(57)【要約】  本発明は流体システム（９９）を提供し、ハイドロリック流体消費装置を供給するための圧力下ハイドロリック流体源（１００）を、前記流体源と前記消費装置（１０３）との間を通るバルブ（１０２）と共に含む。第１の流体コンプライアンス（１０５）が前記流体源（１００）と前記バルブ（１０２）の間に設けられ、可変制限装置（１１０）が前記バルブ（１０２）を通る流体の流れのために断面を変更するために設けられ、かつより大きい領域を持つ第１の位置（Ａ）とより小さい領域を持つ第２の位置（Ｂ）との間を可動である。バイアス手段（１１７）は、前記バルブ（１０２）を通じて流体が流れる際に開口手段（Ｆａ）が前記制限装置（１１０）をバイアス（１１７）に対抗させる一方で、前記制限装置（１１０）を前記第２の位置へバイアスさせ、及びダンピング手段（１２６）は前記第１及び第２の位置の間の前記制限装置の動きをダンピングし、前記制限装置（１１０）の移動速度の増加に応じて抵抗を提供する。
2013501889.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体システムであり、前記流体システムは：
圧力下ハイドロリック流体源；
ハイドロリック消費装置；
前記流体源及び流体消費装置の間の流体の通過するバルブ及び前記流体源と禅味バルブの間の第１の流体コンプライアンス；
前記バルブを通じる流体の流れに利用可能な前記断面領域を変更するための、かつより大きい領域を持つ第１の位置とより小さい領域を持つ第２の位置の間を可動である、可変制限装置；
前記第２の位置へ前記制限装置をバイアスするためのバイアス手段；
流体が前記バルブを通じて流れる際に、前記制限装置を前記バイアスに対向するようにさせる開口手段；及び
前記第１及び第２の位置の間の前記制限装置の動きをダンピングし、前記制限装置の移動の速度の増加につれて抵抗を与える、ダンピング装置とを含む、流体システム。
【請求項２】
請求項１に記載の流体システムであり、さらに前記流体源を制御するための制御装置を含む、流体システム。
【請求項３】
請求項１又は２のいずれか１項に記載の流体システムであり、前記流体源が使用に際にて局所流れ最大値と局所流れ最小値を含む変更流れを生成し、隣接する最大値及び最小値が少なくとも最小時間Ｔａで分離されており、前記ダンピングされた制限装置の動きの時間定数ＴｒがＴａよりも長いことを特徴とする、流体システム。
【請求項４】
請求項２又は３のいずれか１項に記載の流体システムであり、前記流体源が、前記バルブへ接続可能であり、かつ前記バルブから分離可能である複数の作動チャンバを含み、それにより前記流体源が複数の局所流れ最大値と局所流れ最小値を含む変更流れを生成し、前記制御装置が、間隔Ｔｄ以下の周期で、前記バルブに接続される１組の作動チャンバへ、作動チャンバを追加し及び作動チャンバを除去するように操作可能であり、前記ダンピングされる制限装置の動きの時間定数ＴｒがＴｄよりも長いことを特徴とする、流体システム。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の流体システムであり、前記流体源が複数の作動チャンバを含み、非ゼロ最小時間Ｔｐで分離された流れパルスを生成し、前記ダンピングされる制限装置の動きの時間定数ＴｒがＴｐよりも長いことを特徴とする、流体システム。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の流体システムであり、前記流体源が変更流れを生成し、複数の局所流れ最大値と局所流れ最小値を流れパルスの総和により形成し、前記それぞれの流れパルスが最大長さＴｃを持ち、前記ダンピングされる制限装置の動きの時間定数ＴｒがＴｃよりも長いことを特徴とする、流体システム。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の流体システムであり、前記流体源がパスル性流体源であり、使用の際に複数の局所流れ最大値と局所流れ最小値を持つ変更流れを生成し、かつ使用の際に１以上の短い繰り返し流れパターンを生成し、それぞれが同じ平均流れと最大期間Ｔｆを持ち、前記ダンピングされる制限装置の動きの時間定数ＴｒがＴｆよりも長いことを特徴とする、流体システム。
【請求項８】
請求項３乃至５のいずれか１項に記載の流体システムであり、前記少なくとも１つの局所流れ最小値が実質的にゼロである、流体システム。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の流体システムであり、前記流体源が、使用の際に時間平均出力流れを生成し、前記時間平均出力流れが要求シグナルに従い、かつ最大バンド幅１／Ｔｓを持ち、前記ダンピングされる制限装置の動きの時間定数ＴｒがＴｓよりも短いことを特徴とする、流体システム。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の流体システムであり、前記流体消費装置が１以上のモーター又はアクチュエーターを含むことを特徴とする、流体システム。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の流体システムであり、さらに、前記バルブ及び前記流体消費装置の間に第２の流体コンプライアンスを含む、流体システム。