(57)【要約】  流体作動機械は、コントローラ（１２）と周期的に変化する容積の作動チャンバ（２）とを備える。作動チャンバは、作動チャンバに関連付けられた電子制御一次低圧バルブ（１４）と二次低圧ポート（２２）との両方を有し、それらは各々、作動チャンバを低圧マニホルド（１６、２６）と流体連通させるように作動チャンバの容積のサイクルと同相の関係で開放可能および閉鎖可能である。少なくとも一次低圧バルブはコントローラの能動制御の下にあることで、コントローラがサイクル毎に作動チャンバによる流体の正味排除量を決定することを可能にしている。一次低圧バルブおよび二次低圧ポートは、作動チャンバの容積の少なくともいくつかのサイクルの一部の間に同時に開放可能であることで、流体が一次低圧バルブおよび二次低圧ポートの両方を通じて同時に作動チャンバに対して流入または流出することを可能にしている。一次低圧バルブは、二次低圧ポートの閉鎖から一定期間後にコントローラの能動制御の下で閉鎖させてもよい。
2011524959.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コントローラ（１２）と周期的に変化する容積の作動チャンバ（２、１００）とを備え、前記作動チャンバは、前記作動チャンバの低圧マニホルド（１６、１０８）への接続を制御する前記作動チャンバに関連付けられた電子制御一次低圧バルブ（１４、１０６）を有し、前記コントローラは、少なくとも前記一次低圧バルブを作動チャンバの容積のサイクルと同相の関係で能動的に制御することで、サイクル毎に前記作動チャンバによる流体の正味排除量を決定するように動作可能である、流体作動機械であって、前記作動チャンバは、さらに、前記作動チャンバを低圧マニホルド（２６、１２２）に接続するように作動チャンバの容積のサイクルと同相の関係で開放可能および閉鎖可能な二次低圧ポート（２２、１１８）を備えることで、作動チャンバの容積の少なくともいくつかのサイクルの一部の間に流体が前記一次低圧バルブと前記二次低圧ポートとの両方を通じて同時に前記作動チャンバに対して流入または流出することを可能にすることを特徴とする、流体作動機械。
【請求項２】
前記コントローラは、前記一次低圧バルブと前記二次低圧ポートとの両方が同時に開放される作動チャンバの容積の少なくともいくつかのサイクルについて、前記二次低圧ポートが閉鎖されてから一定期間後に前記作動チャンバを前記または各前記低圧マニホルドとの連通から解除するように動作可能である、請求項１に記載の流体作動機械。
【請求項３】
前記一次低圧バルブおよび前記二次低圧ポートは、適宜、膨張または収縮行程における前記作動チャンバの容積の変化率が最大となる時点において同時に開放可能である、請求項１または２のいずれか一項に記載の流体作動機械。
【請求項４】
複数の前記作動チャンバを備え、前記コントローラは、少なくとも前記複数の前記作動チャンバの各々に関連付けられた前記電子制御一次低圧バルブを含む複数の電子制御バルブをサイクル毎に制御することで、前記複数の前記作動チャンバの各々による流体の正味排除量を決定するように動作可能である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の流体作動機械。
【請求項５】
前記流体作動機械は、ポンプもしくはモータであるか、または異なる動作モードにおいてポンプもしくはモータのいずれかとして機能するように動作可能である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の流体作動機械。
【請求項６】
前記二次低圧ポートは、二次電子制御バルブにより開放可能および閉鎖可能である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の流体作動機械。
【請求項７】
前記二次低圧ポートは、圧力開放可能な常閉逆止バルブにより開放可能および閉鎖可能である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の流体作動機械。
【請求項８】
前記二次低圧ポートは、前記作動チャンバの前記膨張および収縮サイクルに動作的にリンクされた機械的編成により開放可能および閉鎖可能である、請求項１〜７のいずれか一項に記載の流体作動機械。
【請求項９】
前記二次低圧ポートは、前記作動チャンバにおける１つ以上の開口を備え、前記流体作動機械は、１つ以上の流体導管を備え、前記流体作動機械は、前記１つ以上の流体導管を前記１つ以上の開口と周期的に位置合わせさせることにより、作動チャンバの容積のサイクルと同相の関係で一定期間、前記作動チャンバを低圧マニホルドと流体連通させるように動作可能である、請求項８に記載の流体作動機械。
【請求項１０】
前記流体作動機械は、前記作動チャンバがシリンダおよび往復ピストンにより定義される容積を有するラジアルピストンポンプであり、前記シリンダは、回転可能なクランク軸に取り付けられた偏心体とスライド接触する基部を有し、前記二次低圧ポートは、前記シリンダの前記基部における開口を備え、前記偏心体は、作動チャンバの容積のサイクルと同相の関係で前記開口を低圧マニホルドと周期的に流体連通させるように適合された１つ以上の流体導管を備える、請求項８または９に記載の流体作動機械。
【請求項１１】
前記一次低圧バルブおよび前記二次低圧ポートは、各々、前記作動チャンバを異なる低圧マニホルドに対して流体連通および流体連通解除させるように開放可能である、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の流体作動機械。
【請求項１２】
前記一次低圧バルブおよび前記二次低圧ポートは、前記作動チャンバの長さに沿って離間して設けられている、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の流体作動機械。
【請求項１３】
前記作動チャンバは、略固定端および移動端を有するピストンシリンダであり、前記一次低圧バルブは、前記シリンダの前記固定端に設けられ、前記二次低圧ポートは、前記シリンダの前記移動端に設けられている、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の流体作動機械。
【請求項１４】
角度変位が前記作動チャンバの瞬間的容積に機械的にリンクされた回転可能な軸と；前記回転可能な軸の前記角度変位を決定するように動作可能な軸位置センサと；をさらに備える、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の流体作動機械。
【請求項１５】
前記作動チャンバと連通する１つ以上のマニホルドをさらに備える、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の流体作動機械。
【請求項１６】
ポンプとして機能し、使用時、ポンプ運転サイクルの前記膨張行程の開始時において、前記一次低圧バルブおよび前記二次低圧ポートは同時に閉鎖され、前記二次低圧ポートは、前記低圧バルブの両側に正味の圧力差が発生して前記低圧バルブを開放するように付勢するように、前記作動チャンバ内の圧力を前記低圧マニホルドの圧力を下回るように降下させるために十分な期間、閉鎖されたままにされる、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の流体作動機械。
【請求項１７】
それぞれ作動チャンバの吸入または吐出行程中に、周期的に変化する容積の流体作動機械の作動チャンバ（２、１００）に流体を供給するか、または前記作動チャンバから流体を受け取る方法であって、作動チャンバの容積のサイクルと同相の関係で電子制御一次低圧バルブ（１４、１０６）を開放することで、サイクル毎にコントローラの能動制御の下で前記作動チャンバを低圧マニホルド（１６、１０８）と流体連通させるステップを含む、方法であって、前記方法は、さらに、作動チャンバの容積のサイクルと同相の関係で二次低圧ポート（２２、１１８）を開放することで、適宜、流体が前記一次低圧バルブと前記二次低圧ポートとの両方を通じて前記作動チャンバに対して流入または流出するように、作動チャンバの容積の少なくともいくつかのサイクルの一部の間に前記一次低圧バルブおよび前記二次低圧ポートが同時に開放されるように、前記作動チャンバを第２の経路により低圧マニホルドと流体連通させるステップを含むことを特徴とする、方法。
【請求項１８】
前記一次低圧バルブと前記二次低圧ポートとの両方が同時に開放される作動チャンバの容積の少なくともいくつかのサイクルについて、前記コントローラは、前記二次低圧ポートが閉鎖されてから一定期間後に前記一次低圧バルブを閉鎖するように動作可能である、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記流体作動機械は、ポンプもしくはモータであるか、または異なる動作モードにおいてポンプもしくはモータのいずれかとして機能するように動作可能である、請求項１７または１８に記載の方法。
【請求項２０】
使用時、ポンプ運転サイクルの前記膨張行程の開始時において、前記一次低圧バルブおよび前記二次低圧ポートは同時に閉鎖され、前記二次低圧ポートは、前記低圧マニホルドの両側に正味の圧力差が発生して前記低圧バルブを開放するように付勢するように、前記作動チャンバ内の圧力を前記低圧マニホルドの圧力を下回るように降下させるために十分な期間、閉鎖されたままにされる、請求項１７〜１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
流体作動機械のコントローラ上で実行されると、前記流体作動機械に請求項１〜１６のいずれか一項に記載の流体作動機械として機能させるか、または請求項１７〜２０のいずれか一項に記載の方法により流体作動機械の作動チャンバに流体を供給させるか、もしくは作動チャンバから流体を受け取らせる、プログラムコード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体作動機械の分野に関し、特に、周期的に変化する容積の少なくとも１つの作動チャンバを備える流体作動機械であって、当該または各作動チャンバを通じた流体の正味排除量が少なくとも１つの電子制御バルブによりサイクル毎に調整されることで、当該または各作動チャンバを通じた流体の正味スループットを決定する、流体作動機械に関する。
【０００２】
本発明のいくつかの実施形態は、流体作動機械の作動チャンバに流体を供給する、また作動チャンバから流体を受け取る方法に関する。本発明のいくつかの実施形態は、流体作動機械のモータ運転サイクル中の電子制御バルブの開放を容易にすることを目的とする。
【背景技術】
【０００３】
流体作動機械には、ポンプ、モータ、および異なる動作モードにおいてポンプまたはモータのいずれかとして機能することが可能な機械など、流体被駆動式および／または流体駆動式の機械が含まれる。
【０００４】
