラは、前述のコマンドから弁アクチュエータ制御シーケンスを決定するように構成でき、アクチュエータコントローラは、決定された弁アクチュエータ制御シーケンスを考慮に入れて弁アクチュエータの制御の前述の変更のタイミングを決定するように構成される。
【００１８】
アクチュエータコントローラは、受信したコマンドの一つ以上からの弁アクチュエータの能動制御のタイミング、期間または大きさの一つ以上を特定するデータを受信するように構成できる。例えば、弁部材の開放または閉鎖を保持すべき時、開始または終了時刻、または弁部材の開放及びまたは閉鎖を保持すべき持続期間がある。
【００１９】
前述のアクチュエータコントローラが、（即座にまたは例えば、受信したコマンドからの、所定であり得る遅延後に）受信したコマンドの一つ以上に応答して弁アクチュエータ制御シーケンスを開始するように構成されることもあり得る。従って、受信したコマンドのいくつかは、能動サイクルを実行するためのコマンドであっても良い。通常、アクチュエータコントローラは、アクチュエータを能動的に制御することによってそのようなコマンドに応答して、弁ユニットに関連する作動チャンバに能動サイクルを実行させる（例えば、弁部材は、マニホールドから作動チャンバに入る及び／または作動チャンバから出てマニホールドに入る作動流体の流れを制御する）。
【００２０】
従って、機械コントローラは、弁ユニットに関連する作動チャンバが作動チャンバ容積の能動サイクルを実行して作動チャンバ容積の個々のサイクル中に能動サイクル（または、作動チャンバ容積の非能動サイクル）を実行するか否かを決定することができる。電子アクチュエータコントローラは、通常、それに応答して能動サイクルを有効にするような、アクチュエータ制御の変更のタイミングを決定する。
【００２１】
能動サイクルを実行するコマンドの受信のタイミングが、アクチュエータの能動制御のその後の変更のタイミングを決定することもあり得る。例えば、能動サイクルを実行するためのコマンドの受信によって、弁アクチュエータ制御シーケンスを即座にまたは所定の時間帯後に開始させることができる。
【００２２】
そのような実施形態では、機械コントローラは、それによって、作動チャンバ容積のサイクル内の一つ以上の弁の開放または閉鎖の位相を決定することができる。しかしながら、一つ以上の弁の開閉の位相は、それぞれの弁の開閉を起こすか否かを決定する受信したコマンドを用いて、アクチュエータコントローラによって決定することができる。
【００２３】
従って、いくつかの受信したコマンドが、（通常、弁ユニットに関連する作動チャンバに能動サイクルを実行させるための）弁アクチュエータ制御シーケンスを実行するか否かを決定することができ、他の受信したコマンドが、弁アクチュエータ制御シーケンスの特性（例えば、タイミング）を決定することができる。
【００２４】
コマンドは、通常、機械コントローラから受信する。
弁アクチュエータが、ソレノイドであり、弁アクチュエータの制御の変更のタイミングの決定が、特定の時におけるソレノイドを流れる電流（または、ソレノイドにわたる電圧）の変更を含むこともあり得る。
【００２５】
ソレノイドを流れる電流の変更が、ソレノイドを流れる電流の変調を変更する（例えば、パルス幅変調を使用する、例えば、電流パルスのマーク対スペース比を変える）ことによる、ソレノイドを流れる平均電流の変更を含むこともあり得る。ソレノイドにわたる電圧の変更が、ソレノイドにわたる電圧の変調を変更する（例えば、パルス幅変調を使用する、例えば、電圧パルスのマーク対スペース比を変える）ことによる、ソレノイドにわたる平均電圧の変更を含むこともあり得る。
【００２６】
通常、弁アクチュエータは、弁部材を作動させて、弁を開放する、弁を閉鎖する、弁の開放を保持する、または弁の閉鎖を保持する。弁アクチュエータが、時々、弁部材に付勢をかけないままにする（及び弁部材が受動的に動くことができる）こともあり得る。弁部材は、ポペット弁であっても良く、弁ユニットは、対応する弁座を備えることができる。弁アクチュエータは、開放位置と閉鎖位置との間で逆にも弁部材を動かす、または弁部材の開放または閉鎖を保持し、弁部材を開放位置と閉鎖位置との間の中間位置には保持しないように構成される。弁は、比例流量弁ではない。
【００２７】
弁の開放または閉鎖を能動的に保持することは、弁アクチュエータを活性化させる（例えば、ソレノイドアクチュエータを通して電流を流す）ことを含むことができる。
【００２８】
前述のアクチュエータコントローラは、弁アクチュエータの制御の変更の一つ以上のシーケンスを記憶するメモリを備えることができ、アクチュエータコントローラは、受信したコマンドに応答して、メモリから前述の弁の開放及び／または閉鎖シーケンスの一つを選択するように構成される。
【００２９】
通常、メモリは、少なくとも、弁ユニットに関連する作動チャンバのアイドルサイクル中に使用するための変更の第一のシーケンス、及び弁ユニットに関連する作動チャンバの能動サイクル（すなわち、作動流体の正味変位をもたらす作動チャンバ容積のサイクル）中に使用するための変更の第二のシーケンスを記憶する。とりわけ、アイドルサイクルにおいて、記憶されたシーケンスは、低圧弁が依然として開放されるように、実際には空値であっても良い。従って、外部コントローラは、弁アクチュエータの制御の変更の二つ以上のシーケンスから選択することができる。変更の少なくとも一つのシーケンスが変更を全く含まないこともあり得る。メモリは、コマンドがないときに、アクチュエータコントローラがデフォルトによって弁アクチュエータをどのように制御すべきかを決定するデフォルト命令を記憶することができる。例えば、これは、弁アクチュエータを制御して、弁部材を開放または閉鎖位置に保持でき、弁アクチュエータが、ソレノイドであり、これは、ソレノイドを流れる電流を、ゼロであり得るデフォルト値に調整することができる。弁アクチュエータの制御は、通常、弁アクチュエータが結果的に常には動かない場合（例えば、弁アクチュエータが弁の開放または閉鎖を維持する位置に保持される場合）でさえも、（エネルギを消費する）能動制御である。
【００３０】
受信したコマンドが位相または周波数信号を含み、アクチュエータコントローラが、弁アクチュエータの制御の変更のタイミングを決定するときに、位相または周波数信号を考慮に入れることもあり得る。
【００３１】
例えば、メモリに記憶されている変更のシーケンスは、周波数または位相を参照して変更のタイミングを特定することができる。位相は、弁ユニットに関連する作動チャンバ及び／または流体作動機械の回転可能なシャフトの位相であっても良く、作動チャンバの容積のサイクルは、流体作動機械の回転可能なシャフトの回転と（ことによるとギアリングレシオとともに）対になる。
【００３２】
弁ユニットは、さらに、電源から弁ユニットに電気出力を送達するように構成されたまたは構成可能な電力線を備えることができ、前述のアクチュエータコントローラは、電力線を通して外部コントローラから前述のコマンドを受信するように構成される。
【００３３】
したがって、コマンドインターフェースは、電力線と通信し、電力線を通して受信したコマンド信号をデコードする（例えば、復調する）ように構成された電子回路を備えることができる。
【００３４】
弁ユニットは、一つ以上のセンサを備えることができ、アクチュエータコントローラは、前述の一つ以上のセンサからのセンサ測定値を受信して、前述の受信したセンサ測定値を考慮に入れて弁アクチュエータの制御の前述の変更のタイミングを決定するように構成される。
【００３５】
例えば、前述のセンサは、温度センサであっても良い。温度は、作動流体の粘性に影響を及ぼし、弁アクチュエータの制御の変更の正確なタイミングを決定するときに測定した温度を考慮に入れることによって、温度の変動にかかわらず、弁の開閉の時を調整することができる。弁アクチュエータが、ソレノイドであり、前述のセンサがコイル抵抗またはバックＥＭＦセンサであることもあり得る。一つ以上の前述のセンサは、磁場センサ、弁部材ポジションセンサ（例えば、ポペットポジションセンサ）、加速度計、電流センサなどであっても良い。
【００３６】
弁の開閉のタイミングが、一般に、弁アクチュエータの制御の変更のタイミングによる影響を受けるが、弁アクチュエータの制御の変更と一致する必要はないことに留意されたい。例えば、弁アクチュエータの制御の変更と弁部材の運動との間の遅延が存在し得、弁部材は、弁ユニットに関連する作動チャンバ内の圧力が適切に変化するまで動くことができず、弁部材は、例えば、弁ユニットに関連する作動チャンバ内の圧力の変化などの結果として、受動的に開放または閉鎖することができる。
【００３７】
弁ユニットは、弁アクチュエータの特性の測定値を受信し、そのデータを使用して、弁アクチュエータの制御の前述の変更のタイミングを決定することができる。例えば、弁アクチュエータがソレノイドである場合には、ソレノイドを流れる電流から弁部材が動くときを決定することが可能であり、その後のコマンドに応答して、これを、フィードバックループにおいて使用して、作動信号の変更のタイミングを制御することができる。
【００３８】
弁ユニットが前述のセンサの一つ以上からのセンサ信号を記憶するように構成されたデータバッファを含むこともあり得る。
【００３９】
アクチュエータコントローラは、パルス幅変調信号を弁アクチュエータに印加することによって、弁部材を開放位置または閉鎖位置に留まらせるように構成できる。
【００４０】
アクチュエータコントローラは、パルス幅変調信号の周波数及び／またはマーク対スペース比を決定するように構成できる。