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の流体システムであり、前記いずれかの流体コンプライアンスがアキュムレータを含む、流体システム。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の流体システムであり、前記制限装置は、第１の、流れに対抗する、固定断面領域の表面及びその第２の端部に可変の出力領域を持ち、前記可変の出力領域は前記バルブボディに対して前記スプールの前記軸位置に依存し、それにより前記バルブを横切る可変圧力低下を生成する、流体システム。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の流体システムであり、前記バイアス手段がバネを含む、流体システム。
【請求項１５】
請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の流体システムであり、前記バイアス手段が実質的に一定のバイアス力を与える、流体システム。
【請求項１６】
請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の流体システムであり、前記バイアス手段、前記ダンピング手段又は前記開口手段のいずれかが、電気的に制御されたアクチュエーター、セレノイド／電磁アクチュエーター、圧電アクチュエーター、電気流体装置又はハイドロリック増幅装置を含む、流体システム。
【請求項１７】
請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の流体システムであり、前記バルブがデュアルモードバルブであり、それを通じる流体の流れを制御するための少なくともいくらかを操作可能であり、かる複数の前記デュアルモードバルブがそれぞれ異なる前記ハイドロリック消費装置に接続される、流体システム。
【請求項１８】
請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の流体システムであり、前記流体源が、前記制御装置によりストローク毎に周期的に変更される容積の複数の作動チャンバを含み、それぞれの作動チャンバに伴う高速切り替えバルブ手段により、前記バルブへ又はバルブから与えられる作動チャンバの時間平均比率を変更するように制御される、流体システム。
【請求項１９】
請求項１乃至１８のいずれか１項に記載の流体システムであり、前記抵抗が、前記バルブ内に流体の２つの容積の圧力差がある閾値に到達するか又は超える場合に、増加するか又は実質的に同じに維持されることを特徴とする、流体システム。
【請求項２０】
請求項１乃至１９のいずれか１項に記載の流体システムであり、さらに、少なくとも１つの圧力トランスデューサーを含み、前記制御装置に圧力測定値を与え、前記制御装置が前記バルブを横切る流体圧力低下の推定値を生成し、かつ前記推定値を前記流体源を調節するために前記圧力測定値と協働して前記推定値を用いるように構成される、流体システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は流体システムに関し、特に、限定されるものではないがハイドロリック荷重を駆動するための流体システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車のための流体動力システムにおいて、原動力により駆動された可変流体源が流体をアクチュエータ（油圧モータや直線シリンダなど）へバルブシステムを介して供給されることは共通している。１つの可変流体源として通常の容積式ポンプにおいては、前記流体出力が、お互いが位相角で分離される別々の作動チャンバのいくつかからの流れの合計である。通常これらの流れは半波整流正弦波であり、７以上の作動チャンバが使用されても、前記出力流体中にはある程度の高周波数パルス性流れ（ここで「高周波数」とは原動力シャフトの周波数を超える周波数を意味する。）が存在する。しかしこれらの機械については前記高周波数パルス性流れは平均の定常流れに比べて小さいものである。前記流体源からの流れが可変であることが望まれる場合には、通常前記作動チャンバのストロークが変更される。これにより例えば前記流れが低減するなどの前記作動チャンバからの流れの比率を低減させ、前記高周波数パルス性流れを減少させる効果を生じる。
【０００３】
しかし新しい型の流体動力システムが導入されており、この流体源は通常の可変ストローク容積式ポンプよりもずっと多い高周波パルス性流れを示す。これらの流体源の開発は、それらが従来の流体源に比べてエネルギー効率及び制御可能性が改善されているという理由からなされている。１つのそのような流体源はいわゆるデジタル容積型ポンプ又は総合的調整型ポンプと呼ばれているものである（ＥＰ０３６１９２７Ｂ１、ＥＰ０４９４２３６Ｂ１及びＥＰ１５３７３３３）。これは１つの容積型流体ポンプであり、それぞれの作動チャンバの出力流れが、電子制御装置によって、電子的要求に応じることが可能な高速度バルブ手段を用いてストローク毎に基づいて制御されるものである。かかる装置においては、前記出力流れの制御は、変換のタイミング、及び前記出力に接続される作動チャンバの時間平均比率を変更する前記制御装置により変更される。かかるポンプは通常の可変ストロークポンプよりもより効果的であり制御可能なものである。同様の操作ポンプがまた、ＵＳ６６５１５４５に開示されている。かかる流体源が通常の流体動力システムで使用される場合、高周波パルス性流れが増加し、許容できないノイズと振動を生じる可能がある。これはオペレータ及び機械の近くの人々に不便であると同時に、フィッティング、フィルター又はホースなどの流体システムの部品の寿命を低減させ、従って装置の安全性を損なう恐れがある。