流体作動機械がポンプとして動作するときは、低圧マニホルドが流体のネットソースとして作用するのが典型的であり、高圧マニホルドが流体のネットシンクとして作用するのが典型的である。流体作動機械がモータとして動作するときは、高圧マニホルドが流体のネットソースとして作用するのが典型的であり、低圧マニホルドが流体のネットシンクとして作用するのが典型的である。本説明および付帯の請求項において、「高圧マニホルド」および「低圧マニホルド」との用語は、互いに対してより高圧およびより低圧のマニホルドをいう。高圧および低圧マニホルド間の圧力差、ならびに高圧および低圧マニホルドにおける圧力の絶対値は、アプリケーションに依存する。例えば、高パワーポンプ運転アプリケーションに最適化されたポンプの場合の圧力差は、流体の正味排除量を正確に決定するように最適化されたポンプ、例えば、高圧および低圧マニホルド間に最小限の圧力差があればよい計量された量の流体（例えば液体燃料）を投入するためのポンプの場合よりも高くてもよい。流体作動機械は、２つ以上の低圧マニホルドを有してもよい。
【０００５】
本発明は、流体が略非圧縮性作動液などの液体であるアプリケーションについて説明するが、流体は、代替として気体であってもよい。
【０００６】
周期的に変化する容積の複数の作動チャンバを備え、作動チャンバを通じた流体の排除量が電子制御バルブによりサイクル毎に作動チャンバの容積のサイクルと同相の関係で調整されることで、機械を通じた流体の正味スループットを決定する、流体作動機械が知られている。例えば、欧州特許第０３６１９２７号明細書では、電子制御ポペットバルブを作動チャンバの容積のサイクルと同相の関係で開放および／または閉鎖することで、ポンプの個々の作動チャンバと低圧マニホルドとの間の流体連通を調整することにより、多チャンバポンプを通じた流体の正味スループットを制御する方法が開示されている。その結果、個々のチャンバが所定の固定体積の流体を排除するか、または流体の正味排除量を伴わないアイドルサイクルを経るかを、コントローラによりサイクル毎に選択可能にすることにより、ポンプの正味スループットを需要に動的に合致させることを可能にしている。
【０００７】
欧州特許第０４９４２３６号明細書では、この原理を発展させ、個々の作動チャンバと高圧マニホルドとの間の流体連通を調整する電子制御ポペットバルブを含むことにより、代替の動作モードにおいてポンプまたはモータのいずれかとして機能する流体作動機械の提供を容易にしている。欧州特許第１５３７３３３号明細書では、部分的サイクルの可能性が導入され、個々の作動チャンバの個々のサイクルにおいて複数の異なる体積の流体のいずれかを排除させることで、需要により良好に合致することを可能にしている。
【０００８】
この種の流体作動機械の性能を決定する鍵となる要因には、電子制御バルブの性能特性が含まれる。これらのバルブは、電磁作動ポペットバルブであるのが典型的であるが、他の種類のバルブを用いることも考えられる。関連する性能特性には、電子制御バルブの開閉速度、バルブが抗して開放することが可能な圧力差、バルブの動作寿命、および、流体のスループットを制限するとともに作動チャンバへのおよび作動チャンバからの流体の流れ特性に影響を与える開放時のバルブを通る流路の断面積が含まれる。従って、電子制御バルブは、かかる流体作動機械の高価であるとともに性能を制限する構成要素であり、電子制御バルブに対してなされる要求の１つ以上を緩和することが望ましい。
【０００９】
特に、特定のアプリケーション用の電子制御バルブの仕様を決定する重要な技術的な問題が、作動チャンバの膨張行程中に流体が低圧マニホルドからポンプの作動チャンバに流入するときに発生する。流体流の速度は、ポペットバルブを通る流路の断面積およびジオメトリ、ならびに作動流体の特性により制限される。作動チャンバに流入する流体が液体である場合は、騒音を増加させ、ポペットバルブの両側の圧力差を要求することにより効率を低下させ、機械の損傷につながるキャビテーションが発生する。モータにおける作動チャンバの収縮行程中には、流体が低圧マニホルドに流出するときに異なる問題が発生し、圧力が大きく降下することにより効率の低下を引き起こし、ポペットバルブが意図せずに閉鎖され得るためにバルブに損傷を与える可能性および意図しないポンプ作用を引き起こす。
【００１０】
この問題は、高スループットアプリケーションまたは優れた流れ特性が要求されるアプリケーションについては、大型の電子制御バルブを指定することにより解決されているのが典型的である。しかし、大型の電子制御バルブは、高価であるとともに、性能特性とのトレードオフが生じる可能性がある。例えば、大型の電子制御バルブは、小型のバルブよりも開閉が遅く、または多くの電力を要し、妥協を強いられるかもしれない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従って、本発明のいくつかの態様は、性能の向上を容易にするため、または、指定された性能特性を有する流体作動機械を得るために本発明以外の場合よりも小型および／または緩和された仕様の電子制御バルブを用いることを可能にすることを目的とする。また、本発明のいくつかの態様は、ラジアルピストンポンプおよび／またはモータにおけるクランクケースにおいて発生する可能性がある高温流体の蓄積を減少させることを目的とする。
【００１２】
本発明のさらなる態様は、流体作動モータ（モータとしてのみ機能することが可能な流体作動機械、または異なる動作モードにおいてモータもしくはポンプのいずれかとして機能することが可能な流体作動機械等）における作動チャンバを低圧マニホルドに接続する低圧バルブの開放に関連する問題に対応する。モータ運転サイクルでは、作動チャンバに関連付けられた高圧バルブは、膨張行程の終了直前にコントローラの能動制御の下で閉鎖される。作動チャンバが膨張し続けるにつれ、作動チャンバ内に閉じ込められた流体の圧力は降下する。典型的には、作動チャンバ内に閉じ込められた流体の圧力は、低圧バルブが開放可能になる前に低圧マニホルドの圧力付近まで降下する必要がある。しかし、作動チャンバ内に閉じ込められた流体の圧力が十分に低い値まで降下するには、いくつかの理由から著しい期間を要する可能性がある。第１に、ほとんどの流体作動機械において、作動チャンバの容積の変化率は、膨張行程の終了に向けて低下する。第２に、多くの一般的に用いられる作動流体の場合において、作動チャンバ内に閉じ込められた流体の圧力の変化は、作動チャンバの容積の線形関数でない。さらにその上、作動流体内に溶解している気体が気化し、作動チャンバ内の圧力の期待される低下率を低下させるかもしれない。この遅延により、流体作動モータの効率が低下する可能性がある。実際、例えば始動時または特に高温もしくは低温の条件における動作時に、作動チャンバ内の圧力が低圧バルブの開放を可能にする十分に低い値まで降下しなければ、機能不全が発生する可能性がある。
【００１３】
従って、本発明のいくつかの態様は、流体作動機械のモータ運転サイクル中に、作動チャンバの内部と低圧マニホルドとの間の連通を調整する低圧バルブの開放を容易にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の第１の態様によれば、コントローラと周期的に変化する容積の作動チャンバとを備え、作動チャンバは、作動チャンバの低圧マニホルドへの接続を制御する作動チャンバに関連付けられた電子制御一次低圧バルブを有し、コントローラは、少なくとも一次低圧バルブを作動チャンバの容積のサイクルと同相の関係で能動的に制御することで、サイクル毎に作動チャンバによる流体の正味排除量を決定するように動作可能である、流体作動機械であって、作動チャンバは、さらに、作動チャンバを低圧マニホルドに接続するように作動チャンバの容積のサイクルと同相の関係で開放可能および閉鎖可能な二次低圧ポートを備えることで、作動チャンバの容積の少なくともいくつかのサイクルの一部の間に流体が一次低圧バルブと二次低圧ポートとの両方を通じて同時に作動チャンバに対して流入または流出することを可能にすることを特徴とする、流体作動機械が提供される。
【００１５】
サイクル毎に作動チャンバによる流体の正味排除量を決定するとは、作動チャンバの容積の個々のサイクル中の作動チャンバによる流体の正味排除量を、複数の可能性のある流体の正味排除量（別個の正味排除量であってもよく、および／または、正味排除量の連続的な範囲から選択されてもよい）の中から決定することをいう。作動チャンバによる流体の正味排除量を決定するため、コントローラは、複数の電子制御バルブを能動的に制御してもよい。
【００１６】
流体作動機械は、複数の前記作動チャンバを備えてもよい。この場合、コントローラは、複数の前記作動チャンバの各々に関連付けられた一次低圧バルブを少なくとも含む、複数の電子制御バルブを作動チャンバの容積のサイクルと同相の関係で能動的に制御することで、サイクル毎に前記複数の作動チャンバの各々の正味排除量を決定するように動作可能であってもよい。これにより、流体作動機械の全体を通じた流体の正味スループットが決定されるのが典型的である。コントローラは、作動チャンバの容積の個々のサイクル中の個々の作動チャンバまたは作動チャンバの群による流体の正味排除量を決定するように動作可能であってもよい。
【００１７】
「能動的に制御する」とは、電力を消費するとともに受動的な応答、例えばバルブの両側の圧力差のみに応答するバルブの開放または閉鎖に限定されない制御機構により、コントローラが少なくともいくつかの状況において電子制御バルブの状態に影響を与えることを可能にすることをいう。「能動制御」などの関連の用語も、それに応じて解釈すべきである。ただし、一次低圧バルブ、および存在する場合は１つ以上の他の電子制御バルブは、好ましくは、受動的な手段によっても開放または閉鎖されるように動作可能である。一次低圧バルブは、典型的には、吸入行程中などの作動チャンバ内の圧力の降下により受動的に開放される。例えば、一次低圧バルブ、または存在する場合は１つ以上の他の電子制御バルブは、少なくともいくつかのサイクル中、圧力差により受動的に開放されるとともに、サイクルの一部の間はコントローラの能動制御の下で選択的に閉鎖可能であってもよい。
【００１８】
「能動的に制御する」（および「能動制御」などの関連の用語）には、コントローラが電子制御バルブを開放させる、閉鎖させる、開放されたままにする、および／または閉鎖されたままにするうちの１つ以上を選択的に行うように動作可能である可能性が含まれる。コントローラは、作動サイクルの一部の間のみ電子制御バルブの状態に影響を与えることが可能であってもよい。例えば、コントローラは、作動チャンバ内の圧力が相当な大きさである作動サイクルの大部分の間、圧力差に抗して一次低圧バルブを開放することが不可能であってもよい。典型的には、コントローラは、制御信号を電子制御バルブに直接、または半導体スイッチなどの電子制御バルブドライバに送信することにより、電子制御一次低圧バルブ、および存在する場合は１つ以上の他の電子制御バルブを能動的に制御する。制御信号を送信するには、電子制御バルブの意図される状態（例えば開放または閉鎖）を示す信号、または電子制御バルブの状態が変更されるべきである（例えばバルブが開放または閉鎖されるべきである）ことを示すパルス、または電子制御バルブの状態が維持されるべきであることを示すパルスを送信することが含まれる。コントローラは、連続的に信号を送信し、信号を停止または変更することで電子制御バルブの状態の変更を引き起こしてもよく、例えば、電子制御一次低圧バルブ、または存在する場合は１つ以上の他の電子制御バルブは、電流の供給により開放状態に保持されるとともに電流をオフすることにより能動的に閉鎖される常閉ソレノイド開放バルブを備えてもよい。