【００４１】
アクチュエータコントローラは、さらに、弁アクチュエータへの一貫した作動力を維持するように構成された閉電流制御ループを備えることができる。一貫したとは、順次の作動において、実際的な許容範囲内において同じであることを指す。
【００４２】
アクチュエータコントローラは、通常、前述の弁アクチュエータの作動のタイミングを決定するように構成された（アナログまたはデジタル）プロセッサを備える。プロセッサは、マイクロプロセッサまたはマイクロコントローラ（例えば、ペリフェラルインターフェースコントローラ（ＰＩＣ）マイクロコントローラ）を備えることができる。アクチュエータコントローラは、通常、（固体）メモリを備える。
【００４３】
作動力は、作動中変化しても良いし、連続的でなくても良い。しかしながら、コイルの抵抗、供給電圧及び他のそのような要素の状態が変化したときでさえも、順次の作動において一貫していることが好ましいはずである。
【００４４】
通常、アクチュエータコントローラは、プロセッサと弁アクチュエータとの間に提供された一つ以上の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を備える。
【００４５】
弁ユニットは、（例えば、メモリ内に）弁ユニットの記憶された識別子を有する、または弁ユニットの識別子を生成または（例えば、通信インターフェースを通じて）受信して、その後（例えば、メモリ内に）記憶するように構成することができる。アクチュエータコントローラは、識別子を含むコマンドを受信し、受信したコマンドが弁ユニットの記憶された識別子を含む場合にコマンドを処理するように構成される。
【００４６】
コマンドは、例えば、弁ユニットが弁アクチュエータの作動の変更のシーケンス（例えば、記憶されたシーケンス）を実行すべき、または弁アクチュエータの作動の変更の記憶されたシーケンスを修正または追加するコマンドであっても良い。
【００４７】
弁ユニットは、弁ユニットの記憶された識別子を割り当てるように選択的に作動可能な一つ以上のスイッチを備えることができる。
【００４８】
アクチュエータコントローラが、弁アクチュエータの作動の変更のシーケンスを実行する前にランダムの期間の間停止することによって、行うべきことを指示するコマンド信号に応答するように構成されることもあり得る。これは、（例えば、作動チャンバに関連する）機械における弁の位置、及び／または弁の記憶された識別子の決定を可能にするので有用であり得る。従って、弁アクチュエータの作動の変更のシーケンスを実行することを複数の弁が依頼された場合には、すべてを瞬時に行わず、個々に達成することができる。
【００４９】
弁ユニットのアクチュエータコントローラは、データを（通常、同じ通信インターフェースを通して）機械コントローラ（通常、それからコマンドを受信する機械コントローラ）に送信するように構成できる。
【００５０】
データは、例えば、弁ユニットの状態を特定する、または一つ以上のセンサからの測定された記憶されたデータを含むことができる。
【００５１】
弁ユニットは、第二の弁部材（及び選択的に、第二の弁座）を有する第二の弁、及び第二の弁部材に連結された第二の弁アクチュエータを備えることができる。電子アクチュエータコントローラは、第二の弁アクチュエータを能動的に制御することによって、第二の弁部材を制御するようにも構成される。
【００５２】
本発明は、前述の弁ユニットである第一の弁ユニット、第二の弁部材（及び選択的に、第二の弁座）を有する第二の弁ユニット、及び第二の弁部材に連結された第二の弁アクチュエータを備えており、第一の弁ユニットの電子アクチュエータコントローラが、第二の弁アクチュエータを能動的に制御することによって、第二の弁部材を制御するようにも構成される装置にまで及ぶ。
【００５３】
少なくとも一つの配線が、第一の弁ユニットから第二の弁ユニットの第二の弁アクチュエータまで延在することもあり得る。第一の及び第二の弁ユニットは、通常、種々のマニホールド（例えば、低圧マニホールド及び高圧マニホールド）を通じる、同じ作動チャンバ内への及びそれから出る作動流体の流れを調整する。
【００５４】
本発明の第二の態様に従い、回転可能なシャフト、及び回転可能なシャフトの回転とともに周期的に変わる作動容積を有する複数個の作動チャンバを備えた流体作動機械が提供され、ここで、各作動チャンバが、作動チャンバと低圧マニホールドとの間の作動流体の流れを調整する低圧弁を備えた弁ユニットを有しており、各作動チャンバが、作動チャンバと高圧マニホールドとの間の作動流体の流れを調整する高圧弁を有しており、各々の前述の弁ユニットが、さらに、弁部材、弁部材に連結された弁アクチュエータ、及び弁ユニットに統合されており、弁アクチュエータを能動的に制御することによって弁部材を制御するように構成された電子アクチュエータコントローラを備えており、
機械コントローラが、作動チャンバが作動流体の正味変位をもたらす能動サイクルまたは作動チャンバが作動流体の正味変位をもたらさない非能動サイクルを作動チャンバ容積の各サイクルにおいてそれぞれの作動チャンバが実行すべきか否かを決定し、コマンド信号を電子アクチュエータコントローラに送信するように構成されており（例えば、プログラムされており）、アクチュエータコントローラが、コマンド信号を受信し、それに応答してそれぞれの弁アクチュエータを制御することによって、作動チャンバによる作動流体の正味変位を決定する。
【００５５】
弁ユニットが本発明の第一の態様に従う弁ユニットであることもあり得る。
機械コントローラから電子アクチュエータコントローラに送信された一つ以上のコマンド信号は、能動サイクルを実行するための、機械コントローラからのコマンドに応答して弁アクチュエータによって実行される弁アクチュエータ制御シーケンスの特性を決定することができる。特性は、例えば、受信したコマンドの一つ以上からの弁アクチュエータの能動制御のタイミング、期間または大きさの一つ以上を含むことができる。例えば、弁部材の開放または閉鎖を保持すべき時、開始または終了時刻、または弁部材の開放及びまたは閉鎖を保持すべき持続期間がある。
【００５６】
弁ユニットは、さらに、前述の高圧弁を備えることができる。
流体作動機械は、回転可能なシャフトの回転の位相及び／または周波数を測定するセンサを備えることができ、機械コントローラは、それに応答して、位相及び／または周波数信号を弁ユニットのアクチュエータコントローラに送信する。
【００５７】
機械コントローラは、それぞれの弁ユニットの位置（弁ユニットによって調整される、作動流体の流れがその内部に入る及び／またはそこから出る作動チャンバの位置）を考慮に入れて計算する時にコマンド信号を弁ユニットのアクチュエータコントローラに送信することができる。機械コントローラは、それぞれの作動チャンバの容積（弁ユニットによって調整される、その内部への及び／またはそこから出る作動流体の流れ）のサイクルの位相を考慮に入れる。従って、いくつかの実施形態では、弁ユニットのアクチュエータコントローラに送信されるコマンド信号は、弁ユニットに関連する作動チャンバ（すなわち、それぞれの弁ユニットによって調整される、作動流体の流れがその内部に入る及び／またはそこから出る作動チャンバ）の相対位相を考慮に入れて時間内において間隔をあける。
【００５８】
電力線が、機械コントローラと各々の前述の弁ユニットとの間を延在し、コマンド信号が、電力線を通して機械コントローラから弁ユニットのアクチュエータコントローラに送信されることもあり得る。
【００５９】
流体作動機械は、弁ユニットがデータを機械コントローラに送信するように構成できる。データは、例えば、弁ユニットの状態を特定する、または一つ以上のセンサからの測定された記憶されたデータを含むことができる。
【００６０】
データは、弁ユニットの識別子であっても良い。機械コントローラが、個々のコマンドが関係する弁ユニットの弁ユニット識別子を送信するように構成されることもあり得る。
【００６１】
機械コントローラと弁ユニットのアクチュエータコントローラとは、同期クロック（例えば、定期的に同期されるクロック）を備えることができる。機械コントローラは、弁ユニットの一つ以上のアクチュエータコントローラに事象を起こすべき（例えば、弁を開放または閉鎖すべき）時を送信するように構成できる。一つ以上の弁ユニット（通常、一つ以上の弁ユニットのアクチュエータコントローラ）は、事象、通常、弁の開閉事象を起こす時を指示するデータを機械コントローラに送信するように構成できる。時を指示するデータは、時刻信号、（作動チャンバ容積のサイクルの位相と相対的などの）位相信号を含むことができる。前述のデータは、タイムスタンプの形態をとることができる。機械コントローラは、事象を起こす時を指示する受信したデータを処理して、弁アクチュエータに送信されるその後のコマンドを決定する及び／または弁の状態または不具合を決定する、及び／または前述の弁についての修正または命令データを決定する、ならびに前述の修正または命令データを前述の弁に送信することができる。
【００６２】
流体作動機械が、特定の作動チャンバが能動サイクルを受けたことを決定することによって、それぞれの作動チャンバにどの弁ユニットが関連するかを決定するための手段を備えることもあり得る。例えば、機械コントローラが、それぞれの作動チャンバに能動サイクルを受けさせるように一つ以上の弁ユニットにコマンドするように構成されることもあり得る。流体作動機械は、さらに、どの作動チャンバが結果として能動サイクルを実行するかを決定することによって、どの作動チャンバが弁ユニットに関連するかを決定するための手段を備える。