【０００４】
ＧＢ２１６０９５０には、採掘操作で使用されるカムパッカーなどのパルス性流れのハイドロリック回路の返送ラインに適合させるためのハイドロリックダンパーバルブを開示する。このバルブ要素はパルス性流れがそこに当たるまで置かれたままであり、前記流れが止まるとその置かれた位置へ戻る。ＥＰ００８３４０３はダンピングポペット型の圧力放出バルブを開示し、前記ダンピング作用は捕獲された流体の容積により与えられる。この装置は入口から出口、その逆の連続した漏れを与える。
【０００５】
パルス性流れの緩和は、例えばオレオ式空力アキュムレータなどの手段によりシステムの適応性増加することで達成され得ることはよく知られている。しかし大流体への適応化は費用と重量増加を要するものであり、またシステムの動力学的応答も低減させることとなる。
【０００６】
また、パルス性流れの緩和は、前記流体源とアクチュエーターとの間に固定された邪魔板を挿入することで達成され得ることもよく知られている。しかしこれは、係る邪魔板間の圧力低下により消費される大きなエネルギー損失を生じる不利があり、特に流速が高い場合にそうである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、通常のストローク可変ポンプと比較して、許容できないノイズや振動のない、及び固定制限装置に伴う大容量の流体コンプライアンス又はエネルギー消費の費用的及び動力学的不利のない前記記載の流体源の利点を達成することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
従って、本発明は流体システムを提供し、前記流体システムは、
圧力下ハイドロリック流体源、
ハイドロリック流体消費装置、
前記ハイドロリック流体源と前記流体消費装置の間に流体を通すバルブ、
前記ハイドロリック流体源と前記バルブの間の第１の流体コンプライアンス、
前記バルブを通じる流体の流れに利用可能な前記断面領域を変更するための可変制限装置であり、より大きな前記領域を持つ第１の位置（Ａ）とより小さい前記領域を持つ第２の位置（Ｂ）の間を移動可能である可変制限装置、
前記制限装置を前記第２の位置にバイアスするためのバイアス手段、
流体が前記バルブを通じる場合に前記バイアスに前記制限装置を対向させるための開口手段、及び
前記第１の位置と第２の位置の間の前記制限装置の動きをダンピングし、かつ前記制限装置の移動速度の増加で抵抗を与えるためのダンピング手段とを含む、流体システムである。
【０００９】
好ましくは、前記開口手段は、前記制限装置の表面を含み、前記制限装置の表面は前記バルブを通じる流体流れ内に又は隣接して設けられるか、前記バルブを通じて流れる流体から流体圧力により作用される。しかし、セレノイド駆動バルブ又は可変制御アクチュエーターなどの開口手段又は類所の装置もまた同じ目的で適用され得ることは理解される。
【００１０】
好ましくは前記流体システムは前記ハイドロリック流体源を制御するための制御装置を含む。好ましくは前記制御装置は電気的制御装置である。好ましくは、前記制御装置は前記流体源からの流体流れを制御することができるものである。
【００１１】
好ましくは、前記流体源は使用の際に種々の流れを生成し、複数の局所流れ最大値及び局所流れ最小値を持ち、これらは少なくとも最小時間Ｔａで分離されており、かつ前記ダンピングされた制限装置の動きの時間定数ＴｒがＴａよりも長い。前記時間定数Ｔｒは、前記バルブを通じる流れ中の無限に持続するステップ変化の後で前記制限装置がその開始位置からその最終位置への距離の６３％動くために要する時間であるか、又は同じステップの後で前記断面領域が前記開始位置及び最終位置の間の領域の違いの６３％まで変化するために要する時間である。
【００１２】
好ましくは前記局所流れ最小値は、一時的に隣接する局所流れ最小値から少なくとも最小時間Ｔｂ離れており、かつ前記ダンピングされた制限装置の動きの時間定数ＴｒはＴｂよりも大きい。
【００１３】
好ましくは前記流体源は複数の作動チャンバを含み、これらは前記バルブと接続可能であり又は分離可能であり、それにより前記流体源が複数の局所流れ最大値及び局所流れ最小値を含む種々の流れを生成させる。好ましくは、前記制御装置は、間隔Ｔｄ以下の周期で前記バルブに接続される一組の作動チャンバへ作動チャンバを追加し、作動チャンバを除去し、又は追加するか除去するかのいずれでも操作可能であり、かつダンピングされた制限装置の移動の時間定数ＴｒはＴｄよりも大きい。
【００１４】