【００１９】
「作動チャンバの容積のサイクルと同相の関係で」とは、コントローラによる一次低圧バルブ、および存在する場合は１つ以上の他の電子制御バルブの能動制御のタイミングが、作動チャンバの容積サイクルの位相を基準に決定されることをいう。従って、流体作動機械は、典型的には、位置センサなどの作動チャンバ位相決定手段を備える。例えば、作動チャンバの容積のサイクルが軸の回転に機械的にリンクされている場合は、流体作動機械は、軸位置センサおよびオプションで軸速度センサを備えるのが好ましく、コントローラは、軸位置センサから軸位置信号、オプションで前記軸速度センサから軸速度信号を受信するように動作可能である。複数の作動チャンバを備えるとともに異なる作動チャンバの容積サイクル間に位相差が存在する実施形態では、コントローラは、典型的には、個々の作動チャンバの位相を決定するように動作可能である。
【００２０】
このように、一次低圧バルブおよび二次低圧ポートは、作動チャンバの容積の少なくともいくつかのサイクルの一部の間、少なくとも１つの低圧マニホルドから、作動チャンバに対して流体を供給または排出するように協働する。その結果、作動チャンバの充填または排出特性は、作動チャンバを一次低圧バルブのみを経由して１つ以上の低圧マニホルドと流体接続させることが可能な場合よりも良好である。例えば、作動チャンバと当該または各低圧マニホルドとの間の圧力差により作動チャンバの膨張または収縮に抗して作用する力が、低減され得る。流体が液体である場合は、二次低圧ポートにより流れ特性が向上することにより、二次低圧ポートが設けられない場合であれば断面積が小さすぎる電子制御一次低圧バルブを用いながらもキャビテーションを除去することが可能である。これにより、騒音を低減し、および／または流体作動機械の効率を向上させ、および／または機械の動作寿命を増加させる効果がもたらされ得る。膨張行程中に流体のための二次流路を提供することにより、作動流体が比較的低温であるため比較的高い粘性を有する起動時または低温条件においてポンプの性能を特に向上させることが可能である。
【００２１】
好ましくは、二次低圧ポートは、作動チャンバの容積の各サイクルの少なくとも一部の間、閉鎖される。好ましくは、一次低圧バルブおよび二次低圧ポートは、コントローラにより決定される作動チャンバの容積の選択されたサイクル中のみ同時に閉鎖される。例えば、一次低圧バルブは、コントローラにより決定される作動チャンバの容積の選択されたサイクルを通じて開放されたままであってもよい。好ましくは、一次低圧バルブおよび二次低圧ポートは、一次低圧バルブが開放されている瞬間と瞬間との間、同時に閉鎖される。典型的には、少なくともいくつかの動作条件下では、一次低圧バルブおよび二次低圧ポートは、一次低圧バルブおよび二次低圧ポートが同時に開放されている連続する期間と期間との間、同時に閉鎖される。
【００２２】
典型的には、一次低圧バルブおよび二次ポートは、作動チャンバの容積の連続するサイクル中に同時に開放される。一次低圧バルブおよび二次ポートは、流体作動機械が動作を開始するときは作動チャンバの容積の完全なサイクルが完了する前に同時に開放されてもよいが、一次低圧バルブおよび二次低圧ポートは、流体作動機械が始動されるときに発生する作動チャンバの容積の最初のサイクルの後には作動チャンバの容積の少なくともいくつかのサイクル中に、典型的には作動チャンバの容積の少なくともいくつかの連続するサイクル中に、開放される。
【００２３】
少なくとも１つの作動チャンバは、例えば欧州特許第１７３８０７７号明細書に開示されているように、電子制御一次低圧バルブを（ｉ）前記低圧マニホルドおよび（ｉｉ）高圧マニホルドに交互に接続する作動チャンバに関連付けられたコミュテータを有してもよい。しかし、作動チャンバは、典型的には、作動チャンバの高圧マニホルドへの接続を制御する高圧バルブを備える。高圧バルブは、圧力動作逆止バルブ（例えばポンプの場合）またはさらなる電子制御バルブ（例えばモータまたはポンプもしくはモータのいずれかとして機能するように動作可能な流体作動機械の場合）を備えてもよく、かかるバルブは、好ましくはコントローラの制御の下にある。
【００２４】
好ましくは、コントローラは、一次低圧バルブと二次低圧ポートとの両方が同時に開放される作動チャンバの容積の少なくともいくつかのサイクルについて、一次低圧バルブをコントローラの能動制御の下で閉鎖させることで、二次低圧ポートが閉鎖されてから一定期間後に作動チャンバを当該または各前記低圧マニホルドとの連通から解除するように動作可能である、これらの状況では、二次低圧ポートは、コントローラが一次低圧バルブを閉鎖させることで作動チャンバが当該または各前記低圧マニホルドとの連通から解除され得るときには既に閉鎖されており、そのため、作動チャンバが１つまたはオプションで２つ以上の低圧マニホルドと流体連通する期間の終了は、コントローラの制御の下にあるままである。これにより、コントローラが、サイクル毎に作動チャンバを通じた流体の正味排除量を選択することが可能になり、かかる選択は、例えば、作動チャンバの容積のサイクルの位相に対する一次低圧バルブの閉鎖のタイミングを選択するか、または例えば、オプションで作動チャンバを通じた流体の正味排除量を伴わない作動チャンバのアイドルサイクルを選択することによりなされ、かかるアイドルサイクルの選択は、恐らくは、サイクルを通じて一次低圧バルブを開放状態に保持する（例えば欧州特許第０３６１９２７号に開示のように）か、またはサイクルを通じて作動チャンバをいずれの低圧マニホルドとの流体連通からも解除された状態に保つ（例えば国際公開第２００７／０８８３８０号パンフレットに開示のように）ことによりなされる。典型的には、作動チャンバの容積は、作動チャンバを通じた流体の正味排除量を伴わないアイドルサイクル中、周期的に変化し続ける。さらにその上、コントローラは、作動チャンバが１つまたはオプションで２つ以上の低圧マニホルドと流体連通する期間の終了を、非電子制御バルブを用いる場合よりも正確に定義することが可能である。
【００２５】
従って、一次低圧バルブは、二次低圧ポートが設けられない場合ほど大きい流路断面積は必要としない。これにより、二次低圧ポートが設けられない場合よりも小さい流路断面積を有する電子制御バルブを用いて所望の性能特性を得ることができる。従って、一次低圧バルブは、その閉鎖速度、圧力勾配に抗して開放するその能力、その電力消費、またはその信頼性により、一次低圧バルブの流路断面積の優先度が高い場合よりも、例えば、作動チャンバが１つまたはオプションで２つ以上の低圧マニホルドと流体連通する期間の終了を定義するその性能に大きい重点をおいて選択してもよい。
【００２６】
一次低圧バルブおよび二次低圧ポートは、各々、作動チャンバを同じ低圧マニホルドに対して流体連通および流体連通解除させるように開放可能であってもよい。代替として、一次低圧バルブおよび二次低圧ポートは、各々、作動チャンバを異なる低圧マニホルドに対して流体連通および流体連通解除させるように開放可能であってもよい。この場合、２つの低圧マニホルドは、同様の圧力を有するのが典型的である。
【００２７】
流体作動機械がポンプとして動作している場合は、一次低圧バルブおよび二次低圧ポートは、例えば、作動チャンバの膨張行程中のみ同時に開放されてもよい。二次低圧ポートは、作動チャンバの膨張行程中のみ開放可能であってもよいが、一次低圧バルブは、オプションで、収縮行程中またはその開始（ピストン機械における下死点）直前にコントローラの能動制御の下で閉鎖されてもよく、作動チャンバの収縮行程の終了（ピストン機械における上死点）時に開放可能であってもよい。
【００２８】
高圧バルブがコントローラの能動制御の下にある電子制御バルブを備える流体作動機械などのモータとして動作する流体作動機械の場合は、一次低圧バルブおよび二次低圧ポートは、例えば、作動チャンバの収縮行程中のみ同時に開放されてもよい。二次低圧ポートは、作動チャンバの収縮行程中のみ開放可能であってもよいが、電子制御低圧バルブは、オプションで、収縮行程の終了（ピストン機械における上死点）前にコントローラの能動制御の下で閉鎖されてもよく、収縮行程の終了（ピストン機械における上死点）以降に開放可能であってもよい。
【００２９】
一次低圧バルブおよび二次低圧ポートは、使用時、作動チャンバの容積の少なくともいくつかのサイクル中、適宜、膨張または収縮行程における作動チャンバの容積の変化率が最大となる時点でともに開放されるのが好ましいが、それは、この時点でそれぞれ最大の流体吸入または排出速度が要求されるためである。実際、一次低圧バルブの両側の圧力差は、一次低圧バルブを通る流体流の速度の平方に比例するため、一次低圧バルブおよび二次低圧ポートは、使用時、適宜、膨張または収縮行程の限られた一部の間、開放されれば十分であるかもしれない。膨張または収縮行程の前記限られた一部は、適宜、膨張または収縮行程における作動チャンバの容積の変化率が最大となる時点を含む膨張または収縮行程の持続時間の５０％未満であるのが好ましい。
【００３０】
選択させたサイクル中、二次低圧ポートと一次低圧バルブとの両方が同時に開放される期間は、適宜、収縮行程または膨張行程の持続時間の９０％未満であるのが好ましく、３０％超であるのが好ましい。これにより、収縮行程または膨張行程のかなりの部分で二次低圧ポートが追加の流体を供給または受け取ることを可能にしながら、サイクル間の二次低圧ポートの閉鎖と一次低圧バルブの閉鎖との間に経過する期間の変化の範囲により、作動チャンバの容積の個々のサイクル中の流体の異なる正味排除量を選択することができる。
【００３１】
流体作動機械がポンプとして機能している場合（例えば、流体作動機械がポンプである場合、または流体作動機械が代替の動作モードにおいてポンプもしくはモータのいずれかとして機能するように動作可能であり、ポンプとして機能している場合）は、ポンプ運転サイクルの膨張行程の開始時において（すなわち、上死点において）、一次低圧バルブおよび二次低圧ポートは同時に閉鎖され、二次低圧ポートは、作動チャンバ内の圧力を低圧マニホルドの圧力を下回るように降下させるために十分な期間、閉鎖されたままにされることで、低圧バルブの両側に正味の圧力差が発生して低圧バルブが開放するように付勢される。この圧力低下は、低圧バルブ、二次低圧ポート、および高圧バルブがすべて同時に閉鎖された状態で作動チャンバが閉鎖され、容積が膨張するために発生する。次いで、低圧バルブが作動チャンバの容積の少なくともいくつかの（いくつかの実施形態ではすべての）サイクル中、低圧バルブが開放された後に、二次低圧ポートが開放される。この構成は、低圧バルブが受動的に開放される電子制御バルブである場合に特に有益であり、それは、低圧バルブが正しく機能するために低圧バルブを開放位置に向けて付勢しなければならない程度が低減されるためである。いくつかの実施形態では、低圧バルブは、開放位置へ付勢されない。それにより、開放位置への付勢を最小化または省略しつつ、低圧バルブを速やかかつ確実に開放することが可能である。かかる付勢は、低圧バルブを能動的に閉鎖する際に抵抗となるため、低減または除去することが有益である。好ましくは、作動チャンバ内の圧力は、上死点後、一次低圧バルブまたは二次低圧ポートが開放される前にキャビテーションが引き起こされるように十分に降下させる。