【００６３】
例えば、弁ユニットは、弁の開閉（通常、高圧弁の閉鎖に続く低圧弁の受動的な開放）（例えば、その時または位相）を観測して、開閉が起こったこと及び／または開閉の時もしくは位相を示す信号を機械コントローラに送信することができる。この信号を、各作動チャンバについての予期される信号と比較して、弁がそれぞれの正しい時または位相において作動したかどうかを決定することができる。機械コントローラは、それによって、どの弁ユニットがそれぞれの作動チャンバに関連するかを識別することができる。
【００６４】
流体作動機械は、さらに、低圧または高圧マニホールドにおける作動流体の圧力を測定するための圧力センサを備えることができる。機械コントローラが、それぞれの作動チャンバに作動チャンバ容積の能動サイクルを受けさせるように弁ユニットにコマンドし、圧力センサを使用して結果生じた作動流体の圧力を観測することによって、どの弁ユニットがどの作動チャンバに関連するかを決定するように構成されることもあり得る。
【００６５】
本発明は、本発明の第一の態様に従う弁ユニットの動作方法に関する第三の態様に及ぶ。この方法は、アクチュエータコントローラが、コマンドを受信することと、それに応答して、弁アクチュエータの制御の一つ以上の変更を実行することと、を含む。本発明は、本発明の第二の態様に従う流体作動機械の動作方法に関する第四の態様に及ぶ。この方法は、機械コントローラが、弁ユニットのアクチュエータコントローラによって受信されるコマンドを送信することと、それに応答して、弁アクチュエータの制御の一つ以上の変更を実行することと、を含む。
【００６６】
結果として弁ユニットに関連する作動チャンバが作動チャンバ容積の能動サイクルを実行することもあり得る。
【００６７】
結果として、アクチュエータが、その後のコマンドに応答して、それに従い弁アクチュエータ制御シーケンスを変更して、作動チャンバ容積の能動サイクルを実行することもあり得る。例えば、機械コントローラによってアクチュエータコントローラに送信されるコマンドのいくつかは、受信したコマンドの一つ以上からの弁アクチュエータの能動制御のタイミング、期間または大きさの一つ以上を特定することができる。例えば、弁部材の開放または閉鎖を保持すべき時、開始または終了時刻、または弁部材の開放及びまたは閉鎖を保持すべき持続期間がある。
【００６８】
弁ユニットが、少なくとも一つのセンサを備えており、弁アクチュエータの制御の変更のタイミングを、少なくとも一つのセンサによる最新のまたは以前の測定値に応答して変えることもあり得る。
【００６９】
弁ユニットが、作動チャンバ容積のサイクルの位相または周波数に関連する位相または周波数信号を受信し、弁アクチュエータコントローラが、弁アクチュエータの制御の一つ以上の変更のタイミングを決定するときに、位相または周波数信号を考慮に入れることもあり得る。
【００７０】
アクチュエータコントローラが、さらに、受信した制御信号に応答して、第二の弁の第二のアクチュエータを制御することもあり得る。
【００７１】
第二の弁が弁ユニットに統合されており、第二の弁が、弁アクチュエータが（例えば、配線を通じて）接続された第二の弁ユニットの一部であることもあり得る。
【００７２】
機械コントローラが、コマンド信号を弁ユニットのコントローラに送信することによって、個々の作動チャンバが作動チャンバ容積の能動または非能動サイクルを受けるか否かを制御し、弁ユニットのコントローラが、それぞれの能動サイクル中に弁の開閉のタイミングを調整することもあり得る。
【００７３】
コマンド信号を送信するステップは、弁ユニットに延在する電力線の電圧または電流を変調することを含むことができる。
【００７４】
コマンド信号が無線で（例えば、光または無線通信によって）送信されることもあり得る。
【００７５】
少なくとも一つの弁ユニットが、少なくとも一つのセンサを備えており、弁ユニットの弁アクチュエータが、少なくとも一つのセンサによる測定値に応答して、コマンド信号の受信のタイミングと相対的に弁の開閉の時を変えることもあり得る。
【００７６】
方法は、通常、作動チャンバ容積のサイクルの位相を示す位相信号を受信することと、位相信号を参照して作動チャンバ容積のサイクルの位相と相対的に制御信号のタイミングを制御することと、を含む。
【００７７】
低圧弁及び／または高圧弁がソレノイドで作動するフェースシーティング弁、例えば、ポペット弁であることもあり得る。
【００７８】
低圧マニホールド及び高圧マニホールドとは、マニホールドの相対圧力を指す。ポンプにおいて、低圧マニホールドは、流体を受け入れるマニホールドであり、高圧マニホールドは、流体をポンプするマニホールドである。モータにおいて、高圧マニホールドは、加圧流体を受け入れるマニホールドであり、低圧マニホールドは、流体を排出するマニホールドである。
【００７９】
機械コントローラは、通常、少なくとも一つのプロセッサ（ことによると複数のプロセッサ）、及び少なくとも一つのプロセッサと電子通信し、コンピュータプログラム命令を記憶する少なくとも一つの固体コンピュータ可読媒体を備える。しかしながら、機械コントローラは、全体または一部において電子回路として実装することができる。機械コントローラの機能は、複数個のプロセッサの間で分配することができる。機械コントローラは、それを通じて出力ターゲットを受信するターゲット入力を有することができる。
【００８０】
機械コントローラは、ターゲットにマッチするような作動チャンバの一つ以上の群の正味変位を選択することができる。ターゲットは、ターゲット入力を通じて受信され、機械コントローラによって処理することができる。機械コントローラは、ターゲットを計算することができる。ターゲットは、作動チャンバの一つ以上の群の正味変位に関連するパラメータの必要値を示す受信した要求信号、例えば、（正味変位及び圧力両方に比例する）トルク要求信号から計算することができる。ターゲットは、通常、前述の群を構成する複数個の作動チャンバの組み合わせの正味変位についてのターゲットである。機械は、一つ以上のさらなる作動チャンバを有し、別個のターゲットに各々がマッチするように、作動チャンバの複数個の異なる群の正味変位を選択することができる。作動チャンバは、動作中にある群から別の群に再び割り当てることができる。これは、複数個の異なる作動機能を同時に満足させるために、機械が、作動流体の複数個の別個のソースまたはシンクにサーブすることを可能にするので有用である。
【００８１】
流体作動機械は、ポンプであっても良い。流体作動機械は、モータであっても良い。流体作動機械は、交互の動作モードにおいてポンプまたはモータとして動作可能なポンプ−モータであっても良い。流体作動機械は、空気式であっても良い。流体作動機械は、油圧式であっても良い。
【００８２】
弁アクチュエータは、ソレノイドを備えることができる。低圧弁及び／または高圧弁は、通常、弁部材に摺動可能に備え付けられており、それに連結された磁極片を備えることができる。流体作動機械は、一次作動信号及び／または追加のアクチュエータ信号に応答して変わるマーク対スペース比を用いて、低圧弁及び／または高圧弁のソレノイドに提供される電流を切り替えるソレノイド駆動回路を備えることができる。
【００８３】
低圧弁及び／または高圧弁は、弁部材、及び弁がデフォルト開放またはデフォルト閉鎖されるように弁部材及び／または弁アクチュエータを付勢するばねなどの付勢部材を備えることができる。
【００８４】
流体作動機械は、作動チャンバ容積のサイクルの位相を示す信号を生成する（回転シャフトに関連するシャフトエンコーダなどの）位相センサを備えることができる。位相信号は、アクチュエータコントローラに通信することができる。アクチュエータコントローラは、位相信号を参照して作動チャンバ容積のサイクルの位相と相対的に作動信号のタイミングを制御するように構成できる。
【００８５】
本発明の態様のいずれかに関して開示された選択的な特徴は、本発明の各態様の選択的な特徴である。
【００８６】
ここで、本発明の例示的な実施形態を以下の図面を参照して例証する。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】先行技術の流体作動機械の概略図である。
【図２】電子制御式ＬＰＶを通る断面である。
【図３】流体作動機械におけるポンピング（上部トレース）及びモータリング（下部トレース）両方についてのＬＰＶ位置、ＨＰＶ位置、作動チャンバ圧力及びソレノイド作動信号の概略図である。
【図４】専用通信バスを通じて機械コントローラが弁ユニットと通信する流体作動機械の概略図である。
【図５】電力バスを通じて機械コントローラが弁ユニットと通信する流体作動機械の概略図である。
【図６】弁ソレノイド及びＰＣＢが埋め込まれた実施形態を通る断面である。
【図７】一連の弁ユニットに接続するらせんケーブルを示す。
【図８】プッシュフィットキャップを使用する弁ユニットの形成を示す分解された断面を示す。
【図９】第二の弁ユニット９７のソレノイドアクチュエータを駆動するインテリジェント弁ユニットに接続された配線織機を示す。
【発明を実施するための形態】
【００８８】