好ましくは、流体源は複数の作動チャンバを含み、それぞれ非ゼロ最小時間Ｔｐにより分離される流れパルスを生成し、前記それぞれの流れパルスは最大長さＴｃを持ち、前記ダンピングされた制限装置の動きの時間定数ＴｒはＴｃよりも大きい。好ましくは、前記流体源は、流れパルスの総和により形成される複数の局所流れ最大値及び局所最小値を含む種々の流れを生成し、前記流れパルスはそれぞれ最大長さＴｃを持ち、前記ダンピングされた制限装置の動きの時間定数ＴｒはＴｃよりも大きい。
【００１５】
好ましくは前記流体源はパルス性流体源であり、使用の際に複数の局所流れ最大値及び局所流れ最小値を含み、かつ１以上のより短い繰り返し流れパターンを持ちそれぞれが同じ平均流れと最大期間Ｔｆを持ち、好ましくは前記ダンピングされた制限装置の動きの時間定数ＴｒはＴｆよりも大きい。
【００１６】
好ましくは、少なくともいくつかの操作条件で少なくとも前記局所流れ最小値が実質的にゼロである。前記流体源が容積流体作動機械である場合、前記局所流れ最大流れは、前記容量流体作動機械の１以上の作動チャンバからの局所最大値であり得る。前記流体源が容積流体作動機械である場合、前記期間Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃ、Ｔｄ及びＴｆは作動チャンバ容積の１、２又は３サイクルよりも短く、いくつかの操作モードでの１、２又は３サイクルよりも長い。前記流体源が容積流体作動機械である場合、少なくとも２つの局所流れ最小値の２つは前記作動チャンバ通過期間よりも長い時間で分離されることができる。
【００１７】
好ましくは前記流体源は可変流体源であり、使用に際し、時間平均出力流れを生成し、前記時間平均出力流れが要求シグナルに従い、１／Ｔｓの最大バンド幅を持ち、前記ダンピングされる制限装置の動きの時間定数がＴｓより短い。前記流体源は、最小平均流れと転移時間Ｔｓ以上の最大平均流れの間を変動するゆっくりと変化する平均流れを生成し得る。ここでＴｓは実質的にＴｆ、Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃ又はＴｄよりも長く、前記制限装置の動きの時間定数がＴｒは、Ｔｆ、Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃ又はＴｄ及びＴｓとの間に存在する。ＴｓはＴｒの２、３又は４倍であり得る。
【００１８】
前記流体消費装置は１以上のモーター又はアクチュエーターを含む。
【００１９】
前記流体システムはさらに、第２の流体コンプライアンスを、前記バルブ及び前記流体消費装置の間に含むことができる。
【００２０】
前記流体コンプライアンスのいずれかはハイドロリックアキュムレータを含むことができる。
【００２１】
好ましくは前記制限装置は、第１の、流れ対向性の、固定断面領域の表面及びその第２の端部での可変出口を持つスプールを含み、前記領域は前記バルブのボディに相対して前記スプールの軸位置に依存し、それにより前記バルブを横切る可変圧力を生成する。流れに利用可能な前記断面領域は位置Ｂでゼロに減少するか、又は開口部が残されてよい。前記可変オリフィスの上流又は下流の圧力は前記バイアス手段に対抗して前記制限装置を動かすために使用される。
【００２２】
好ましくは前記バイアス手段はバネを含む。好ましくは前記バイアス手段は実質的に一定のバイアス量を与える。実質的に一定のバイアス力とは、位置Ａ及び位置Ｂで前記バイス手段で向けられたバルブに適用される力の比は４：１よりも、３：１よりも、２：１よりも、３：２よりも又は４：３よりも小さい。好ましくは前記バイアスは前記バルブを通じて作動流体の流れから離れて位置されるものであり、好ましくは前記作動流体の前記流れに対し、前記制限装置とは逆側上に位置されるものである。
【００２３】
好ましくは前記ダンピング手段は、ある容積の前記スプールと前記バルブのボディの間に閉じ込められる作動流体を含む。好ましくは、前記ダンピング手段は、前記制限装置が静止する場合には抵抗を生じることなく、制限装置の動きに対抗する抵抗を与える。前記ダンピング手段は、制限装置の速度に比例した抵抗、位置Ａ及び位置Ｂの間の前記制限装置の位置に依存した抵抗、制限装置の速度とは非直線的に変化する抵抗、及び前記バルブを通じる圧力及び／又は流れで変動する抵抗を与えることができる。前記ダンピング手段は、前記制限装置又は前記ダンピング手段を横切る圧力差又は前記バルブ内のいかなる他の２つの容積が、ある閾値に到達するか超える場合に、減少する又は実質的に同じ値に維持する動きに対して抵抗を与えることができる。
【００２４】
前記バイアス手段、前記ダンピング手段又は前記開口手段のいずれもが、電気的に制御されるアクチュエーター、例えばセレノイド／電磁気アクチュエーター、圧電アクチュエーター、電気流体的装置又はハイドロリック増幅装置を含むことができる（「パイロット」）。かかる電気的制御アクチュエーターは使用の際には前記制御装置より制御され得る。
【００２５】
前記バルブは、そこを通じる流体の流れを制御する少なくともいくらかの時間で操作可能なデュアルモードであり得る。前記制御は、好ましくは前記可変制限装置を横切る圧力低下を、好ましくは電気的制御装置の制御の下で変更することで可能であり、この電気的制御装置は前記流体源を制御するための制御装置であり得る。また、前記流体システムはそれぞれが異なる前記流体消費装置に接続される複数のデュアルモードバルブを含み得る。