【００３２】
一次低圧バルブは、作動チャンバの容積の少なくともいくつかのサイクル中、二次低圧ポートの後に開放させてもよい。一次低圧バルブは、作動チャンバの容積の少なくともいくつかのサイクル中、二次低圧ポートの前に開放させてもよい。いくつかの実施形態では、コントローラは、一次低圧バルブが二次低圧ポートの前後のいずれかに開放されるかをサイクル毎に決定するように動作可能である。
【００３３】
好ましくは、一次低圧バルブおよび二次低圧ポートのうち作動チャンバの容積の前記いくつかのサイクル中において最初に開放される方は、作動チャンバと低圧マニホルドとの間の圧力差が最小、例えば作動チャンバの最大設計圧の５％未満である作動チャンバの容量サイクル中に開放される。
【００３４】
二次低圧ポートの開放および／または閉鎖は、コントローラにより制御されてもよいし、されなくてもよい。二次低圧ポートは、例えば作動チャンバにおける圧力がそれぞれの低圧マニホルドにおける圧力を少なくとも所定量だけ下回ることに応答して、受動的に開放可能であってもよい。従って、二次低圧ポートは、圧力動作バルブであってもよい。
【００３５】
いくつかの実施形態では、二次低圧ポートは、二次低圧ポートを経由して作動チャンバを低圧マニホルドに対して流体連通および流体連通解除させるように、二次電子制御バルブにより開放可能または閉鎖可能であり、二次電子制御バルブの開放もしくは閉鎖または開閉の両方は、コントローラの能動制御の下で行われる。二次低圧ポートは、使用時、作動チャンバにおける圧力が低圧マニホルドにおける圧力を下回ることに応答して受動的に開放される二次電子制御バルブにより開放可能および閉鎖可能であってもよい。二次低圧ポートは、使用時、作動チャンバにおける圧力がそれぞれの低圧マニホルドにおける圧力を上回ることに応答して受動的に閉鎖される二次電子制御バルブにより開放可能または閉鎖可能であってもよい。
【００３６】
二次低圧ポートが二次電子制御低圧バルブにより開放可能または閉鎖可能である場合は、一次低圧バルブおよび二次電子制御低圧バルブは、それぞれ作動チャンバと当該または各低圧マニホルドとの間の接続を最後に閉鎖する、および最初に開放するという役割に良好に適した動作特性を各々有するように選択してもよい。
【００３７】
二次低圧ポートは、電子制御バルブによる以外に開放可能であってもよい。例えば、二次低圧ポートは、常閉であるが、作動チャンバ内の圧力が二次低圧ポートと連通する低圧マニホルドにおける圧力に所定量だけ満たないことに応答して開放可能であってもよい。そのため、二次低圧ポートは、圧力開放可能な常閉逆止バルブであってもよい。
【００３８】
二次低圧ポートの開閉の位相は、作動チャンバの容量のサイクルに対して不変であってもよい、すなわち、二次低圧ポートの開閉は、位相ロックさせてもよい。異なる動作モードにおいてポンプまたはモータのいずれかとして機能するように動作可能な流体作動機械の場合は、二次低圧ポートの開閉は、好ましくは位相ロックさせない。これは、二次低圧ポートは、典型的には、ポンプ運転サイクルについては膨張行程中、モータ運転サイクルについては収縮行程中に開放可能であるが、両方ではないためである。
【００３９】
各二次低圧ポートの開閉が作動チャンバの膨張および収縮行程に位相ロックされている場合は、各二次低圧ポートは、作動チャンバの膨張および収縮サイクルに動作的にリンクされた機械的編成により開放および閉鎖させてもよい。
【００４０】
流体作動機械がクランク軸などの回転可能な軸を備える場合は、二次低圧ポートの開閉は、機械的編成により回転可能な軸の角度に動作的にリンクさせてもよい。従って、一次低圧バルブは、サイクル毎にコントローラの能動制御の下で開放可能であってもよいが、二次低圧ポート開閉は、サイクル毎に可変でなくてもよく、例えば存在する場合は回転可能な軸の角度に動作的にリンクされた機械的編成により、作動チャンバの膨張および収縮行程に対して固定的に位相ロックさせてもよい。二次低圧ポートは、作動チャンバの膨張および収縮サイクルに機械的にリンクされたプッシュロッドにより操作される機械作動バルブを備えてもよい。
【００４１】
二次低圧ポートは、作動チャンバにおける１つ以上の開口を備えてもよく、例えば、作動チャンバが中空ピストンを備える場合は、二次低圧ポートは、中空ピストンの基部における開口などの中空ピストンにおける開口を備えてもよい。流体作動機械は、１つ以上の流体導管を前記１つ以上の開口と周期的に位置合わせさせることにより、典型的には作動チャンバの容積のサイクルと同相の関係、好ましくは位相ロックさせた状態で、一定期間、作動チャンバをマニホルドと流体連通させるように動作可能であってもよい。流体作動機械が複数の前記作動チャンバを備える場合は、単一の流体導管を順に複数の前記作動チャンバに関連付けられた開口と周期的に位置合わせさせてもよい。典型的には、当該および各流体導管は、回転可能な軸などの回転可能な部材、またはリングカムなどの複数の突出を有する回転可能な偏心体もしくは軸に形成される。
【００４２】
例えば、流体作動機械は、作動チャンバがシリンダと往復ピストン（例えば中空ピストン）とにより定義される容積を有するピストンポンプであってもよい。流体作動機械は、シリンダが回転可能なクランク軸に取り付けられた（典型的にはクランク軸の表面に一体化された）偏心体とスライド接触する基部を有するラジアルピストンポンプであってもよい。流体作動機械がシリンダにより画成された複数の前記作動チャンバを備え、かかるシリンダの各々が同じ偏心体とスライド接触する基部を有する場合は、偏心体は、偏心体とスライド接触する各シリンダの基部における開口を順に低圧マニホルドと周期的に流体連通させることにより、作動チャンバの容積のサイクルと同相の関係で順に各作動チャンバに関連付けられた二次低圧ポートを開放することで、各作動チャンバを前記低圧マニホルドに対して流体連通させ続いて流体連通解除させるように適合された１つ以上の流体導管を含んでもよい。前記低圧マニホルドは、ラジアルピストンポンプのクランク軸ケースを備えてもよい。１つ以上の流体導管は、偏心体の周囲の一部を延在する１つ以上の周縁スロットを備えてもよい。それにより、当該または各周縁スロットは、作動チャンバの容積のサイクルと同相の関係でピストンの内部を周囲のクランク軸ケース内の流体と周期的に流体連通させてもよい。
【００４３】
代替として、流体作動機械は、作動チャンバがシリンダと斜板により駆動されるとともに斜板と連通する往復ピストン（例えば中空ピストン）とにより定義される容積を有するアキシャルピストンポンプであってもよく、ここで、作動チャンバは、二次低圧ポートとして機能する開口を備え、斜板は、シリンダの基部における前記開口を低圧マニホルドと周期的に流体連通させることにより、作動チャンバの二次低圧ポートを周期的に開放させるように適合された１つ以上の流体導管を備える。複数の前記作動チャンバが設けられ、かかる作動チャンバの２つ以上がシリンダと同じ斜板と連通する往復ピストンとにより定義される容積を有する場合は、１つ以上の流体導管は、好ましくは、各前記作動チャンバの基部における開口を低圧マニホルドと周期的に流体連通させることにより、各前記作動チャンバの二次低圧ポートを順に開放させるように編成される。１つ以上の流体導管と連通する低圧マニホルドは、アキシャルピストンポンプのクランク軸ケースを備えてもよい。１つ以上の流体導管は、作動チャンバの容積のサイクルと同相の関係で当該ピストンの内部を、または前記複数のピストンの各々の内部を順に、周囲のクランク軸ケース内の流体に対して周期的に流体連通させ続いて流体連通解除させるように編成された斜板の表面における１つ以上のスロットを備えてもよい。
【００４４】
作動チャンバは、好ましくは、その最大限に伸長され、一次低圧バルブおよび二次低圧ポートは、作動チャンバの長さに沿って離間して、例えば作動チャンバの対向端またはその付近に設けてもよい。「長さに沿って離間される」とは、一次低圧バルブから二次低圧ポートに延在するベクトルが作動チャンバの長さに対して平行な成分を有することをいい、前記ベクトルが必ず作動チャンバの軸心に対して平行であるという制限を示唆するものではない。
【００４５】
流体が作動チャンバに進入するための経路を作動チャンバの長さに沿って離間された異なる２箇所に設けることにより、作動チャンバに対して流入または流出する流体の流れ特性は、一次低圧バルブおよび二次低圧ポートが隣接する場合よりも良好になる。作動チャンバが最大限に伸長されている場合は、一次低圧バルブおよび二次低圧ポートは、この効果を最大化するため作動チャンバの対向端に設けられるのが好ましい。
【００４６】
作動チャンバが略固定端および移動端を有するピストンシリンダである場合（例えば、ラジアルまたはアキシャルピストン機械である場合）は、一次低圧バルブは、一次低圧バルブの移動を最小化するようにシリンダの固定端に設けられるのが好ましい。一次低圧バルブは、シリンダの固定端においてシリンダと同軸であるかまたはシリンダから径方向に延在してもよい。高圧バルブも、シリンダの固定端に設けられるのが典型的であり、シリンダと同軸であるかまたは低圧バルブから径方向に延在するのが典型的である。これらの編成では、二次低圧ポートは、好ましくは、シリンダの対向端に設けられる。これにより、各サイクルにおいてシリンダのすべての部分における流体が交換され、シリンダの基部の周囲の流体におけるホットスポットが減少するという利点がある。例えば、二次低圧ポートは、シリンダの移動端において、シリンダと同軸であるかまたはシリンダから径方向に延在してもよい。
【００４７】
コントローラは、一次低圧バルブの開放および／または閉鎖を制御するように動作可能である。高圧バルブが電子制御バルブを備える場合は、コントローラは、好ましくは、前記電子制御バルブの開放および／または閉鎖を制御するように動作可能である。二次低圧ポートが二次電子制御低圧バルブにより開放可能および／または閉鎖可能である場合は、コントローラは、好ましくは、二次電子制御低圧バルブの開放および／または閉鎖を制御するように動作可能である。
【００４８】
コントローラは、特定のサイクル中に特定の電子制御バルブを開放および／または閉鎖するか否かの決定と、作動チャンバの容量のサイクルに対する特定の電子制御バルブの開放および／または閉鎖の位相の決定とのいずれかまたは好ましくは両方により、サイクル毎に少なくとも１つの電子制御バルブ（少なくとも一次低圧バルブを含む）の開放および／または閉鎖を制御するように動作可能であるのが好ましい。少なくとも１つの電子制御バルブの開放および／または閉鎖を制御することには、バルブを開放または閉鎖された状態に保持する可能性が含まれる。