図１は、通常、複数個の対応する作動チャンバを備える流体作動機械１における個々の作動チャンバ２の概略図である。流体作動機械は、ポンピングサイクルを実行するポンプであっても良いし、モータリングサイクルを実行するモータであっても良いし、交互の動作モードにおいてポンプまたはモータとして動作することによって、ポンピングまたはモータリングサイクルを実行できるポンプ−モータであっても良い。流体の正味スループットは、作動チャンバ容積のサイクルとの位相関係において、電子的に制御可能な弁を制御して機械の個々の作動チャンバと流体マニホールドとの間の流体連絡を調整することによって決定される。個々のチャンバは、所定の固定容積の流体を変位させる能動サイクルまたは流体の正味変位がない非能動サイクルのいずれかを受けさせるように、サイクル基準に従いサイクルにおいて、コントローラによって選択可能であり、これにより機械の正味スループットを要求に動的にマッチさせることが可能になる。
【００８９】
個々の作動チャンバ２は、シリンダ４の内面と、クランクシャフト８からクランク機構９によって駆動され、シリンダ内で往復運動して作動チャンバの容積を周期的に変えるピストン６とによって画定された容積を有する。シャフト位置及び速度センサ１０が、シャフトの回転の瞬間角度位置及び速度を決定し、シャフト位置及び速度信号を機械コントローラ１２に送信し、これにより機械コントローラは、各々の個々の作動チャンバのサイクルの瞬時位相を決定することができる。コントローラは、通常、使用中に記憶されたプログラムを実行するマイクロプロセッサまたはマイクロコントローラを備える。
【００９０】
作動チャンバは、作動チャンバに向かって内側を向き、作動チャンバから低圧マニホールド１６に延在するチャネルを選択的に密封するように動作可能な、電子的に制御可能なフェースシールポペット弁１４の形態の能動制御の低圧弁を備える。作動チャンバは、さらに、高圧弁１８を備える。高圧弁は、作動チャンバから外側を向き、作動チャンバから高圧マニホールド２０に延在するチャネルを密封するように動作可能である。
【００９１】
ＬＰＶを備える弁ユニット１００の断面を図２に示す。ＬＰＶは、弁本体１０１、作動チャンバと連絡する第一のポート１０２、及び複数個の半径方向に延在する開口を通して高圧マニホールドに至る第二のポート１０４を有する。機械がポンプである場合には、第一のポートがインレットであり、第二のポートがアウトレットであり、作動チャンバから出る正味の流れは、通路１１８を通る。モータでは、第一のポートがアウトレットであり、第二のポートがインレットであり、流体の流れは逆向きになる。ポンプまたはモータのいずれかとして動作可能な機械では、第一の及び第二のポートは、流体の流れの方向に応じて、インレットまたはアウトレットとして機能することができる。
【００９２】
弁は、弁部材として機能する、電機子とポペット弁頭１１０とを接続する弁軸１０８と統合して形成された電機子１０６を含む。電機子及びソレノイドは、弁本体を通って伝導される磁気回路の一部である。ポペット弁頭は、図２に例証する開放位置と弁座１１２に対して密封する閉鎖位置との間で動作可能である。ソレノイド１１４を使用して、（下記する）アクチュエータコントローラ１６２の能動制御下で弁を閉鎖することができ、伸縮ばね１１６が、電磁石から離れるように電機子を付勢し、それ故に、ポペット弁頭を開放位置に付勢するために提供される。ソレノイド及び電機子は、共に、弁アクチュエータとして機能する。弁頭の作動チャンバ側における障壁１２０が、弁座から離れて、流体がそれらの間を流れることができる径方向接続アーム１２２によって弁アセンブリに固定される。障壁は、弁部材の周囲の制限された流れ領域１２６と連絡するチャンバ１２４を画定する。流体が流れ通路１１８に沿って弁アセンブリを通して流れ出すときに、制限された流れ領域における圧力が降下し、それ故に、チャンバにおける圧力も減少し、通路１１８に沿う作動流体の流れに起因するポペット弁にかかる力に対抗する開放力を付与する。弁軸は、障壁における開口１３０を通してポペット弁頭を過ぎて延在し、障壁とポペット弁頭との間のチャンバに少なくともいくらかの流体が常に存在するように、開口の周囲と協同してポペット弁頭の弁座から離れる運動を制限するフランジ１３２を含む。これは、閉鎖に対する追加の抵抗を付与し、弁アセンブリの電力消費を増大し、そして動作速度を減少するような、この位置におけるスクイーズ膜の形成を減少する。
【００９３】
ＨＰＶは、一般にＬＰＶに対応する弁部材に連結された電機子に作用するソレノイドをもつ電子制御式弁であっても良く、例えば、専用ポンプ用ではあるが、単純なばね式逆止弁であっても良い。
【００９４】
示すＬＰＶでは、電機子、弁軸及び弁部材は、往復運動して弁を開閉する移動部材として機能する。油膜が、移動部材と、例えば、弁密封線における弁の本体との間、そしてまた電機子と本体との間に形成される。いくつかの実施形態では、移動部材は、常には共に動かない二つ以上の部品を備える。例えば、電機子は、弁アクチュエータの制御下で弁軸によりかかって弁を閉鎖するが、弁軸及び弁部材がばねによって電機子の方に付勢されて弁軸から離れて動くこともできる。
【００９５】
弁ユニットは、さらに、弁の本体に固定して取り付けられたプリント基板などの統合弁制御モジュール１５０を備える。弁制御モジュールは、接地入力１５２、正電位電力レール１５４、及びこの実施例では、制御入力１５６を有する。弁制御モジュールは、使用中にプロセッサによって実行されるプログラム命令、弁ユニットの識別子、及び制御入力を通して受信された特定のコマンドに応答して実行すべき、アクチュエータソレノイドを流れる電流の変更の時系列を示すタイミングデータを含むデータを記憶する固体メモリ１６０と電子通信するプロセッサ１６２を有する。時系列によって、コマンドを受信した後の所定の時間帯に起こる電流の変更を特定できるが、いくつかの実施形態では、弁ユニットが、動作中に作動チャンバの位相または周波数データを受信し、時系列によって、一つ以上の位相または周波数依存のパラメータに関する電流の変更を特定する。ＦＥＴなどの電流調整器１６４が、プロセッサ１６２の制御下で、電流をソレノイドアクチュエータに供給する。
【００９６】
動作中、機械コントローラは、それぞれの作動チャンバが（ポンピングの場合には低圧マニホールドから高圧マニホールドへの、及びモータリングの場合には高圧マニホールドから低圧マニホールドへの、作動チャンバによる作動流体の正味変位が存在する）能動サイクル、または作動流体の正味変位がない（例えば、作動チャンバが両方のマニホールドから依然として密封されている、または低圧弁が依然として開放し、高圧弁が依然として閉鎖し、このため作動流体の正味変位がなく単に作動チャンバに入りかつそこから出て流れる）非能動サイクルを実行すべき、作動チャンバ容積のサイクルを決定する。
【００９７】
能動ポンピングサイクルを実施するためには、ＬＰＶを能動的に制御する必要があり、能動モータリングサイクルのためには、ＬＰＶ及びＨＰＶ両方を能動的に制御する必要がある。図３は、フルストローク能動ポンピングサイクル（上部）及びモータサイクル（下部）の詳細を示す。
【００９８】
図は、ポンピングサイクル中の、ＬＰＶ位置２００Ａ、ＨＰＶ位置２０２Ａ、ＬＰＶソレノイド電流２０４Ａ、及び（低圧マニホールド圧力と相対的に例証する）作動チャンバ圧力２０８Ａにおける時間内の変動、ならびにモータリングサイクル中の、ＬＰＶ位置２００Ｂ、ＨＰＶ位置２０２Ｂ、ＬＰＶソレノイド電流２０４Ｂ、ＨＰＶソレノイド電流２０６、及び作動チャンバ圧力２０８Ｂにおける変動を示す。事象のタイミングを、最大容積点、下死点（ＢＤＣ）と、最小容積点、上死点（ＴＤＣ）との間の、作動チャンバ容積のサイクル２１０と関連させて示す。
【００９９】
ポンピングサイクルは、ＬＰＶ及びＨＰＶが閉鎖すると始まる。図３の上部に示すように、ＢＤＣの直前に、電流がＬＰＶソレノイドを通って流れる。結果として、ＬＰＶ弁部材に閉鎖力が印加される。電機子に及ぼされる力がＬＰＶばねからの付勢力を上回り、ＬＰＶが開放する。作動チャンバにおける圧力は、作動チャンバが密封しつつ収縮するときに上昇し、作動チャンバと高圧マニホールドとの間の圧力差が十分に低くなり、高圧弁の開放を促す正味力がＨＰＶ弁部材にわたる圧力差に起因するＨＰＶの閉鎖を促す力を上回るとすぐに、ＨＰＶが、受動的に開放する。その後、作動流体が、作動チャンバから高圧マニホールド内に変位する。
【０１００】
ピストンがＴＤＣに到達し、作動チャンバが再度膨張し始めるときに、ＨＰＶが受動的に閉鎖する。その後、膨張ストローク中に、作動チャンバ内部の圧力が、ばねが付勢する低圧マニホールドに十分に近くなり、低圧弁が、ＬＰＶ弁部材にわたる圧力差に起因する力に打ち勝つことができるとすぐに、ＬＰＶが開放する。その後の膨張ストローク中、ＬＰＶは、依然として開放し、低圧マニホールドから油圧流体が受け入れられる。
【０１０１】
ＢＤＣまたはその前後において、アクチュエータコントローラは、ＬＰＶを閉鎖すべきか否かを決定する。閉鎖すべき場合には、前述同様に、作動チャンバ容積のその後の収縮位相中に、作動チャンバ内部の流体を加圧及びＨＰＶにポンプする。しかしながら、ＬＰＶを依然として開放する場合には、作動チャンバ内部の流体を排出して低圧マニホールドに戻し、高圧マニホールドへの流体の正味変位がない非能動サイクルを起こす。非能動サイクルでは、低圧弁及び高圧弁両方が依然として非能動であり、（低圧弁が依然として閉鎖する非能動サイクルにおいて実行するものも公知であるが）高圧弁が依然として閉鎖し、低圧弁が依然として開放する。
【０１０２】