【００２６】
好ましくは、前記複数のデュアルモードバルブを通る流体流れの総和が実質的に、前記ハイドロリック流体の源からの流体流れと同じである。好ましくは前記複数のデュアルモードバルブが、前記ハイドロリック流体源からのそれぞれのハイドロリック消費装置へ輸送される比率を変化させるように制御可能である。
【００２７】
好ましくは前記流体源は、前記制御装置により、それぞれの作動チャンバに伴う高速変換バルブの手段により、ストローク毎に容積を周期的に変化させる複数の作動チャンバを含み、前記バルブヘ又は前記バルブから流体を与える作動チャンバの時間平均比率を変更するように制御する。パルス性流体源は好ましくは、容積流体ポンプ又はモーターである。前記流体源は流体ポンプ又はモーターであり、前記流れ出力がその入力から前記制御装置の制御下で切り替えバルブにより交互に接続され又は切り離される。かかる装置では、前記流れ出力の制御は、前記出力が前記入力から切り離される時間の比率を変更することで達成され得る。
【００２８】
本発明は以下図面を参照してより具体的に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、当該技術で知られたデジタル容積型ポンプの形での流体の１つの源を模式的に表す。
【図２】図２は、図１のデジタル容積型ポンプからのパルス化出力を図式的に表す。
【図３】図３は、図１のデジタル容積型ポンプからのパルス化出力を図式的に表す。
【図４】図４は、本発明の１つの側面による流体システムを模式的に表す。
【図５】図５は、図４での使用に適した１つの周波数感受性圧力低下配置を図式的に表す。
【図６】図６は、バルブの異なる流れ特性を与えるために使用され得る１つの選択的スプールを示す。
【図７】図７は、バルブの異なる流れ特性を与えるために使用され得る他の１つの選択的スプールを示す。
【図８】図８は、図５の矢印Ａ−Ａの方向での断面図である。
【図９】図９は、図５の矢印Ｂ−Ｂの方向での断面図である。
【図１０】図１０は、図５の周波数感受性圧力低下の挙動を示す模式図である。
【図１１】図１１は、別々の２つの周波数感受性低パラメータを持つ２つのハイドロリック負荷を含む流体システムを示す。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
図１を参照すると、図１にはデジタル容積型ポンプ１が詳細に示され、このポンプは往復式ピストンポンプ構成を含み、１以上のピストン２が１以上のシリンダ３内に設けられ共に作動チャンバ１３を形成する。ピストン２は偏心カム構造４から駆動され、これはシャフト５を介してエンジンなどの原動力により駆動される。入口マニホルド６は多重シリンダ構成が使用される場合に設けられ、前記マニホルドは低圧ポート７を介して給油槽から低圧ハイドロリック流体を受け取るように作用する。出口側にはまた、高圧マニホルド８が設けられ、シリンダ３からの圧力が付加された流体を受け及びそれを高圧ポート９に供給する。好ましくは、ポンプ１は、一般に１０及び１１でそれぞれ示される入口及び出口バルブで整流される定容型のデジタル容積ポンプ（ＤＤＰ）を含む。これらのバルブについては以下詳細に説明するが、前記作動チャンバと共に高圧の別々のパルスを高圧マニホルド８に与え、そこから高圧ポート９に与える。制御装置１２、シャフト５の位置および速度およびそれにより作動チャンバ１３の容積を検出するシャフトセンサ１５、及び制御シグナル１４が設けられ、それらにより図２及び３を参照して説明されるように、全部の又は部分的なチャンバ容積を送るか又は全く送らない、という必要に応じて種々の入口及び出口バルブ１０、１１の開閉を行う。
【００３１】
ポンプ１のそれぞれの作動チャンバ１３は２つの操作モード：ポンプモード及びアイドリングモードを持つ。ポンプモードで使用する場合には、流体は、前記制御装置１２により前記入口バルブ１０を閉じることで前記ポンプ１から容積的に出てそれにより流体が作動チャンバから出て前記高圧ポート９へ供給されることとなる。前記ポンプがアイドリングモードで操作される場合には、前記入口バルブは開放が維持され、作動チャンバ内の流体は続く再利用のために前記入口マニホルドへ返される。前記制御装置１２は、ストローク毎に基づいて、作動チャンバがポンプストロークを実行すべきかアイドリングストロークを実行すべきかを決定し、前記シャフト５と同期させて前記セレノイドバルブを駆動する。前記装置の流体容積の制御は、ポンプストローク実行とアイドリングストロークの実行との作動チャンバの時間平均比率を変更するか、または前記バルブ駆動のタイミングを変更するかにより達成され得る。
【００３２】
ポンププロフィル