【００４９】
典型的には、サイクル毎に少なくとも１つの電子制御バルブ（少なくとも一次低圧バルブを含む）の開放および／または閉鎖の位相を制御することにより、コントローラは、サイクル毎に複数の異なる選択可能な体積から選択された体積の流体を作動チャンバに排除させるように動作可能である。典型的には、複数の異なる選択可能な体積には、個々の作動チャンバにより排除可能な最大の体積と、正味排除量を伴わないこととが含まれる。正味排除量を伴わないことは、作動チャンバの容積のサイクルを通じて電子制御低圧バルブが開放されたままであるアイドルサイクルにより、または例えば国際公開第２００７／０８８３８０号パンフレットに記載のように作動チャンバの容積のサイクルを通じて作動チャンバを封止することにより、達成してもよい。排除量とは、当該もしくは各低圧マニホルドから当該（もしくは各）高圧マニホルドへの、または逆方向の流体の正味移動量をいい、発生し得る低圧マニホルド間または高圧マニホルド間の流体の正味移動量のことではない。また、複数の異なる選択可能な体積は、少なくとも１つの体積を含むのが好ましく、正味排除量を伴わないことと作動チャンバにより排除可能な最大体積との間の複数の体積（例えば、体積の連続的な範囲）を含むのが好ましい。しかし、複数の作動チャンバが設けられる場合は、コントローラは、作動チャンバの群をこのように制御してもよい。コントローラは、典型的には、１つ以上の作動チャンバの流体の時間平均正味スループットを、一定または可変であり得る受信された要求信号に対して均衡させる。流体作動機械は、典型的には、入力および／または出力される流体の圧力または流れを平滑化するため高圧および／または低圧マニホルドとそれぞれ連通する高圧および／または低圧蓄圧器と組み合わせて用いられる。
【００５０】
１つ以上の電子制御バルブ（電子制御一次低圧バルブ、ならびに設けられている場合は高圧バルブおよび／または二次電子制御バルブを含む）は、面封止バルブであるのが典型的である。１つ以上の電子制御バルブ（電子制御一次低圧バルブ、ならびに設けられている場合は高圧バルブおよび／または二次電子制御バルブを含む）は、ポペットバルブであるのが典型的である。１つ以上の電子制御バルブ（電子制御一次低圧バルブ、ならびに設けられている場合は電子制御高圧バルブおよび／または二次電子制御バルブを含む）は、電磁作動ポペットバルブであってもよい。１つ以上の電子制御バルブ（電子制御一次低圧バルブ、ならびに設けられている場合は電子制御高圧バルブおよび／または二次電子制御バルブを含む）は、ソレノイド動作ポペットバルブであってもよい。
【００５１】
一次低圧バルブは、作動チャンバに向けて内方に開口するのが典型的である。高圧バルブは、作動チャンバから離れる向きに外方に開口するのが典型的である。
【００５２】
流体作動機械は、ポンプであってもよい。流体作動機械は、モータであってもよい。流体作動機械は、代替の動作モードにおいてポンプまたはモータのいずれかとして機能するように動作可能であってもよい。流体作動機械は、さらに、一次低圧バルブ、二次低圧ポート、および／または高圧バルブと連通する１つ以上のマニホルドを備えてもよい。
【００５３】
流体作動機械が複数の前記作動チャンバを備える実施形態では、本明細書において検討されているオプションの好適な特長が、適宜、各前記作動チャンバならびに各前記作動チャンバに関連付けられた一次低圧バルブ、二次低圧ポート、および該当する場合は高圧バルブに適用されるのが典型的である。典型的には、当該および各低圧および高圧マニホルドは、複数の前記作動チャンバのうちの２つ以上（例えば、各々）と連通する。
【００５４】
本発明の第２の態様によれば、それぞれ作動チャンバの吸入または吐出行程中に、周期的に変化する容積の流体作動機械の作動チャンバに流体を供給するか、または作動チャンバから流体を受け取る方法であって、作動チャンバの容積のサイクルと同相の関係で電子制御一次低圧バルブを開放することで、サイクル毎にコントローラの能動制御の下で作動チャンバを低圧マニホルドと流体連通させるステップを含む、方法であって、さらに、作動チャンバの容積のサイクルと同相の関係で二次低圧ポートを開放することで、適宜、流体が一次低圧バルブと二次低圧ポートとの両方を通じて作動チャンバに対して流入または流出するように、作動チャンバの容積の少なくともいくつかのサイクルの一部の間に一次低圧バルブおよび二次低圧ポートが同時に開放されるように、作動チャンバを第２の経路により低圧マニホルドと流体連通させるステップを含むことを特徴とする、方法が提供される。
【００５５】
好ましくは、前記一次低圧バルブと前記二次低圧ポートとの両方が同時に開放される作動チャンバの容積の少なくともいくつかのサイクル中、コントローラは、二次低圧ポートが閉鎖されてから一定期間後に一次低圧バルブを閉鎖させるように動作可能である。
【００５６】
本発明の第２の態様のさらなるオプションの特長は、本発明の第１の態様に関して上で検討したものに対応する。
【００５７】
本発明の第３の態様によれば、コントローラと周期的に変化する容積の作動チャンバとを備え、作動チャンバは、作動チャンバの高圧マニホルドへの接続を制御する作動チャンバに関連付けられた高圧バルブと、作動チャンバの低圧マニホルドへの接続を制御する電子制御一次低圧バルブとを有し、コントローラは、少なくとも一次低圧バルブを作動チャンバの容積のサイクルと同相の関係で能動的に制御することで、サイクル毎に作動チャンバによる流体の正味排除量を決定するように動作可能であり、少なくともいくつかの状況下ではモータ運転サイクルを行うように動作可能な流体作動機械であって、流体作動機械は、モータ運転サイクル中、一次低圧バルブの開放に先立って加圧流体を作動チャンバから放出するように適合されていることを特徴とする、流体作動機械が提供される。
【００５８】
結果的に生じる加圧流体の放出により、好ましくは、一次低圧バルブの開放が容易になる。好ましくは、高圧バルブも電子制御可能であり、コントローラにより能動的に制御される少なくとも１つのバルブは、典型的には、高圧バルブも含む。
【００５９】
流体作動機械は、一次低圧バルブの開放を容易にするため、モータ運転サイクル中、一次低圧バルブの開放に先立って加圧流体を作動チャンバから放出するように動作可能な減圧手段を備えてもよい。
【００６０】
好ましくは、作動チャンバは、作動チャンバに関連付けられた二次低圧ポートを有し、かかる二次低圧ポートは、作動チャンバ内の圧力を低下させることにより一次低圧バルブの開放を容易にするため、モータ運転サイクル中、一次低圧バルブの開放に先立って、例えば作動チャンバを低圧マニホルドに接続することにより、加圧流体を作動チャンバから放出するように作動チャンバの容積のサイクルと同相の関係で開放可能および閉鎖可能である。
【００６１】
それにより、モータ運転サイクル中、低圧バルブの開放に先立って加圧流体を作動チャンバから放出することにより、作動チャンバ内の圧力は、そうでない場合よりも速やかに、またはそうでない場合よりも低い値まで降下し、低圧バルブの開放が容易になる。実際、二次低圧ポートの開放により、一次低圧バルブの開放をトリガしてもよい。
【００６２】
一次低圧バルブの開放に先立って加圧流体を作動チャンバから放出するとは、所与のモータ運転サイクル中に一次低圧バルブの開放に先立って加圧流体を作動チャンバから放出することをいう。典型的には、加圧流体は、膨張行程の後半中に放出される。典型的には、加圧流体は、高圧バルブが閉鎖された後に放出される。典型的には、加圧流体は、高圧バルブが閉鎖されるときと一次低圧バルブが開放されるときとの間に放出される。
【００６３】
好ましくは、二次低圧ポートは、作動チャンバの膨張および収縮サイクルに動作的にリンクされた機械的編成により、加圧流体を作動チャンバから放出するように作動チャンバ容量のサイクルと同相の関係で開放可能および閉鎖可能である。低圧バルブが抗して開放することが可能な圧力差を実質的に超えるかなりの圧力差に抗して開放することが可能な機械的編成を設けることが可能であると有益である。
【００６４】
二次低圧ポートの開閉のタイミングは、流体作動機械の意図されるアプリケーションに応じて選択される。例えば、流体作動機械が回転可能な軸（例えば、回転ピストン機械における）を備え、回転可能な軸が常にまたは主に一方向に回転するように流体作動機械が適合されている場合は、二次低圧ポートの開放と下死点との間の期間は、下死点と二次低圧ポートの閉鎖との間の期間と異なってもよい。流体作動機械が常にまたは主にモータとして動作する場合は、二次低圧ポートは、下死点の少し前に、下死点において、または下死点の少し後で開放させてもよく、二次低圧ポートは、下死点のかなり後で、好ましくは下死点と上死点との間の作動チャンバの容積の変化率が最大となる時点以降に閉鎖させてもよい。流体作動機械が主にポンプとして動作する場合は、二次低圧ポートは、下死点の少し前に、または下死点において閉鎖させてもよい。
【００６５】
作動チャンバに関連付けられた二次低圧ポートが作動チャンバの容積のサイクルと同相の関係で開放可能および閉鎖可能であり、モータ運転サイクル中、低圧バルブの開放に先立って作動チャンバを低圧マニホルドに接続することで加圧流体を放出することにより作動チャンバ内の圧力を低下させて低圧バルブの開放を容易にする場合は、二次低圧ポートは、作動チャンバから１つ以上の低圧マニホルドへの流体の流出を容易にするため、少なくとも後続の収縮行程における作動チャンバの容積の減少率が最大となる時点まで開放されたままであってもよい。しかし、二次低圧ポートは、低圧バルブが開放された直後に閉鎖させてもよい。二次低圧ポートは、低圧バルブが開放される前に閉鎖させてもよい。
【００６６】
流体作動機械は、クランク軸などの回転可能な軸を備えてもよい。この場合、二次低圧ポートの開閉は、回転可能な軸の角度に機械的編成により動作的にリンクさせてもよい。従って、一次低圧バルブは、サイクル毎にコントローラの能動制御の下で開放可能であってもよいが、二次低圧ポート開閉は、サイクル毎に可変でなくてもよく、例えば存在する場合は回転可能な軸の角度に動作的にリンクされた機械的編成により、作動チャンバの膨張および収縮行程に対して固定的に位相ロックさせてもよい。二次低圧ポートは、作動チャンバの膨張および収縮サイクルに機械的にリンクされたプッシュロッドにより操作される機械作動バルブを備えてもよい。
【００６７】
二次低圧ポートは、作動チャンバにおける１つ以上の開口を備えてもよく、例えば、作動チャンバが中空ピストンを備える場合は、二次低圧ポートは、中空ピストンの基部における開口などの中空ピストンにおける開口を備えてもよい。流体作動機械は、１つ以上の流体導管を前記１つ以上の開口と周期的に位置合わせさせることにより、典型的には作動チャンバの容積のサイクルと同相の関係、好ましくは位相ロックさせた状態で、一定期間、作動チャンバをマニホルドと流体連通させるように動作可能であってもよい。流体作動機械が複数の前記作動チャンバを備える場合は、単一の流体導管を順に複数の前記作動チャンバに関連付けられた開口と周期的に位置合わせさせてもよい。典型的には、当該および各流体導管は、回転可能な軸などの回転可能な部材、またはリングカムなどの複数の突出を有する回転可能な偏心体もしくは軸に形成される。