いくつかの実施形態では、ＬＰＶは、付勢されて開放し、ポンピングサイクルが選択された場合には、コントローラによって能動的に閉鎖する必要がある。他の実施形態では、ＬＰＶが、付勢されて閉鎖し、アイドルサイクルが選択された場合には、コントローラによって能動的に開放する必要がある。ＨＰＶは、能動的に制御することができる、例えば、逆止弁であるＨＰＶにおける前述のポンピングサイクルではそれで十分であるが、作動信号を使用してその開放または閉鎖を促す追加の力を付与することができる。
【０１０３】
図３の下部を参照するように、モータリングサイクルを実行するために、ＬＰＶ及びＨＰＶ両方が能動的に制御される。収縮ストローク中、流体は、低圧弁を通して低圧マニホールドに排出される。低圧弁は、上死点の前で閉鎖されて、容積を減少し続けて、作動チャンバ内部の圧力が増大する。十分な圧力に増大するとすぐに、電流がＨＰＶソレノイドに印加されて、ＨＰＶが開放し、流体が高圧マニホールドから作動チャンバ内に流れる。ＨＰＶが開放するとすぐに、パルス幅変調を使用して、その開放を維持するのに必要なエネルギを減少でき、平均電流が減少する（２１２）。下死点の直前に、アクチュエータコントローラによってＨＰＶが能動的に閉鎖する。作動チャンバ内部の圧力が降下するとすぐに、下死点前後またはその直後に低圧弁が開放することができる。
【０１０４】
いくつかの実施形態では、低圧弁は、付勢されて開放し、アクチュエータコントローラによって能動的に閉鎖する必要がある。他の実施形態では、低圧弁が、付勢されて閉鎖し、非能動サイクルが選択された場合には、コントローラによって能動的に開放を保持する必要がある。低圧弁は、通常、受動的に開放するが、能動制御下で開放して、開放のタイミングを注意深く制御することが可能である。従って、低圧弁は、能動的に開放することができる、または能動的に開放を保持する場合には、この開放の能動的な保持を停止することができる。高圧弁は、（アクチュエータコントローラによって）能動的に開放するまたは受動的に開放することができる。
【０１０５】
いくつかの実施形態では、アイドルサイクルとフルストロークのポンピング及び／またはモータリングサイクルとの間のみを選択する代わりに、流体作動コントローラは、弁タイミングの正確な位相整合を変えて、部分ストロークポンピング及び／または部分ストロークモータリングサイクルを作り出すようにも動作可能である。部分ストロークポンピングサイクルでは、作動チャンバの最大ストローク容積の一部のみが高圧マニホールド内に変位するように、低圧弁が排気ストロークの後期に閉鎖される。通常、低圧弁の閉鎖は、上死点の直前まで遅延する。部分ストロークモータリングサイクルでは、高圧マニホールドから受け入れる流体の容積、従って、流体の正味変位がさもなければあり得るよりも少なくなるように、膨張ストロークを通して途中まで、高圧弁が閉鎖し、低圧弁が開放する。
【０１０６】
動作において、流体作動機械コントローラは、作動チャンバ容積の各サイクルにおいて、それぞれの作動チャンバが（いくつかの実施形態では、能動サイクルの正味変位をすべき）能動または非能動サイクルを受けるべきであるか否かを決定する。適切な意思決定アルゴリズムが、例えば、ＷＯ２０１５／０４０３６０（Ｃａｌｄｗｅｌｌら）またはＷＯ２０１１／１０４５４９（Ｒａｍｐｅｎ及びＬａｉｒｄ）から当業者に公知である。実際の変位とターゲット変位とを完全にマッチさせる必要はないが、例えば、シリンダの損傷または不要な周波数の生成を避けるために、合計変位がターゲット変位によって示されたものに従うように決定が為される。
【０１０７】
制御信号が、個々の弁ユニットのコントローラに送られる。これは、能動サイクルを実行する命令を受信すると、図３に示すソレノイド電流を付与するためのローカルに記憶されたタイミング命令に従い、それらのソレノイドアクチュエータを流れる電流を制御する。
【０１０８】
（弁アクチュエータの能動制御の一連の変更、例えば、ソレノイド電流の変更で構成された）これらの弁アクチュエータ制御シーケンスは、全体または一部において、別個のコマンドに従い機械コントローラによって設定することができる。例えば、機械コントローラは、弁の開放または閉鎖を保持するためにソレノイド電流を最大にすべき期間を特定するコマンドを送ることができる。
【０１０９】
タイミング弁アクチュエータ制御シーケンスは、能動サイクルを実行するためのコマンドの受信によってトリガすることができる。機械コントローラは、各作動チャンバが能動サイクルを実行すべきか否かと、開始すべきときの正確な位相との両方を決定し、適した信号をそれぞれの弁アクチュエータに送ることができる。機械コントローラは、その後のコマンドに応答して、弁をどの程度の期間開放または閉鎖すべきかを決定して、能動サイクルを実行し、その情報を送信することができる。しかしながら、他の実施形態では、機械コントローラが、作動チャンバ容積の特定のサイクル中に、各作動チャンバが能動サイクルを実行すべきか否かを決定するが、弁におけるアクチュエータコントローラが、ソレノイド電流の変更のすべてのサイクル内のタイミング（位相）を決定する。ソレノイド電流の変更のそのパターンのいくつかまたはすべては、機械コントローラから事前に受信することができる。
【０１１０】
同じ様式で制御されるＨＰＶ用の分離した個々の弁ユニットが存在することができる。個々の弁ユニットは、（それぞれ、ＬＰ及びＨＰマニホールドを通る）同じ作動チャンバ内への及びそれから出る流れを調整するＬＰＶ及びＨＰＶの両方を備えることができる。その場合には、同じ制御モジュールが、両方の弁の弁アクチュエータを制御する。
【０１１１】
図４を参照するように、いくつかの実施形態では、機械コントローラ１２が、各弁ユニットに延在し、分離した電力線１７０が存在する通信バス１７０を通して、個々の弁ユニット１００のコントローラ１５０と通信する。他の実施形態では、図５を参照するように、機械コントローラ１２は、例えば、デジタル制御信号を送信するための電力線の電圧を変調することによって電力線１７４としても機能する配線を通して、個々の弁ユニット１００のコントローラ１５０と通信する。
【０１１２】
したがって、電子機器ドライバ１６０、１６２、１６４が、流体作動機械の各ソレノイドコイルに配置され、これらは、シリアル接続を通じた機械コントローラによってまたは電力線を通じてリモートで制御される。
【０１１３】
各弁ユニットは、例えば、その上に備え付けられたマイクロチップの形態のアクチュエータコントローラを有する。各弁は、温度センサ、ＰＩＣプロセッサ及びフライホイールダイオードを有する。二つのＬＰＶコイルを有する例示的な弁では、弁における基板が、少なくとも三つのＦＥＴを収容することができ、そのうちの二つのＦＥＴがＬＰＶの二つのコイルを運転するのに専用であり、第三のＦＥＴが、付随するＨＰＶを作動させる。
【０１１４】
先行技術の機械では、機械コントローラは、
ａ）弁を運転するパターン（すなわち、決定点における、ポンプ、モータまたはアイドルの選出）、そしてまた、
ｂ）ポンプ、モータまたはアイドルサイクルを実行するための電気信号の正確な性質を決定した。ポンプサイクルは、例えば、図３を参照して前述したように、下死点前のある時点／角度において低圧弁を閉鎖し、その後、ピストンが下死点から上死点の方に動くときに、高圧弁を開放する（または開放を可能にする）必要がある。低圧弁を閉鎖するタイミングは、機械の適切な制御及び動作に重要である。
【０１１５】
本発明に従う実施例では、主コントローラが、弁（及びそのパターン）を運転する責務（ａ）を保有するが、ステップ（ｂ）（例えば、ＰＷＭを実行するための、ソレノイドへの電流のスイッチオン及びオフ）は、それぞれの弁ユニットに（例えば、そこにまたはその内部に）備え付けられたアクチュエータコントローラによって調整される。アクチュエータコントローラを弁ユニットに備え付けることができるので、従って、そのような電子アクチュエータコントローラは、弁ユニットに統合され、それに一体化することができる。
【０１１６】
図６は、弁ソレノイド１１４及び備え付けＰＣＢ６０が埋め込み用樹脂８５に埋め込まれており、（コネクタ１５２、１５４、１５６を含む）電気インターフェース８０が、一つの面から、その面の一つの側面から突き出た実施形態を通る断面を示す。この図は、主に、埋め込みを例証するために示し、そのようなものとして、電子コンポーネントが基板ではなく埋め込みによって保持され、固定される場合には、基板は、存在しなくても良い。
【０１１７】
図７は、らせん型配置において油圧機械の周囲に配置された、一連の弁ユニット１００に接続するために位置合わせされたらせんケーブル７０を示す。
【０１１８】
図８は、ソレノイド１１４に備え付けられたＰＣＢ６０を通る断面を示し、キャップのアセンブリ９０が、基板及びチップを覆ってコイルに押し込まれることによって、それらを保護し、弁ユニットを形成する。
【０１１９】
図９は、本明細書に記載する弁ユニット１００に対応するが、第二の弁ユニット９７のソレノイドアクチュエータを駆動する、インテリジェント弁ユニット９５に接続された配線織機を示す。
【０１２０】
本発明は、これらの弁の一つ以上に一体化された電子機器を提供し、そのような一つ以上の弁は、インテリジェント弁ユニットとして参照される。「インテリジェント」は、弁ユニットにおいていくつかのローカル処理が行われることを暗示するのに使用される。より正確には、ローカル処理は、基板に固定されて、立ち代わってそれぞれの弁に固定されて弁ユニットを形成するアクチュエータコントローラにおいて行われる。
【０１２１】