図２はデジタル容積ポンプ１のいくつかの可能な流体流れプロフィルを示す。図２では、グラフは一連の流れパルス７０、７１、７２、７３を示し、これらは作動チャンバ１３がポンプモードで使用されることで起り、またグラフは集合された流れに伴う局所流れ最大値８５及び最小値８６を示す。７０は１つの作動チャンバのプロフィルであり；７１は２つの作動チャンバのプロフィルであって、ここではこの流れはより大きな流れピーク８６を生じるためにそれぞれの重なりからのパルスであり；及び７３は２つの作動チャンバからのプロフィルであり、ここではこの流れは第３のピーク８６を生じるためにそれぞれの重なりからのパルスである。それぞれの局所流れ最小値８５及び隣接する局所最大値８６の間の最短時間が時間Ｔａとして示される。それぞれの局所流れ最小値８５及び次の隣接する局所最小値８５の間の最短時間が時間Ｔｂとして示される。作動チャンバからの流れパルスの最短長さが時間Ｔｃとして示される。前記１組みの活性ポンプ作動チャンバから作動チャンバを加えるか又は除く間の最短時間がＴｄとして示される。
【００３３】
図３を参照すると、図３にはデジタル容積ポンプのいくつかの可能な追加のポンププロフィルが示される。図３では、前記プロフィルは、例えば区間Ｔｆで一連の離散的パルス８０で繰り返しパターン８１、８２、８３、８４を生成し、それぞれは同じ平均流れを持つ（いくつかのパターンは他からは異なる）。それぞれのパルス８０はデジタル容積ポンプ１の１つの作動チャンバ１３から輸送される流体を示す。しかしいずれの作動チャンバも流体を輸送しない時間が存在する場合には、実質的にはゼロである少なくとも１つの最小の一時的流れ８５が起こり得る。前記デジタル容積ポンプはいつでも異なる平均流れを持つ異なる繰り返しパターンへ切り替えるように制御され得る。
【００３４】
Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃ、Ｔｄ及びＴｆは、もちろんシャフト５の回転速度及び前記流れパターンに依存することは明らかであり、設計者の制御事項であり、それぞれが前記シャフト５の回転の周期よりも大きく、等しく又は小さくあり得る。
【００３５】
前記の構成及びバルブは、ほとんどの場合の必要な操作において許容される完全な構成を与えるものではあるが、ある特定の条件下では、前記流体供給パルスが他流でのハイドロリック流体の使用装置、例えばモーター又はハイドロリックシリンダなどに望ましくない挙動を起こす原因となり得ることが見出されている。前記流体流れの急激な変動がまた、下流の制御バルブに「震え（ｆｌｕｔｔｅｒ）」を生じる恐れがあり、これはいわば開閉間を振動させ、望ましくない挙動を起こす。
【００３６】
本発明のシステム
図４は本発明を示し、流体源１００は前記のデジタル容積ポンプを含み、他の例えばパルス性流体源を含むことができることが分かる。前記流体源がなんであれ、前記流体はライン１０１を介して、以下説明する周波数感受性圧力低下装置（ＦＳＰＤ）１０２（バルブとして作用）へ供給されその後供給ライン１０４を介して流体消費装置１０３へ供給される。前記流体源１００及びＦＳＰＤ装置１０２の間には、第１のコンプライアンス１０５が設けられ、これは、以下説明される許容される形状及び機能をいくつか含みことができる。場合により追加の第２のコンプライアンス１０６が前記ＦＳＰＤ装置１０２と前記流体消費装置１０３の間に設けられ得る。
【００３７】
ＦＳＰＤ
図５〜９はＦＳＰＤ１０２の種々の部分を模式的に示し、全体のシステムの操作を説明する前に説明する。図５から、ＦＳＰＤ１０２はスプールバルブ構成を含み、これはバルブ体１１２内の開口部（１１１）内に軸に沿って移動可能にスプール（１１０）を持ち（可変制限装置として作用）、前記スプール（１１０）が一方端部で先細り部分（１１３）を持ちその断面が図８及び９に示される。先細り部分（１１３）は複数の先細り区分（１１４）を含み、それぞれは先細り開口部又は切断部が設けられている（図８及び９参照）。前記先細り部分は流体流れに通路を与え、それ自体とボディ１１６の関連するエッジ部との間にオリフィスを形成する。好ましくは前記エッジ部１１６が鋭利なエッジであって、前記スプールが適切に位置される際に完全な流れの分割を可能とするものである。しかし望ましい場合には面取りエッジや丸みエッジであってもよい。前記スプール１１０の先細り部分１１３は前面領域Ｆａを持ち（開口手段及び第１の流れ対向表面として作用）、入口ポート１２４を通じて入るパルス化源からの全ての流入流体の圧力に暴露される。ＦＳＰＤ１０２にはさらに、低反発速度バネ１１７などの形状のバイアス手段が設けられ、これは流入流体の方向での前記スプールをバイアスする作用を行う。このバネは、前記スプール１１０の他の端部１１３に作用する圧縮バネ（図示されている）でもよいし伸長バネ（図示されていない）でもよく、どちらの場合も前記バルブ体１１２に対抗して反応する。図５は好ましい構成を示し、前記バイアス手段１１７が、前記開口手段に対抗する前記スプール１１０の逆の側にＦＳＰＤ１０２を通じる流体の流れの外側に位置される。前記スプール１１０を通じて伸びるピンホールアセンブリ１１８は、バルブ体１１２の前記開口部１１１のブランク端部１２０と前記スプール１１０の間に閉じ込められる流体１１９の容積を流通させ、これらは共にダンピング手段１２６を形成する。図示されるように、スロット又はホール１２１が前記スプール内に設けられ、ＦＳＰＤの出口１２２内の流体が前記ピンホールアセンブリ１１８に到達することを許容し、スプールシール１２３が前記ブランク端部ホール１２０をシールするために設けられ得る。又は、前記ピンホールアセンブリ１１８はＦＳＰＤの入口１２４と流体的に流通することも可能である。