【００６８】
例えば、流体作動機械は、作動チャンバがシリンダと往復ピストン（例えば中空ピストン）とにより定義される容積を有するピストンポンプであってもよい。流体作動機械は、シリンダが回転可能なクランク軸に取り付けられた（典型的にはクランク軸の表面に一体化された）偏心体とスライド接触する基部を有するラジアルピストンポンプであってもよい。流体作動機械がシリンダにより画成された複数の前記作動チャンバを備え、かかるシリンダの各々が同じ偏心体とスライド接触する基部を有する場合は、偏心体は、偏心体とスライド接触する各シリンダの基部における開口を順に低圧マニホルドと周期的に流体連通させることにより、作動チャンバの容積のサイクルと同相の関係で順に各作動チャンバに関連付けられた二次低圧ポートを開放することで、各作動チャンバを前記低圧マニホルドに対して流体連通させ続いて流体連通解除させるように適合された１つ以上の流体導管を含んでもよい。前記低圧マニホルドは、ラジアルピストンポンプのクランク軸ケースを備えてもよい。１つ以上の流体導管は、偏心体の周囲の一部を延在する１つ以上の周縁スロットを備えてもよい。それにより、当該または各周縁スロットは、作動チャンバの容積のサイクルと同相の関係でピストンの内部を周囲のクランク軸ケース内の流体と周期的に流体連通させてもよい。
【００６９】
代替として、流体作動機械は、作動チャンバがシリンダと斜板により駆動されるとともに斜板と連通する往復ピストン（例えば中空ピストン）とにより定義される容積を有するアキシャルピストンポンプであってもよく、ここで、作動チャンバは、二次低圧ポートとして機能する開口を備え、斜板は、シリンダの基部における前記開口を低圧マニホルドと周期的に流体連通させることにより、作動チャンバの二次低圧ポートを周期的に開放させるように適合された１つ以上の流体導管を備える。複数の前記作動チャンバが設けられ、かかる作動チャンバの２つ以上がシリンダと同じ斜板と連通する往復ピストンとにより定義される容積を有する場合は、１つ以上の流体導管は、好ましくは、各前記作動チャンバの基部における開口を低圧マニホルドと周期的に流体連通させることにより、各前記作動チャンバの二次低圧ポートを順に開放させるように編成される。１つ以上の流体導管と連通する低圧マニホルドは、アキシャルピストンポンプのクランク軸ケースを備えてもよい。１つ以上の流体導管は、作動チャンバの容積のサイクルと同相の関係で当該ピストンの内部を、または前記複数のピストンの各々の内部を順に、周囲のクランク軸ケース内の流体に対して周期的に流体連通させ続いて流体連通解除させるように編成された斜板の表面における１つ以上のスロットを備えてもよい。
【００７０】
それにより、二次低圧ポートは、作動チャンバにおける１つ以上の開口を備え、かかる開口は、周期的に露わにされるか、または流体導管、例えば回転可能なクランク軸の表面に設けられた溝と位置合わせさせてもよい。作動チャンバがシリンダ内で往復する中空ピストンを備える場合は、二次低圧ポートは、中空ピストンもしくはシリンダの一方または両方における開口を備え、かかる開口は、モータ運転サイクル中、膨張行程の終了近くに露わにされるか、または位置合わせさせることで、加圧流体を作動チャンバから放出し、作動チャンバ内の圧力を低下させることにより、低圧バルブの開放を容易にしてもよい。
【００７１】
好ましくは、作動チャンバと二次低圧ポートが加圧流体を放出する低圧マニホルドとの間の圧力差は、一次低圧バルブが抗して開放することが可能な圧力差の少なくとも１０倍、典型的には少なくとも１００倍または少なくとも１０００倍を超える。
【００７２】
流体作動機械は、モータであってもよく、かかる場合は、流体作動機械は、モータ運転サイクルのみを行うように動作可能であってもよい。しかし、流体作動機械は、異なる動作モードにおいてモータまたはポンプのいずれかとして機能するように動作可能であってもよく、かかる場合は、流体作動機械は、モータとして動作している状況においてのみモータ運転サイクルを行う。
【００７３】
流体作動機械は、典型的には、複数の前記作動チャンバを備える。加圧流体は、それぞれの作動チャンバの容積のサイクル内の異なる時間に、個々の前記作動チャンバまたは前記作動チャンバの個々の群から放出されてもよく、例えば、個々の前記作動チャンバまたは前記作動チャンバの個々の群は、それぞれの作動チャンバの容積のサイクルにおける異なる時間に二次低圧ポートを経由して加圧流体を放出してもよい。それにより、個々の作動チャンバまたは作動チャンバの個々の群を異なる目的に最適化させることができる。
【００７４】
また、流体作動機械は、一次低圧バルブの開放に先立って加圧流体を作動チャンバから放出するように動作可能でない１つ以上の作動チャンバを備えてもよい。
【００７５】
流体作動機械は、回転可能なクランク軸を備え、回転可能なクランク軸の長さに沿って軸方向に離間された場所には、複数の作動チャンバが個々にまたは群をなして編成され、各軸方向に離間された場所には、それぞれの作動チャンバから加圧流体を開放することが可能な回転可能なクランク軸における周縁スロットが設けられてもよく、ここで、少なくとも２つの周縁スロットは、クランク軸の一方側に配置されたすべての作動チャンバ内に同時に加圧流体が保持されないようにクランク軸の軸心の周囲に異なる角度で配置されることにより、クランク軸にかかる最大の潜在的な合力が減少する。この場合、少なくとも２つの周縁スロットは、別々の軸方向に離間された偏心カム上に配置されるのが典型的であり、少なくとも２つの前記軸方向に離間された偏心カムは、それぞれの周縁スロットが配置されている偏心カムに対して同様の配向で各々配置された状態で、クランク軸の軸心の周囲に異なる角度で配置されてもよい。
【００７６】
本発明の第３の態様のさらなる特長は、本発明の第１および第２の態様に関して上で検討したものに対応し得る。
【００７７】
本発明の第４の態様によれば、周期的に変化する容積の流体作動機械の作動チャンバを作動チャンバのモータ運転サイクル中に運転する方法であって、作動チャンバの容積のサイクルと同相の関係で電子制御一次低圧バルブを開放することで、サイクル毎にコントローラの能動制御の下で作動チャンバを低圧マニホルドと流体連通させるステップを含む、方法であって、さらに、前記モータ運転サイクルの膨張行程中、一次低圧バルブの開放に先立って作動チャンバ内の圧力を放出するステップを含む、方法が提供される。
【００７８】
結果的に生じる加圧流体の放出により、好ましくは、一次低圧バルブの開放が容易になる。好ましくは、作動チャンバ内の圧力は、作動チャンバから流体を開放することが可能な二次低圧ポートを開放することにより一次低圧バルブの開放に先立って放出される。
【００７９】
また、好ましくは、二次低圧ポートは、作動チャンバの容積のサイクルに動作的にリンクされた機械的編成により開放される。典型的には、流体作動機械は、回転可能な軸を備え、二次低圧ポートの開放は、回転可能な軸に機械的にリンクされる。
【００８０】
本方法の好適なオプションの特長は、本発明の第１〜第３の態様に関して検討したものに対応する。
【００８１】
本発明の第５の態様によれば、コントローラと周期的に変化する容積の作動チャンバとを備え、作動チャンバは、作動チャンバの低圧マニホルドへの接続を制御する作動チャンバに関連付けられた電子制御一次低圧バルブを有し、コントローラは、少なくとも一次低圧バルブを作動チャンバの容積のサイクルと同相の関係で能動的に制御することで、サイクル毎に作動チャンバによる流体の正味排除量を決定するように動作可能である、流体作動機械であって、使用時、作動チャンバの容積のポンプ運転サイクル中、膨張行程の開始時に一次低圧バルブが閉鎖されることにより、作動チャンバが封止され、その後、作動チャンバ内の圧力が低圧マニホルドの圧力を十分に下回るように降下することにより一次低圧バルブが引いて開放されることを特徴とする、流体作動機械が提供される。
【００８２】
好ましくは、作動チャンバ内の圧力は、作動チャンバ内にキャビテーションが引き起こされるように十分に低く降下する。好ましくは、流体作動機械は、ポンプであるか、または代替の動作モードにおいてポンプもしくはモータとして機能するように動作可能な機械である。
【００８３】
本発明の第６の態様によれば、周期的に変化する容積の作動チャンバと、低圧マニホルドと、電子制御一次低圧バルブとを有する流体作動機械を運転する方法であって、作動チャンバの容積のポンプ運転サイクル中に行われる、作動チャンバが封止されるように作動チャンバが容積最小値に到達する前に一次低圧バルブを閉鎖させるステップと、作動チャンバ内の圧力が低圧マニホルドの圧力を十分に下回るように降下することで一次低圧バルブが引いて開放されるように作動チャンバの容積が拡張し始めるときに作動チャンバを封止されたままにしておくステップとを特徴とする、方法が提供される。
【００８４】
典型的には、少なくとも一次低圧バルブを作動チャンバの容積のサイクルと同相の関係で能動的に制御することで、サイクル毎に作動チャンバによる流体の正味排除量が決定される。
【００８５】
好ましくは、作動チャンバ内の圧力は、作動チャンバ内にキャビテーションが引き起こされるように十分に低く降下する。好ましくは、流体作動機械は、ポンプであるか、または代替の動作モードにおいてポンプもしくはモータとして機能するように動作可能な機械である。
【００８６】
本発明の第５および第６の態様のさらなるオプションの好適な特長は、本発明の第１〜第４の態様に関して上で検討したものに対応する。
【００８７】
また、本発明は、第７の態様において、流体作動機械のコントローラ上で実行されると、流体作動機械を、本発明の第１の態様による流体作動機械として機能させるか、または流体作動機械に本発明の第３の態様による流体作動機械として機能させるか、または本発明の第５の態様による流体作動機械として機能させるか、本発明の第２の態様による方法を行わせるか、または本発明の第４の態様による方法を行わせるか、または本発明の第６の態様による方法を行わせる、プログラムコードに拡張される。
【００８８】
プログラムコードは、ソースコード、オブジェクトコード、部分的にコンパイルされた形態などのコード中間ソース、または本発明の方法の実装における使用に適した他のいずれの形態であってもよい。プログラムコードは、例えばＣＤ−ＲＯＭもしくは半導体ＲＯＭなどのＲＯＭまたは例えばフロッピー（登録商標）ディスクもしくはハードディスクなどの磁気記録媒体などのコンピュータ可読キャリアであるのが典型的な、キャリア上またはキャリア内に格納してもよい。さらにその上、キャリアは、電気もしくは光ケーブルを介して、または無線もしくは他の手段により搬送することができる電気または光信号などの伝送キャリアであってもよい。プログラムがケーブルにより直接搬送することができる信号に具現化されるときは、キャリアは、かかるケーブルまたは他の装置もしくは手段により構成されてもよい。