本発明は、高レベルコマンドを、シリアルインターフェースによってアクチュエータコントローラ（例えば、ＰＩＣマイクロコントローラ）、一意なアドレスを有する各インテリジェント弁ユニットに提供するマスタコントローラを含む。電源を入れると、各インテリジェント弁に、シリアルリンクを通じてマスタコントローラからタイミングパラメータ（例えば、パルス長、ＰＷＭ％（「パルス波変調」％））をロードすることができる。機械の動作中、マスタコントローラは、シリアルコマンドを送って各インテリジェント弁ユニットをトリガすることができる。各トリガコマンド後、インテリジェント弁ユニットは、ローカル制御によって予めプログラムされたパルスのシーケンスを実行する。シリアル通信プロトコルを規定して、各弁ユニットのトリガを可能にし、タイミングパラメータをインテリジェント弁ユニットにプログラムすることが可能である。
【０１２２】
各々の予めプログラムされたパルスのシーケンスは、一連の弁を運転するコマンドである。これは、変化する／可変な電圧／電流レベル、例えば、ＰＷＭを使用して弁を保持することを含む。これらのパルスは、相対的に時間的制約があり、機械動作に影響を及ぼす前に非常に少しの遅延しか許容しない。一つのそのようなパルスは、開放できるようなＨＰＶのラッチ解除である（それの電源を切る）。これは、ある程度弁を運転する（または運転を停止する）事象である。同様に、ＨＰＶを閉鎖するラッチング事象が存在する。
【０１２３】
これは、共通シリアルコマンドバスにおいてそれらのすべてを接続する、弁から弁への接続のデイジーチェーンであっても良い。図４に示すように各弁に共通の正及び負ＤＣ電源を提供することもできる。
【０１２４】
インテリジェントタイプの各弁（ＬＰＶまたはＨＰＶ）の代わりに、これは、基板及び電子コンポーネントの費用及び数を減少するように合理化することができる。あらゆるＬＰＶがマッチングするＨＰＶと調和するので、ＬＰＶ「インテリジェント」及びＨＰＶ「スレーブ」を作ることが可能である。この結果、ＬＰＶコイル及びＨＰＶコイルの両方を制御する作動シリンダごとに一つのインテリジェント弁（ＬＰＶ）が存在する。
【０１２５】
一実施形態は、７つのＦＥＴを有し、一つの作動シリンダにおいて、合計で３つのコイル（ＬＰＶに２つのコイル及びＨＰＶに１つのコイル）を制御することができる。そのような設計は、共通ＤＣ電力バス（＋４８Ｖ  ＤＣ、接地）用の、そしてＨＰＶコイル（＋、−）に接続するための、大きなスペードコネクタを必要とする。シリアルコマンドバスには二つのより小さいコネクタであっても良い。例えば、そのアドレスに従いシリアルコマンドをデコードし、ゲート信号をＦＥＴに送る２０ピンＰＩＣマイクロコントローラをＰＣＢに備え付けても良い。
【０１２６】
前述のように、マスタコントローラは、シリアルコマンドを送って各インテリジェント弁ユニットをトリガすることができる。この実施例では、位相及び／または周波数信号を受信して、タイミングの決定を実行するのはマスタコントローラである。従って、マスタコントローラは、単純な「運転する時」コマンドをアクチュエータコントローラに送る。この事例では、パラメータが、弁コントローラにおいてローカルに記憶される。一実施形態において、各アクチュエータコントローラが複数のパラメータセットを記憶して、マスタコントローラは、アクチュエータコントローラにどのパラメータセットを使用するかを伝える。各セットが、それぞれのアクチュエータコントローラに接続されたアクチュエータを駆動する周波数及び／または振幅が相違する異なるＰＷＭパターン、及び／またはパルスの期間に対応することもあり得る。
【０１２７】
動作のシーケンスは、以下の通りであり得る。
１）エンコーダが、得られた回転速度または周波数からのシャフト位置信号をマスタコントローラに送る。
【０１２８】
２）機械の必須の出力を提供するシステム要求をマスタコントローラから受信する。
３） マスタコントローラは、それぞれのアクチュエータコントローラにトリガを送り、弁（通常、低圧弁）を作動させる。マスタコントローラは、それが関連する弁及び／または作動チャンバを識別するような信号である、（弁アクチュエータまたはアクチュエータコントローラを識別する）アドレスを含む信号を送る。マスタコントローラは、アドレス信号とともに、コマンドも送る。コマンドは、弁アクチュエータを作動させるための「運転」としてのそのような命令、または特定の弁アクチュエータの現行の作動を終了させるための（「運転」命令の停止と同等の）「停止」としてそのような命令を含むことができる。
【０１２９】
４）マスタコントローラによって動的に更新することができる、それぞれのアクチュエータコントローラに記憶された複数のパラメータセットが存在する。パラメータセットにはインデックスを付けることができ、インデックス変数を使用して、どのパラメータセットを常に使用するかの情報をアクチュエータコントローラに与えることができる。インデックス変数は、例えば、主コントローラによって監視され、アクチュエータコントローラに通信されるようなシャフトの速度であっても良く、これによりアクチュエータコントローラは、シャフト速度の変化に応じて、一つのパラメータセットを別のパラメータセットに切り替える。インデックス変数が離散的パラメータセットに関連する値間の値であるときには、アクチュエータコントローラによって補間を実行することができる。インデックス変数は、マスタコントローラによって、事例の構成に応じて、すべてのアクチュエータコントローラまたはアクチュエータコントローラのサブグループに一斉送信することができる。例として、インデックス変数は、ポンプのアウトレット圧力からなっても良く、アクチュエータコントローラは、アクチュエータコントローラに関連するアウトレット圧力（インデックス変数）に応じて、多数の異なるパラメータセット間で補間することができる。一つの群の作動チャンバを一つの圧力において一つの流体アウトレットに接続し、別のものを別のように接続しても良く、従って、インデックス変数は、アクチュエータコントローラのいくつかの群において異なっても良い。マスタコントローラは、アクチュエータコントローラにどのパラメータセットを使用するかを伝える。次に、下記のいずれかが実行される。
【０１３０】
−アクチュエータコントローラが、ことによると電流を測定することによって弁の動きを検出し、瞬間的にメッセージをマスタコントローラに送る、または
−対となるマスタコントローラの同期クロックとアクチュエータコントローラのクロックとが、マスタコントローラとアクチュエータコントローラとの間で共通の時間基準である、機械ワイドの同期時刻を提供する。同期は、固定されたタイムスケジュールに従いまたはトリガ事象に従い、定期的に実行することができる（例えば、マスタ時間と一つのアクチュエータコントローラにおける時間との間に重大な時間相違が検出された場合には、従って、すべてのアクチュエータコントローラクロックの同期を実行することができる）。アクチュエータコントローラは、アクチュエータコントローラからマスタコントローラに送られるフィードバック信号における「ローカル」タイムスタンプを提供する。そのような信号は、（弁部材における力平衡によって弁アクチュエータが動かされるときの、ソレノイドに電流／電圧を誘導する）低圧弁の開放に関連するタイミングであっても良い。アクチュエータコントローラは、対応するソレノイドコイルの電流及び／または電圧を監視することによって弁部材の動きを検出する。アクチュエータコントローラによって検出時間が記録され、マスタコントローラに送信される。弁の速さに対応する信号などの検出された値も、動き検出時に送信することができる。タイムスタンプは、検出した弁信号に関連する。その後、このタイムスタンプされた信号は、制御目的のためにマスタコントローラに送信することができる。従って、マスタコントローラには、各弁の開放事象の時、ことによると弁部材の速さの情報が与えられる。この情報を使用して、弁の不具合を検出する、予期される弁の動きをより正確に補正できるようにその後のアクションのために弁の動きを修正する、またはこれを使用してさもなければ測定が困難なシステムの別の変数を推測することができる。
【０１３１】
他の変異形及び概念、例えば、二つのコイルを使用するＬＰＶも可能であり、そのような弁ユニットは、ＬＰＶごとに二つの分離した電気接続を有することができる。対応するＰＣＢは、中央ＦＥＴ基板と＋及び−接続のみで接続されるが、二つのコイル信号のうちの一つをローカルで生成した「半インテリジェント弁」の種類であっても良い。この場合では、ＰＩＣは、シリアルコマンドはデコードしないが、端子に電力が印加されると直ぐに働き始め、他に対して一つのコイルだけのアクションを遅延した。
【０１３２】
いくつかの実施形態では、クロックを同期する代わりに、マスタコントローラ及びアクチュエータコントローラは、（作動チャンバの位相に関連する）対応する位相信号を受信し、位相に関する対応する時間情報を伝える、これにより例えば、機械コントローラは、開放の位相（及びこれによって開放の時）を特定することができる。タイムスタンプされた信号は、検出した弁信号の位相（及びこれによって開放の時）を参照させることができる。
【０１３３】
いくつかの実施形態では、コマンドが、ＤＣ電力バス（電力線通信）における高周波変調によって送信される。このように、各弁ユニットは、二つのみの接続（＋及び−）を有するが、ＤＣバス電力線において高周波（＞１ＭＨｚ）において変調されたコマンドをリッスンする。
【０１３４】