【００３８】
この構成において、ＦＤＰＳ１０２を通る流体は入口１２４を通って前記スプール１１０を囲むプレナムチャンバ１２５へ入り、その後前記オリフィス１１５を通じて出口１２２へ通り、入口から出口へ圧力を下げる。それらの間で、前記バネ１１７及びダンパー１２６は前記スプール１１０の動きを制御して、パルス化流体源１００からの流体のパスル化供給により生じる前面領域Ｆａ上へのパスル負荷が、前記ダンパが可能とするよりも速く前記スプールが動かないようにし、かつ前記パスル化流体源の時間平均流速が増加するに従ってゆっくりとした動きを可能とする。
【００３９】
図６及び７は、前記スプール１１０に適用する異なるプロフィルを示す。これらの図から、前記プロフィルは放物線形状（図６）であるか又は図７に示されるような形状であって、比較的緩慢な傾斜とそれに応じる緩慢なオリフィス開口速度を持つ第１の部分Ｐ１と、より大きい傾斜を持ちそれにより所与の軸上の動きについてこれらのサイズ内でより急激な増加を与える第２の部分Ｐ２とを持つ、ことが分かる。これらのプロフィルの変形例及び組み合わせは当業者にとっては明白であろう。
【００４０】
操作
前記構成の操作につき以下説明する。また前記構成による有利な効果についても理解されるであろう。図４では、パルス化流体供給が流体源１００から送られ、ＦＳＰＤ１０２に供給され、これは前記消費装置１０３への流体の流れを制御する。
【００４１】
ＦＳＰＤ１０２は図１０に模式的に示される特性を有する。定常流条件下で、ＦＳＰＤを横切る流体圧力の低下は小さく、ほとんど変化しない−これは線「ｇ」で表される。例えば、流れが７ｌ／分である場合、圧力低下は１１バール（点「２」）である。流れがゆっくりと増加して１５ｌ／分となった場合、圧力はやや増加して１２バール（点「１」）となり前記スプール１１０はさらに開くこととなる。しかし、流れが突然１５ｌ／分に増加する場合、前記スプールは迅速に動くことができない。というのはその動きは前記ダンパー１２６で制限されるからである。前記バルブ間の圧力低下は前記オリフィスの特性操作曲線「ｂ」で決定され、圧力は５５バールに上昇する。前記バルブを通じる流れが１５ｌ／分を維持する場合、前記スプールはゆっくりと開き前記圧力低下は減少し、前記バルブは最終的には点「１」で操作され、そこでは圧力低下は１２バールである。
【００４２】
従って、点「２」で定常流れから開始する場合、流れの上昇は前記上昇が急激である場合には曲線「ｂ」で表される圧力の増加が生じ、また上昇がゆっくりである場合には線「ｇ」で示される圧力の増加が生じる。流れの増加が中間的な場合には、圧力の増加はこれらの値の中間となる。より低い定常的流れから急激な上昇に晒されると、圧力／曲がれ特性はオリフィス特性曲線「ｅ」、「ｄ」及び「ｃ」に従うこととなる。
【００４３】
本発明の操作において第１のコンプライアンス１０５は非常に重要である。第１のコンプライアンス１０５がないと、ＦＳＰＤを通じる圧力低下とはかかわらずにＦＳＰＤ１０２からの前記流速はＦＳＰＤへ入る流速と等しくなり、流れのパルス８０に対して何らの緩和もなされない。しかしコンプライアンス１０５があると、前記第１のコンプライアンス１０５は、圧力低下が増加した場合に接続ライン１０１から流体を吸収し、その後それをより長い時間をかけて放出する。前記ダンピング手段１２６のダンピング速度及び前記第１のコンプライアンス１０５が共に前記制限装置１１０の動きの時間定数を決める。ここで時間定数とは、前記制限装置１１０がその定常状態位置に向かって６３％の距離動くために流れの１ステップ変化の後に要する時間である。
【００４４】
ＦＳＰＤはまた前記スプール１１０内又はバルブ体１１２内に設けられるボールとバネ圧力放出バルブを含む。この圧力放出バルブは、閉じ込められた流体１１９と前記スロット１２１の容積の間の圧力差が一方向又は両方向で、ある閾値を超える場合には動きに対する抵抗を下げることで、前記流体システムが、まだパルスをフィルタしており小さな流れが変化している間での非常に大きな流れ変化に迅速に対応することを可能とする。
【００４５】
ダンピング速度及びコンプライアンスの選択
ダンピング速度及び第１の流体コンプライアンス１０５のサイズの適切な選択は、前記制限装置１１０の動きの時間定数が隣接する流れ最大値８６及び最小値８５（Ｔａ）間の時間、又は隣接する流れ最小値８５（Ｔｂ）、又は前記流れパターン８１、８２、８３、８４の繰り返し期間Ｔｆよりも長いものであることを確実にするものでなければならない。前記制限装置１１０の時間定数はまた、前記ハイドロリック消費装置１０３での望ましい最大制御バンド幅の逆数よりも小さいものでなければならない。例えば、バンド幅１／Ｔｓ＝４Ｈｚ（即ちＴｓ＝２５０ｍｓ）を要求するハイドロリック掘削機について、固定容積ポンプを含み、４０Ｈｚでオン／オフバルブ操作で調整されている（期間Ｔｆ＝２５ｍｓ）パルス化流体源１００で駆動される場合には、前記制限装置の時間定数は２０ｍｓと２５０ｍｓの間であるべきであり、ＦＳＰＤからの流れは平均流れの要求に従うが、前記流れパルス８０には実質的に従うことはない。他の例では、図１に示されるデジタル容積ポンプを含むパルス化流体源により駆動される同じハイドロリック掘削装置のために、図３で示される流れパターンを生じるために１５００ＲＰＭで回転させて操作される場合、前記期間Ｔｆは４０ｍｓとなり、前記制限装置の時間定数は４０ｍｓ及び２５０ｍｓの間として、ＦＳＰＤからの流れが平均流れ要求に従い、前記流れパルス８０には実質的に従わないことを確実にする必要がある。