【００８９】
以下、本発明の例示的実施形態を、下記の図面を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】流体作動機械の個々の作動チャンバの概略図である。
【図２】ポンプ運転サイクル中の一次低圧バルブ、二次低圧ポート、および高圧バルブ、ならびに作動チャンバ内の圧力の状態を示すタイミング図である。
【図３】膨張行程中の油圧ラジアルピストンポンプの作動チャンバへの流体流の概略図である。
【図４】収縮行程中の図３の油圧ラジアルピストンポンプの作動チャンバからの流体流の概略図である。
【図５】モータ運転サイクル中の一次低圧バルブ、二次低圧ポート、および高圧バルブ、ならびに作動チャンバ内の圧力の状態を示すタイミング図である。
【図６】モータ運転サイクル中の一次低圧バルブ、減圧ポート、および高圧バルブ、ならびに作動チャンバ内の圧力およびクランク軸トルクの状態を示す、減圧ポートを有する油圧モータまたは油圧ポンプ／モータについてのタイミング図である。
【図７】油圧モータまたは減圧ポートを有する油圧ポンプ／モータの作動チャンバからの流体流の概略図である。
【図８】油圧モータまたは減圧ポートを有する油圧ポンプ／モータの代替の実施形態の作動チャンバからの流体流の概略図である。
【図９】油圧モータまたは減圧ポートを有する油圧ポンプ／モータのさらなる例の作動チャンバからの流体流の概略図である。
【図１０】ピストンの２つのバンクからの加圧流体の放出によるクランク軸にかかる合力の減少を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００９１】
実施例１
第１の例では、油圧ポンプの形態の流体作動機械は、複数の作動チャンバを含む。図１は、シリンダ４の内面と、クランク機構９によりクランク軸８から駆動されるとともにシリンダ内で往復して作動チャンバの容積を周期的に変化させるピストン６とにより定義される容積を有する個々の作動チャンバ２を示す。軸位置および速度センサ１０は、軸の瞬間的角度位置および回転速度を決定し、軸位置および速度信号をコントローラ１２に送信することで、コントローラが、各個の作動チャンバのサイクルの瞬間的位相を決定することを可能にする。コントローラは、典型的には、使用時に格納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である。
【００９２】
作動チャンバは、電子的に作動可能な面封止ポペットバルブ１４の形態の一次低圧バルブを備え、かかる一次低圧バルブは、作動チャンバに向かって内方に面するとともに作動チャンバから第１の低圧マニホルド１６に延在するチャネルを選択的に封止するように動作可能であり、かかる第１の低圧マニホルドは、一般に使用時に流体のネットソースとして機能する。一次低圧バルブは、吸入行程中、作動チャンバ内の圧力が第１の低圧マニホルド内の圧力に満たないときに作動チャンバを第１の低圧マニホルドと流体連通させるように受動的に開放されるとともに、作動チャンバを第１の低圧マニホルドとの流体連通から解除するようにコントローラの能動制御の下で選択的に閉鎖可能な、常開ソレノイド閉鎖バルブである。常閉ソレノイド開放バルブなど、代替の電子制御バルブを用いてもよいことが当業者には理解されよう。
【００９３】
作動チャンバは、さらに、圧力作動送出バルブの形態の高圧バルブ１８を備える。高圧バルブは、作動チャンバから外方に面し、作動チャンバから高圧マニホルド２０に延在するチャネルを封止するように動作可能であり、かかる高圧マニホルドは、使用時に流体のネットシンクとして機能する。高圧バルブは、作動チャンバ内の圧力が高圧マニホルド内の圧力を超えるときに受動的に開放される、常閉圧力開放逆止バルブとして機能する。
【００９４】
二次低圧ポート２２は、二次低圧バルブ２４により開放可能および閉鎖可能であり、かかる二次低圧バルブは、開放時に作動チャンバを第２の低圧マニホルド２６と流体連通させ、かかる第２の低圧マニホルドも、使用時に流体のネットソースとして機能する。本例では、一次低圧バルブおよび二次低圧ポートは、同様の圧力の２つの別個の低圧マニホルドに接続されている。しかし、代替として、それらを同じ低圧マニホルドに接続してもよい。二次低圧ポートの開閉は、例えばクランク軸と二次低圧バルブとの間の機械的リンケージ２８により、作動チャンバの作動サイクルに位相ロックさせてもよい。代替として、二次低圧バルブの開放または閉鎖は、電子的接続３０により、コントローラにより能動的に制御してもよい。代替として、二次低圧バルブは、第２の低圧マニホルドに対する作動チャンバの圧力の降下に応答して開放される圧力開放可能な常閉逆止バルブであってもよく、かかる場合は、機械的リンケージと電子的接続とのいずれも設ける必要はない。
【００９５】
図２は、ポンプ運転サイクル中の一次低圧バルブ、二次低圧ポート、および高圧バルブ、ならびに作動チャンバ内の圧力の状態を示すタイミング図である。一次低圧バルブは、第１の低圧マニホルドと作動チャンバとの間の圧力差により上死点またはその付近において開放され、それにより流体が第１の低圧マニホルドから作動チャンバに流入することで吸入行程が開始される。一次バルブを通過する流体の速度が増加することにより、作動チャンバの圧力は、吸入行程中の一定期間、二次低圧バルブが開放されるまで降下する。二次低圧ポートの開放は、クランク軸の位置に機械的に位相ロックさせ、一次低圧バルブの開放から一定期間後に発生させてもよい。代替として、二次低圧バルブの開放は、低圧マニホルドと作動チャンバとの間の圧力差の増加により引き起こしてもよい。二次低圧ポートは、ポンプ運転サイクルにおいて作動シリンダの容積の変化率が最大となり、追加の流体流の利益が最大となる時点で開放される。
【００９６】
二次低圧バルブが開放されると、流体は、低圧マニホルドから一次低圧バルブと二次低圧ポートとの両方を介して作動チャンバに進入する。一定期間後、二次低圧バルブが閉鎖されると、流体は、再び低圧マニホルドから一次低圧バルブのみを通じて作動チャンバに進入するようになる。
【００９７】
コントローラは、受信した軸位置および速度信号を用いて作動チャンバのポンプ運転サイクルの位相を決定し、下死点またはその付近においてポンプ運転サイクルまたはアイドルサイクルのいずれを選択するかを決定する。図２に示す例では、コントローラは、ポンプ運転サイクルを選択し、一次低圧バルブを閉鎖させる信号を送る。一次低圧バルブは、二次低圧ポートの閉鎖から一定期間後に閉鎖される。一次低圧バルブが閉鎖されると、作動チャンバが低圧マニホルドから隔離され、作動チャンバにおける圧力が上昇し、高圧バルブが開放されて定められた体積の流体が高圧マニホルドに流れ込む。他のサイクル中、コントローラは、代替として、一次低圧バルブを開放されたままにすることで、低圧マニホルドから高圧マニホルドへの流体の正味排除量が発生しないように両方の低圧マニホルドから流れ込んだ低圧流体を第１の低圧マニホルドに戻してもよい。
【００９８】
二次低圧ポートを設けることにより、吸入行程中に作動チャンバに進入する作動流体の流れ特性は、一次低圧バルブのみを設ける場合よりも良好になる。例えば、二次低圧ポートが設けられない場合よりも、キャビテーションの発生が少なく、作動チャンバの膨張に抗するように作用する抗力が少なくなる。しかし、二次低圧ポートの開閉は一次低圧バルブの開閉と位相が異なるため、電子制御一次低圧バルブは、作動チャンバと第１の低圧マニホルドとの間の連通のタイミングを制御して吸入行程を開始および終了させる。そのため、一次低圧バルブは、すべての流体が一次低圧バルブを通じて作動チャンバに進入する場合よりも小さい流体流断面を有してもよい。
【００９９】
重要なこととして、一次低圧バルブを閉鎖させるか開放状態に保持するかをサイクル毎に決定することに加え、コントローラは、変化する作動チャンバの容積に対する一次低圧バルブの閉鎖の正確な位相を変化させることで、ポンプ運転サイクル中の低圧マニホルドから高圧マニホルドへの流体の正味排除量を決定するように動作可能である。上記のように、一次低圧バルブをサイクルを通じて開放状態に保つことにより、流体が低圧マニホルドから作動チャンバに流入するとともに第１の低圧マニホルドに流出するにもかかわらず低圧マニホルドから高圧マニホルドへの正味排除量を伴わないアイドル行程を発生させることが可能である。（第２の低圧マニホルドから第１の低圧マニホルドへは正味排除量が発生してもよいが、これは、ポンプによる正味排除量とは見なされない）。一次低圧バルブの閉鎖および高圧バルブの開放を上死点の直前まで遅延させることにより、作動チャンバの容量の割合（通常は比較的小さい割合である）に等しい体積の流体を排除する部分的行程を実施してもよく、排除される正確な体積は、これらのイベントの正確なタイミングにより選択してもよい。また、一次低圧バルブおよび高圧バルブの開放および／または閉鎖の正確なタイミングは、始動時、比較的低温での動作時、および装置の停止時など、特定の状況において変化させてもよい。これらのタイミングのオプションについてのさらなる詳細は、欧州特許第０３６１９２７号明細書、欧州特許第０４９４２３６号明細書、および欧州特許第１５３７３３３号明細書において開示されており、これらの内容は参照により本明細書に組み込まれる。
【０１００】
高圧マニホルドを通じて吐出される流体は、出力圧を平滑化するため蓄圧器に送出されるのが典型的であり、時間平均スループットは、従来技術と同様にコントローラにより受信される要求信号に基づいてコントローラにより変化させられる。
【０１０１】
実施例２
第２の例では、流体作動機械は、モータまたはポンプのいずれかとして機能するように動作可能である。第２の例の流体作動機械の構造も、図１に示す構造に対応している。本実施形態では、一次低圧バルブは、ポンプ運転またはモータ運転モードにおいてそれぞれ流体のネットソースまたはネットシンクとして機能する。また、二次低圧ポートは、それぞれ流体のネットソースまたはネットシンクのいずれかとして機能し、高圧バルブは、それぞれ流体のネットシンクまたはネットソースとして機能する。単一の低圧マニホルドは、流体のネットソース（ポンプ運転モードにおいて）または流体のシンク（モータ運転モードにおいて）のいずれかとして機能し、高圧マニホルドは、流体のシンク（ポンプ運転モードにおいて）または流体のソース（モータ運転モードにおいて）のいずれかとして機能する。作動チャンバが低圧マニホルドと流体連通状態に保たれるアイドル行程中は、いずれのマニホルドも流体のネットソースまたはシンクとして機能しない。
【０１０２】
第１の例と同様に、一次低圧ポートは、内方に面する電子制御ポペットバルブである。しかし、本例では、二次低圧ポートおよび高圧バルブも、それぞれ内方および外方に面するとともに電子的接続３０および３２を通じてサイクル毎にコントローラにより能動的に制御可能な電子的に作動可能なポペットバルブを備える。ポンプ運転モードでは、二次低圧ポートおよび高圧バルブのタイミングは、第１の例と同様である。モータ運転モードでは、作動チャンバの膨張行程中に流体が高圧バルブを通じて受け取られることで、作動チャンバの収縮行程中にクランク軸が駆動されるとともに一次低圧バルブを通じて出力が行われる。二次低圧ポートは、収縮行程の一部の間開放されることで、流体を作動チャンバから排除させるための追加の経路を提供する。