最終的に、各弁ユニットは、各弁の機械における位置を知らせることをプログラムする必要なく、各油圧機械内に組み立てることができる。位置決定は、各々の可能性があるアドレスを試し、そしてどれに電流が作用しているか、及びシャフト角度位相に応じて生成された流量を確認することによって、完成品性能テスト中に自動的に起こることができる。そのようにして、（ＧＵＩＤ＝グローバル一意識別子、または物理アドレスのような）一意なアドレスをもち、コントローラによって送られた「ピング」リクエストに応答する各弁を製造することができる。各弁のアドレスを知るとすぐに、コントローラは、実験によって各弁のＢＤＣ（「下死点」）のシャフト角度を決定し、次に、コントローラは、各弁の位置を知る。
【０１３５】
電子コンポーネントにとって、熱油において信頼的に動作することは困難である。「ウェットコイル」をもつ機械は、機械の作動流体中に連続的に浸される。ＰＣＢは、この困難な環境に耐えることを援助するために、何らかの形で、例えば、シリコーンコートまたは層を用いて流体から密封することができる。
【０１３６】
理論的には、シリアルコマンドバスは、電力バスとは独立している。しかしながら、実践では、電力バスは、各インテリジェント弁ユニットがＰＷＭ（通常、１０ｋＨｚ）において電流を流すので、非常に電気的にノイジーである。これらのＰＷＭパルスは、容量及び誘導効果によってコマンドバスに連結されたＤＣ電力バスに電気的ノイズを生じさせる。これによりシリアルバスにエラーが生じることがあり、これが立ち代わって、弁の誤作動を引き起こすことがある。
【０１３７】
単一中央ＦＥＴ基板の現在の設計の利点は、そのようにコマンドされたときに各ＦＥＴが正確に運転することをそれが完全に信頼できることである。しかしながら、インテリジェント弁では、特定の弁が適切な時に運転されたまたは運転されなかったことを決定することが困難であり得る。機械が組み立てられてすぐには、各弁における電流を測定することができず、従って、その挙動を検証することができない。それ故に、トラブルシューティングが困難であり、原因がある弁を見つけ出すことが困難である。いくつかの実施形態は、双方向データバスを利用し、その時点で単一方向バスも使用し、このためインテリジェント弁は、フィードバックまたはチェックサムを機械コントローラに提供することができる。
【０１３８】
高周波信号変調を使用する電源線にわたって通信信号が送信される実施例では、ポンプ内部の配線が大幅に減少される。
【０１３９】
いくつかの実施形態では、ポンプ本体における弁キャビティにおける特定の位置にどの弁が位置するかを機械コントローラが識別して、新規の弁のランダムな据え付けを想定できるように弁が据え付けられる。いくつかの実施形態では、各弁が、ＧＵＩＤ（「グローバル一意識別子」）または物理アドレスのような独自の一意なアイデンティティまたは識別子を有し、初期化において機械コントローラはそれをトリガして、回転可能なシャフトのさまざまな位置においてそれぞれの作動チャンバをポンプさせる。圧力トランスデューサからのフィードバックを用いて、各タイミング点に応答して、ポンプされた概算の量の流体を推測することができる。その後、コントローラは、ＧＵＩＤ＝グローバル一意識別子または物理アドレスのように、各弁を、ポンプにおける物理的順序に関連させることができる。弁順序の決定に続いて、弁タイミングを最適化するための自動修正プロセスを継続する。各弁についての弁タイミングを最適化及び修正する代わりに（種々の弁は、製造差異に起因してわずかに異なって反応するので、わずかに異なって最適に制御される）、各インテリジェントアクチュエータコントローラ／プロセッサがそのような標準マッチング波形のコピーを有する標準波形を用いて各弁を制御することが可能である。そのようなものとして、インテリジェントアクチュエータコントローラは、それぞれのアクチュエータコントローラ／プロセッサに弁駆動信号を変調するためのシーケンスを受けさせる「運転するコマンド」を受信するように構成される。
【０１４０】
別の手法（「Ｒａｎｄｏｍ  Ｔｉｃｋｌｅ」）において、インテリジェント弁をもつ機械用の（片方向通信）生産ラインでは、弁ユニットが機械において識別されない、機械における弁キャビティ内への弁の挿入が、挿入された弁のアイデンティティを記録することを伴わないという意味では弁ユニットは識別されない。機械コントローラは、運転する前に、挿入された弁がランダム時間を待機するコマンドをアクチュエータコントローラに出す。弁が運転されるときに、時間内のそのランダムな瞬間に、コントローラは、弁に識別子を割り当てる。これは、すべての弁に識別子を割り当てられるまで行われる。その後、自動同調中、機械コントローラは、機械のブロックにおいて識別された弁の各々の位置を識別する。
【０１４１】
アドレスオプション
各弁は、中央／主コントローラによって個々にコマンドすべきであり、このため一意なアドレスメカニズムが必要となる。このためのいくつかのオプションは以下の通りである。
【０１４２】
・ 弁における一意なアイデンティティスイッチ位置をその内部／上に選択できる切り替えスイッチ（例えば、ディップスイッチまたはロータリスイッチなど）。
【０１４３】
・ ＧＵＩＤ（「グローバル一意識別子」）もしくはＵＵＩＤ（「汎用一意識別子」）、または物理アドレス＋自動検出。
【０１４４】
・ 配線織機のコーディング、このためコネクタが、（規定／適合された）そのアイデンティティ（そのプログラムされた位置）を弁、特に、弁アクチュエータに伝える。
【０１４５】
・ キャビティがそのアイデンティティを弁に伝える、ことによるとキャビティの端が（据え付けられるときに）弁に接触したときの緩和を有し、ことによると弁に接触するときに多数の接点を備えた一意な形状を提示する、一意な電気回路、従って、位置情報を提供する。
【０１４６】
・ デイジーチェーンの通信バスまたはトークンリングトポロジを使用した配線織機の順序付けが、コマンドを特定の弁ユニットに導くことを可能にする。トークンリングに従う織機は、制御リングを形成し、追加の関連する電力リングが存在しても良い。
【０１４７】
○ 弁ユニットは、配線織機において位置付けられた順序に従い自動的に処理することができる。各弁、特に、弁アクチュエータは、トークンを弁のデイジーチェーンに伝える手段を通じて、チェーンにおけるその位置を自動的に検出することができる。
【０１４８】
コマンド物理層
これは、通信を可能にする、機械コントローラとインテリジェント弁ユニットとの間のハードウェア（インターフェース）である。このハードウェアの可能である実施形態は、次の通りである。
【０１４９】
・ 音響信号伝達ハードウェア（すなわち、音響信号は、有線通信バスを使用する代わりに、ラウドスピーカによって提供し、各弁ユニットにおける音響トランスデューサに送ることができる）。音響媒体は、油または空気であっても良い。
【０１５０】
・ ３線接続（例えば、ＳＰＩ（シリアルペリフェラルインターフェースバス））
・ ２線接続（例えば、ＲＳ４８５、双方向性）
・ ４線接続（例えば、イーサネット（登録商標））
・ （伝送媒体として電力線を使用する）電力線通信。
【０１５１】
ＤＣ電力線通信、例えば、
○ 固定搬送周波数＋ＦＭ
○ 固定搬送周波数＋ＡＭ
・ 可視または非可視光を使用できる油における光。例えば、弁を光駆動（制御トリガ）で動作させる、油の暗キャビティ内に光を照らす。通信は、発光コンポーネント（光エミッタもしくは送信機またはフォトエミッタ）及び光検出コンポーネント（光受信機またはフォトセンサ）を用いた、ことによると各弁ユニットに一つの光検出コンポーネントを有する一つまたは二つの様式であっても良い。媒体を通して光を伝えるときの信号の拡散を減少するために、別のオプションとしてライトパイプ（例えば、光ケーブル）における光がある。
【０１５２】
・ 無線信号放出コンポーネント（無線送信機）及び無線検出コンポーネント（無線受信機）をもつ、ことによると各弁ユニットに光検出コンポーネントを有する、一つまたは二つの様式であっても良い無線インターフェース。
【０１５３】
電力物理層
これは、作動及びインテリジェントコントローラに必要なエネルギを提供する、電気出力の主ソースと各弁との間のハードウェアである。例示的な実施形態は、以下を含む。
【０１５４】
・ 弁の各々が並列接続されたポジティブ及びリターン配線。
・ 弁の各々が利用するバスである単一ポジティブ接続。ことによると、これは、このバスに自動的に接触するように弁の挿入時に機械的に行われる。リターン接続、接地は、機械の本体であっても良い。
【０１５５】
・ ポジティブは、バッテリから直接に引き込んで調整することができない、または弁のアクションを調整するために、正常なバッテリ電圧よりも高いまたは低い（またはネガティブ）いずれかであっても良い固定電圧、もしくは状態、例えば、関連する温度または速度に応じて、動作中に可変である調整電圧に調整することができる。
【０１５６】
・ Ｈ−ブリッジなどの配線スキームのための、三つのレール供給（または二つのレール及び本体）を与えるように、ネガティブレールを追加することができる。
【０１５７】