【００４６】
前記流体源１００のパルス化間隔を変動させ、望ましい制御バンド幅を前記オペレーターによる選択又は前記制御装置により検出される操作モードに依存して変動させることができる。従って前記制限装置の時間定数は、パルス化流体源の周波数と最大の要求制御バンド幅の間に存在する。
【００４７】
有利な構成
制御装置１２は本発明に組み込まれるいくつかの有利な構成を有する。これは人又は装置のオペレーター要求シグナルをフィルタして、流体源１、１００へ送られる供給シグナルの変化の速度を制限する。これは電気的圧力制限装置として作用し、前記流体源から生成される流れ圧力を前記流体システム内のどこかに導入される放出バルブの設定よりも下に制限する。これは、前記圧力を直接検知する圧力センサを用いるか、又は前記ハイドロリック消費装置１０３で測定される圧力を参照して前記流体システムの既知の特性及び前記流体源からの流体流れの時間経過に基づくＦＤＰＳ１０２を横切る圧力低下の評価を用いるかのいずれかを用いるものである。又は前記制御装置は前記流体源にシグナルを送り、ＦＳＰＤ及びコンプライアンス１０５、１０６の既知の特性を相殺することで前記ハイドロリック消費装置での望ましい圧力を達成することができる（即ち、先端的制御装置）
前記の方法で前記有利な構成を達成するために流体源を制御することと同様に、前記制御装置はまた、操作中に前記ダンピング手段及びバイアス手段をも制御することができる。かかる制御は前記流体源、例えば前記デジタル容積ポンプ／モーターの、ポンプ、アイドリング又はモニターサイクルと同期させることができる。
【００４８】
複数のバルブを持つシステム
図１１は流体作動システム（２００）を示し、２つのＦＳＰＤ（２０１ａ、２０１ｂ）（デュアルモードバルブして機能）を含み、個々の電気制御ライン（２０２ａ、２０２ｂ）で制御され、システム制御装置（２０３）の制御の下でダンピング及びバイアスが調製される。前記システム制御装置は２つのオペレーターレバー（２０４ａ、２０４ｂ）、負荷感受性圧力トランスデューサー（２０５）、ポンプ圧力トランスデューサー（２０６）及びデジタル容積ポンプ（２０８）（ハイドロリック流体源として作用）のシャフトの速度及び位置を示すセンサーシグナル線（２０７）からの入力を受け取る。前記システム制御装置は多重モードのバルブ制御ライン（２０９）を通じてデジタル容積ポンプを制御する。前記ポンプはアキュムレータ（２１０）（第１の流体コンプライアンスとして作用）及び２つのＦＳＰＤへ流れを供給する。またＦＳＰＤは、それぞれのハイドロリックモーター（２１１ａ、１２１ｂ）（ハイドロリック消費装置として作用）へ流れを供給し、流れをタンク（１２１）へ戻す。負荷感受性チェックバルブ（２１３ａ、２１３ｂ）は、前記負荷感受性圧力トランスデューサー手段がそれぞれのハイドロリックモーターへ提供される流体圧力の最大値を測定することを保証する。
【００４９】
いずれのオペレーターレベーが図１１のシステムを活性化させた場合も、これまでの図面を参照して前記説明と同様であり、関連するＦＳＰＤがダンピングされた制限装置挙動を示し前記コンプライアンスと共に急激な流れの変化を阻止するが、それぞれのモーターへのゆっくりとした流れを許容する。前記制御装置は前記オペレーターレバー位置に応じてデジタル容積ポンプを調節する。しかし、両方のオペレーターレバーが同時に活性化される場合、制御装置は、追加のモードで１つ又は両方のＦＳＰＤを制御し流れを調節する。制御装置はデジタル容積ポンプの流れを調節してポンプ圧力を最大負荷圧力の上のある許容範囲に維持し（ポンプ圧力トランスデューサーにより検知される）、かつ前記ＦＳＰＤは流体圧力を、前記制御装置のシグナルにより、オペレーターレバーから決められた流体圧力で流れに分布するために下げる。ＦＳＰＤを通じる直接の制御は前記モーターからの流れパルスとは分離されている。というのは、２つのモーターが異なる圧力を必要とするとエネルギーが失われ従ってシステムは非効率的となるからである。従って、本発明の周波数選択的パルスダンピング効果はどちらのモードでも維持される。一方１つのみのオペレーターレバーがシステムを活性化する場合には最大のエネルギー効率で操作される。
【００５０】
前記ＦＳＰＤを、前記流れを変更するためだけでなく同じハイドロリックアクチュエーターに導く２つのハイドロリックラインを通じて流れの方向を交換する方向制御バルブに組み込むことはまた単純である。この方法で、一方で本発明の望ましいパルスダンピング効果を達成すると共にいくつかの別々の部品の数を減らすことが可能となる。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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