【０１０３】
クランク軸から駆動される機械的編成でなく、電子制御バルブを用いて二次低圧ポートを調整することにより、コントローラは、流体作動機械がポンプとして動作しているときは膨張行程中に、流体作動機械がモータとして動作しているときは収縮行程中に、二次低圧ポートを開放することが可能である。
【０１０４】
この第２の例示的実施形態の代替の実装では、コントローラの制御の下にない圧力動作逆止バルブにより二次低圧ポートを閉鎖してもよい。圧力動作逆止バルブにより、一次低圧バルブ開放時の膨張行程に流体を低圧マニホルドからシリンダに流し込むことができる。圧力動作逆止バルブを用いて流体を作動チャンバに進入させる第２の経路を提供することにより、作動チャンバは、流体をより容易に低圧マニホルドから受け取ることが可能であり、それにより、キャビテーションを回避することが可能である。圧力動作逆止バルブは、アイドルまたはモータ排出行程のいずれかにおいて低圧マニホルドに排出するときは収縮行程で閉鎖され、モータ行程中は膨張行程で閉鎖される。
【０１０５】
実施例３
第３の例示的実施形態では、油圧ラジアルピストンポンプの形態の流体作動機械は、スロット付きクランク軸を用いて二次低圧ポートを提供する。図３は、膨張行程の途中におけるシリンダ１０２の内面と往復する中空ピストン１０４とにより画成された個々の作動チャンバ１００を通る流体流を示す。
【０１０６】
作動チャンバは、電子制御ポペットバルブの形態の一次低圧バルブ１０６を有し、かかる一次低圧バルブは、作動チャンバを第１の低圧マニホルド１０８に対して流体連通および流体連通解除させるように開放可能および閉鎖可能である。圧力動作吐出バルブ１１０の形態の高圧バルブは、作動チャンバを高圧マニホルド１１２に対して流体連通および流体連通解除させるように開放可能および閉鎖可能である。ピストンの基部１１４は、クランク軸偏心体１１６とスライド接触している。ピストンの基部における開口１１８は、二次低圧ポートとして機能し、かかる二次低圧ポートは、偏心体の周縁の一部の周囲に延在するスロット１２０がいずれかの側のピストン壁にわたって延在することで作動チャンバの内部をクランク軸ケース１２２内の作動流体と流体連通させるときに開放され、かかるクランク軸ケースは、第２の低圧マニホルドとして機能する。従って、膨張行程の一部については、流体が（ｉ）一次低圧バルブと（ｉｉ）クランク軸のスロットおよびピストンの基部における開口との両方を通じて作動チャンバに流入する。
【０１０７】
前述のように、二次低圧ポートは、作動チャンバ１００における圧力が一次低圧バルブがそれ以上閉鎖状態に保持されないレベルまで降下することにより一次低圧バルブが開放されてから一定期間後に開放され、二次低圧ポートは、収縮行程でポンプ運転モードを開始させるためコントローラがオプションで一次低圧バルブを閉鎖させる信号を送る一定期間前に閉鎖される。
【０１０８】
図４は、一次低圧バルブおよび二次低圧ポートの両方がそれぞれ電子制御ポペットバルブおよびクランク軸偏心体の本体により閉鎖され、流体が高圧吐出バルブを通じて高圧マニホルドに排除される、後続の収縮行程中の流体流を示す。二次低圧ポートの開閉は、クランク軸偏心体上のスロットの位置により定義されるように、作動チャンバの容積のサイクルに位相ロックされている。膨張および収縮行程中の作動チャンバの圧力の変化は、図２に示すものに対応している。
【０１０９】
本編成は、いくつかの利点を有する。第１に、膨張行程における作動チャンバの容積が最も急速に増加する部分の間に伸長された作動チャンバの両端から同時に流体を供給することにより、流体がさほど速やかに流れる必要はなく、そのため、作動チャンバに進入する流体の流れ特性が向上する。第２に、各作動チャンバの移動端に、サイクルからサイクルにわたって同じ場所に留まる可能性がある流体溜まりが存在しない。新たに供給される流体が各サイクル中に各ピストンの基部における開口に進入するため、各ピストンの基部が冷却される。さらにその上、遠心力がクランク軸から高圧出口への正味の流体流と同じ方向に作用するため、ポンプの全体的な効率が増加する。
【０１１０】
実施例４
図３および図４の編成は、アクティブ高圧バルブを用い、二次低圧ポートが膨張行程でなく収縮行程中に開放されるように二次低圧ポートの開放の位相を補正するようにクランク軸上のスロットの位置を変更することにより、油圧ラジアルピストンモータとして動作することが可能である。図５は、モータ運転サイクル中の位相ロックされた二次低圧ポートの開閉を示す。この場合、作動チャンバにおける圧力は、流体が一次低圧ポートを通じて低圧マニホルドに排除されている間、位相ロックされた二次低圧ポートの開放により代替の流路が提供されて作動チャンバの圧力が低下するまで上昇する。
【０１１１】
実施例５
第５の例示的実施形態は、流体作動モータ、または異なる動作モードにおいてモータもしくはポンプのいずれかとして動作することが可能な流体作動機械のモータ運転サイクル中の低圧バルブの開放に関する技術的な問題に対応する。
【０１１２】
本実施形態は、高圧バルブの閉鎖後、膨張行程の終了直前に二次低圧ポートが開放されるようにクランク軸上のスロットが位置決めされ、作動チャンバの容積のサイクルに位相ロックされていることを除いて、実施例４の油圧ラジアルピストンモータに対応している。
【０１１３】
流体作動機械の動作に対する本編成の効果を図６に示す。流体作動モータの動作は、膨張行程の最初の部分の間は従来のものである。アクティブ高圧バルブを通じて、加圧流体が高圧マニホルドから作動チャンバに流れ込む。高圧バルブが閉鎖されると、作動チャンバ内の圧力は低下し始めるが、作動チャンバ内の流体は加圧されたままである。高圧バルブの閉鎖後であって下死点の前に、スロットが作動チャンバのピストンの基部と位置合わせされ、二次低圧ポートが形成される。加圧流体は、クランク軸のスロットを介して作動チャンバの内部からクランク軸ケースに逃がされる。従って、作動チャンバ内の圧力は、低圧マニホルドの圧力付近まで急速に降下する。そのため、弱いバネにより開放位置に緩やかに付勢されている低圧バルブは、最小の圧力差のみに抗して受動的に開放される。下死点の直後、スロットはもはやピストンの基部と位置合わせされておらず、そのため、二次低圧ポートは閉鎖される。代替として、低圧バルブは、作動チャンバ内の圧力が十分に低くなったときに開放してもよい。
【０１１４】
スロットは、クランク軸と一体であるため、作動チャンバと周囲のクランク軸ケースとの間の圧力差が相当なものであっても開放させることが可能である。多くの実際のアプリケーションにおいてモータ運転サイクルにおけるこの時点で発生する相当な圧力差に抗して開放可能な電子制御低圧バルブは、かなりのパワーを要求し、および／または、よりゆっくりと開放されよう。さらにその上、二次低圧ポートまたは他の減圧手段を提供することにより、高圧バルブの閉鎖と低圧バルブの開放との間に経過する時間を、そうでない場合よりも少なくすることが可能であり、そうでない場合よりも高圧バルブをより遅く閉鎖し、および／または、低圧バルブをより早く開放することができ、それにより作動チャンバが高圧流体を受け取っておらず低圧マニホルドに流体を放出していない時間が最小化され、それにより流体作動機械のエネルギー効率が増加する。図６に示す例では、二次低圧ポートを用いて加圧流体が放出されなければ、作動チャンバ内の圧力は破線で示す経路をたどり、かかる場合は、低圧マニホルドは開放されないであろう。
【０１１５】
また、少なくとも収縮行程における作動チャンバの容積が最も急速に変化する時点まで二次低圧ポートを開放されたままにすることで、流体が同時に一次低圧バルブと二次低圧ポートとの両方を通じて作動チャンバから低圧マニホルドに流れることを可能にすることも考えられる。
【０１１６】
実施例６
図８に示すさらなる例示的実施形態では、開口１２３がピストンの径方向外方端近くに設けられている。ピストンの開口を含む部分は、シリンダ外に延在して二次低圧ポートを形成し、かかる二次低圧ポートを通じて作動流体を下死点の直前から直後までクランク軸ケースに放出させることが可能である。図９に示す代替の実施形態では、代わりに開口１２４がシリンダの径方向内方端近くに設けられ、二次低圧ポートを形成し、かかる二次低圧ポートを通じて加圧作動流体を下死点の直前から直後までクランク軸ケースに放出させることが可能である。さらなる実施形態では、下死点の直前から直後までの一定期間重なる開口をピストンおよびシリンダの各々に設けることが可能である。
【０１１７】
モータ運転行程中に開放されることで流体作動機械の作動チャンバから流体を逃がすことにより一次低圧バルブの開放を容易にする二次低圧ポートは、無数の方法で実装することが可能であることが当業者には理解されよう。二次低圧ポートの開閉を作動チャンバの容積のサイクルに機械的にリンクさせることには、二次低圧ポートを相当な圧力差に抗して開放させることが可能であるという利点がある。
【０１１８】
図１０を参照すると、本発明の１つの可能性のある実装が流体作動機械においてなされており、かかる流体作動機械は、クランク軸を含み、クランク軸に沿って軸方向に離間された位置に編成された複数のバンクの作動チャンバ（１３０ａ〜１３０ｆおよび１３２ａ〜１３２ｆ）を有し、各バンクは、偏心カム１１６を有する。好ましくは、偏心カムは、互いに異なる位相に編成される。この場合、各クランク軸偏心体（１２２ａおよび１２２ｂ）における周縁スロットを各バンクの作動チャンバについて設けることが可能であり、各クランク軸偏心体における周縁スロットは、クランク軸のいずれの一方側においてもすべての作動チャンバ内に同時に加圧流体を保持することが可能でないように、周縁スロットが存在する偏心体に対して同様の配向で編成することが可能である。加圧された作動チャンバはクランク軸の軸心に対して直交する力を前記クランク軸に付加するため、クランク軸の軸心に対して直交する平面において、クランク軸にかかる最大の潜在的な合力が低下し、クランク軸にかかる正味の力が低下し、動作寿命が潜在的に増加し、振動が低減される。
【０１１９】
本明細書に開示の本発明の範囲内で、さらなる変形および修正を行うことができる。
【図１】
2011524959.tif 000003
【図３】
2011524959.tif 000004
【図４】
2011524959.tif 000005
【図７】
2011524959.tif 000006
【図８】
2011524959.tif 000007
【図９】
2011524959.tif 000008
【図１０】
2011524959.tif 000009
【図２】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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