コイル電流は、インテリジェント弁がローカルに位置付けられたトランジスタ（例えば、ＭＯＳＦＥＴ（「金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ」））によって制御することができる。入力信号が、アクチュエータコントローラまたはローカルマイクロコントローラによって供給される。トランジスタは、ハイサイド駆動もしくはローサイド駆動、またはＨ−ブリッジ構成において配置することができる。電流の制御において、弁をスイッチオフすることが所望されるときには、トランジスタの機能停止におけるコイルの誘導エネルギを吸収するための追加の回路によってまたは供給レールの一つに誘導エネルギを回復させることによって、電流を迅速に減少することができる。通常、弁は、通常、（相対的に長い）初期パルスであるパルスのシーケンスによって制御され、その後、弁の保持時間／推移時間中にＰＷＭ変調されたデューティサイクルが続く。弁は一定の電流に到達するように制御することができ、これによって、インテリジェント弁は、電流を一定のレベルに保持するようにＰＷＭを自動的に調整することができる。インテリジェント弁における回路は、逆ＥＭＦまたはインダクタンス変化によって弁の動きを検知し、その情報をマスタコントローラに戻すように通信するようにも作動できる。
【０１５８】
ローカル制御機能
インテリジェント弁ユニットは、機械コントローラからのコマンドを受信するだけでなく、アクチュエータコントローラ内でローカルに一定の制御機能を実行することができる。そのようなローカル機能は、以下を含むことができる。
【０１５９】
・ 適切な電流／電圧波形で弁アクチュエータを駆動するための所定のパルスシーケンスの通し。
【０１６０】
・ 所定の時直後のまたは特定の電流レベルにおける弁電流のスイッチオフへの素早い切り替え。
【０１６１】
・ 中央コントローラからのコマンド後に一定の位相のシーケンスにおいて作動させるような、単一インテリジェント弁ユニットにおける複数のコイルの制御。代替的に、コイルは、コイルごとに特定のコマンドを用いて独立して活性化することができる。
【０１６２】
・ コイル抵抗、供給電圧などの変化にもかかわらず一貫した作動力を付与する電流の閉ループ制御。電流測定は、分流器またはホール効果センサを使用することができる。代替的に、ホール効果センサは、閉ループ磁束制御における作動磁束を測定できるように、弁アクチュエータの磁気回路内／付近に位置付けることができる。
【０１６３】
・ ローカルセンサの観測（例えば、それぞれの作動チャンバ、アクチュエータにおけるポジションセンサなどの圧力を検知する圧力センサの観測）。
【０１６４】
・ インテリジェント弁からのデータのフィードバック（例えば、中央コントローラへのインテリジェント弁の状態データ）の通信。インテリジェント弁は、アクチュエータコントローラに対応するメモリ内のデータバッファにフィードバックデータを記憶し、データを中央コントローラに通信できる期間の静止期間まで待機することができる。
【０１６５】
・ 弁アクチュエータにおける電流を制御するためのパルス幅変調。ＰＷＭに使用される周波数は、すべてのインテリジェント弁が同じ周波数における同期ＰＷＭを使用するように、インテリジェント弁におけるローカルクロック信号によって規定できる、または代替的に、（コマンドバスにわたって）機械コントローラによって調整することができる。各インテリジェント弁のＰＷＭの位相は、インテリジェント弁が異なる時に供給源から電力を引き込むように規定／調節することができる。インテリジェント弁によって使用されるＰＷＭの周波数は、供給源から引き込まれる電流の変動を減少するように異なるものを選出することができる。
【０１６６】
・ 機械コントローラは、他のパラメータ及びデータを考慮に入れて、これを使用して弁を活性化するときを決定できるインテリジェントアクチュエータコントローラにシャフト位置を送信することができる。
【０１６７】
フィードバック（サンプルパラメータ）
インテリジェント弁は、弁の動作状態を測定するように取り付けられたセンサを有することができる。これらのセンサからの情報は、中央コントローラに通告することができる。インテリジェント弁センサ（複数可）によって検知できる項目は以下を含む。
【０１６８】
・ （例えば、それぞれのコイルにローカルに位置付けられた温度センサで測定された、または他のセンサ読み出しまたは入力から推測された）コイル温度。
【０１６９】
・ （例えば、抵抗測定または抵抗推測能力を有するコントローラであって、それぞれのコイルに電気的に接続されたアクチュエータコントローラ内で測定された）コイル抵抗。
【０１７０】
・ （例えば、それぞれのコイルにローカルに位置付けられ、ガウスメータのような磁場測定デバイスもしくは同様のデバイス、または磁場推測能力によって測定された）磁場（磁束）。
【０１７１】
・ （例えば、ＥＭＦ測定能力またはＥＭＦ推測能力を有するコントローラであって、それぞれのコイルに電気的に接続されたアクチュエータコントローラ内で測定された）（ポペットの動きを検出するのに使用できる）逆ＥＭＦ。
【０１７２】
・ （例えば、ポペットのローカルに位置付けられたポジションセンサを使用してもしくは終了停止における単純な切り替えによって測定された、または別のセンサ読み出しまたは入力から推測された）ポペット位置。
【０１７３】
・ （例えば、ポペットとともに移動できる移動部材における加速度計を使用して測定された、または別のセンサ読み出しまたは入力から推測された）加速度。
【０１７４】
・ （例えば、電流測定能力を有するコントローラであって、それぞれのコイルに電気的に接続されたアクチュエータコントローラ内で測定された、または別のセンサ読み出しまたは入力から推測された）（ポペットの動きを検出するのに使用できる）電流。
【０１７５】
前述のフィードバック項目は、以下であっても良い。
・ リクエストされたときに中央コントローラによって直接に読み出される。
【０１７６】
・ ローカルに抽出及びバッファされる（すなわち、項目は、例えば、特定の項目に対応するセンサならびにアクチュエータコントローラに接続された及び／またはそれと通信するセンサ、及びデータバッファ、特に、アクチュエータコントローラに対応するデジタルメモリに記憶されたサンプルからのデータを使用して、アクチュエータコントローラによって抽出することができる）。
【０１７７】
・ 得られた結果を生み出すようにローカルに処理される（すなわち、コイル抵抗をアクチュエータコントローラ内で処理し、これから弁の開閉事象を導き出すことができる）。
【０１７８】
・ ローカルにおいて連続的に観測する（すなわち、項目を、アクチュエータコントローラによって観測することができる）。
【０１７９】
・ 「健全」診断を決定するように観測される。コイルにおける電流を使用して、弁が動くときを決定することができる。電流の特性（例として、正常レベル超または未満のピーク電流）は、弁が「健全」であるか「不健全」であるかを示すことができる。この指し示しが機械コントローラに与えられて、弁もしくは作動チャンバ、または流体作動機械についての健全診断の基準を形成することができる。
【０１８０】
修正
弁ユニットアクチュエータコントローラには、作動信号についてのタイミングパラメータなどの、それぞれの特定の弁に関する修正データをプログラムすることができる。これらの値（修正データ）は、インテリジェントアクチュエータコントローラ、電源を入れた後にインテリジェントアクチュエータコントローラと通信する中央コントローラのいずれかに位置するフラッシュメモリに記憶させることができる。修正値は、シャフト速度が変化するときなどの一定の事象において更新することができる。
【０１８１】
ファームウェアまたはパラメータの更新
インテリジェントアクチュエータコントローラは、弁挙動またはパラメータを変更できるように、フィールドにおいて再プログラムすることができる。これは、フラッシュメモリにおける動作ソフトウェア及びパラメータの変更を含むことができる。
【０１８２】
基板の物理的パッケージ、すなわち、基板が何であり、どのように備え付けられるか？
基板は、ＰＣＢ（「プリント基板」）またはカスタムＡＳＩＣ（「特定用途向け集積回路」）であっても良く、またはアクチュエータコントローラならびに関連する電気及び電子コンポーネントは、埋め込み用樹脂に位置付けることができる。電子コンポーネントは、油に浸すもしくは空気中に存在することができ、または埋め込み用樹脂もしくは絶縁保護コーティングなどの何らかの他の媒体によって囲むことができる。
【０１８３】
インテリジェントアクチュエータコントローラの構成及び備え付けのオプションは、以下を含む。
【０１８４】
・ 弁ユニットのコイルに備え付けられたＰＣＢ。
・ 弁ユニットのコイルへの埋め込み。図３参照。
【０１８５】
・ そのコンポーネントを油／汚染から保護するためのＰＣＢの絶縁保護コーティング。
【０１８６】
・ アクチュエータ制御における熱を周囲空気、油または機械の本体（例えば、大きな熱質量としての機能を果たす油圧機械の鋳造本体）に消散するように提供されたヒートシンク。
【０１８７】
・ ＰＣＢによって「キャップされた」、コイルからのばね式端子。
・ （以下に「ダンプ弁」として参照される）「スレーブ弁」との配線接続。
【０１８８】
・ 必ずしも各々のダンプ弁に備え付けなくても良いが、それに接続されたインテリジェント弁ノードをもつ「インテリジェント配線織機」。図６参照。弁ノードは、それぞれの弁における基板にそれを備え付ける代わりに、それ自体がインテリジェントアクチュエータコントローラを含有する。ダンプ弁とは、（ポペット弁などの）弁部材及び通常、（ポペット弁座などの）弁座も、ならびに（ソレノイドなどの）弁アクチュエータを有するが、インテリジェント弁ユニットに関して前述した弁アクチュエータの作動のタイミングを制御するための電子コンポーネントは有さない弁ユニットを指す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【外国語明細書】
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