(57)【要約】　　　（修正有）【課題】非フィ−ドバック比例制御式の油圧ポンプに、容積フィ−ドバック制御式の制御を可能にし、油圧ポンプを効率的に制御する。【解決手段】非フィードバック比例制御式の油圧ポンプは、所定のパラメータにより、油圧伝動装置を、容積フィードバック制御式で制御でき、所望の動作特性が得られる。上述したパラメータは、１）サーボスプリングレート２）バルブ板インデックス３）バルブ板クロスポート／トラップ４）バルブ板ポート形状５）回転斜板オフセット量６）ピストン／孔容積部である。【選択図】　　　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非フィードバック比例制御式の油圧ポンプに、容積フィードバック制御式の制御を可能とさせる方法であって、
旋回式の回転斜板と係合するピストンを有する回転可能なピストン群を油圧ポンプに設け、油圧ポンプに、回転力を油圧ポンプに与えると、回転斜板に与えられるトルクに影響するように、回転斜板に機械的に連結された入力シャフト及びサーボピストンを設け、中立位置戻りスプリングを回転斜板及び油圧ポンプのハウジングに連結し、
ピストン群のピストンと圧力及び戻り流路との間の流体の流れを制御するバルブ板を設け、
バルブ板に、その中心及びピストン群の軸線に対して、半径方向に一定距離離れ、同心円上で延びる複数の細長い弓形のスロットを設け、各スロットの対向する端部に細長いノッチを設け、ノッチは、端部から離れて延び、底部から上方へ延びる側壁を有する底部を有し、
約−１．５°〜−０．５°のバルブ板インデックスをバルブ板に設け、バルブ板インデックスは、作動すると、完全な後退位置または延び位置に移動するピストン群のピストンの圧力遷移領域の位置として定められ、
ピストン群のピストンと連通する流入ポート及び流出ポートを有するピストン群のためのピストンポートをシリンダブロックに設け、
約３°〜９°のバルブ板クロスポートを設け、バルブ板クロスポートは、回転角度量として定められ、その間では、シリンダブロックのピストンのポートが、流入ポート及び流出ポートに同時に連結され、
回転斜板をピストン群の回転軸と平行な第１の方向で、−０．０３８〜＋０．０３８ｃｍだけずらして保持し、
回転斜板をピストンの軸線と直交する第２の方向で、−０．１５２〜＋０．１５２ｃｍだけずらして保持し、
ピストンの上死点と下死点におけるピストン孔における流体の容積比を、０．５３〜０．７３に保持し、
中立位置戻りスプリングのサーボスプリングレートを、約８３．３〜１１８．７ｋｇ／ｃｍに調節し、
それにより、伝動装置が動作している時の回転斜板の角度位置の依存性の影響が５０％以下となるとともに、入力信号による影響が５０％よりも大きくなり、伝動装置の動作範囲にわたって、速度、圧力及び回転斜板角度を確実に安定させる方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、油圧ポンプを制御する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
容積フィードバック制御装置（ＤＦＣ）及び非フィードバック比例制御装置（ＮＦＰ）は、軸向きピストンを有する油圧ポンプに用いられている。
【０００３】
制御ブロック図Ａ及びＢには、ＤＦＣとＮＦＰとの基本的な相異を示してある。
【０００４】
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【０００５】
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【０００６】
ポンプを制御するには、油圧ポンプの回転斜板の位置を制御する必要がある。ＤＦＣでは、回転斜板の位置は、入力信号、手動、電気または油圧のみの関数となっている。
【０００７】
ＤＦＣは、機械的なフィードバック接続により、入力信号に比例して、サーボピストン及び回転斜板の位置を制御する。ＮＦＰでは、回転斜板位置は、入力信号と、ポンプへの入力速度、ポンプの動作圧及び回転斜板角度に基づいて回転斜板にかかるモーメントとの関数となっている。
【０００８】
ＤＦＣは、いくつかの機能的利点を有しているが、製造コストが高い。ＮＦＰは安価であるが、伝動装置により駆動される車両の乗り心地が柔らかくなるとともに、低性能の非失速装置と同様の固有の特性を有している。
【０００９】
しかしながら、ある種の車両、すなわち、定速度（すなわち、一定の回転斜板位置）、能動的パフォーマンス、車両の負荷から独立した反応性を要求する車両や、エンジン速度を検出するマイクロプロセッサベースの非失速装置を用いる車両では、上述した特性は欠点となる。また、ＮＦＰは、フィードバック機構による補償がないために、ＤＦＣよりも不安定である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、油圧ポンプを効率的に制御できるＮＦＰを提供することにある。
【００１１】
より詳しく言うと、本発明の目的は、ＤＦＣとほぼ同じように油圧伝動装置を制御できる、所望の動作特性で動作するＮＦＰを提供することにある。
【００１２】
これらの目的及びその他の目的は、以下の説明により、当業者に明らかになると思う。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、非フィードバック比例制御式の油圧ポンプに、容積フィードバック制御式の制御を可能とさせる方法であって、旋回式の回転斜板と係合するピストンを有する回転可能なピストン群を油圧ポンプに設け、油圧ポンプに、回転力を油圧ポンプに与えると、回転斜板に与えられるトルクに影響するように、回転斜板に機械的に連結された入力シャフト及びサーボピストンを設け、中立位置戻りスプリングを回転斜板及び油圧ポンプのハウジングに連結し、ピストン群のピストンと圧力及び戻り流路との間の流体の流れを制御するバルブ板を設け、バルブ板に、その中心及びピストン群の軸線に対して、半径方向に一定間隔で離れ、同心円上で延びる複数の細長い弓形のスロットをバルブ板に設け、各スロットの対向する端部に細長いノッチを設け、ノッチは、端部から離れて延び、底部から上方へ延びる側壁を有する底部を有し、約−１．５°〜−０．５°のバルブ板インデックスをバルブ板に設け、バルブ板インデックスは、作動すると、完全な後退位置または延び位置、すなわち上死点または下死点に移動するピストン群のピストンの圧力遷移領域の位置として定められ、ピストンと連通する流入ポート及び流出ポートを有するピストン群のためのピストンポートをシリンダブロックに設け、約３°〜９°のバルブ板クロスポートを設け、バルブ板クロスポートは、回転角度量として定められ、その間では、シリンダブロックのピストンのポートが、流入ポート及び流出ポートに同時に連結され、回転斜板をピストン群の回転軸と平行な第１の方向で、−０．０３８〜＋０．０３８ｃｍだけずらして保持し、回転斜板をピストンの軸線と直交する第２の方向で、−０．１５２〜＋０．１５２ｃｍだけずらして保持し、移動するピストンの上死点と下死点とにおけるピストン孔における流体の容積比を０．５３〜０．７３に保持し、中立位置戻りスプリングのサーボスプリングレートを、約８３．３〜１１８．７ｋｇ／ｃｍに調節し、それにより、伝動装置が動作している時の回転斜板の角度位置の依存性の影響が５０％以下となるとともに、入力信号による影響が５０％よりも大きくなり、伝動装置の動作範囲にわたって、速度、圧力及び回転斜板角度を確実に安定させる方法を提供している。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の目的は、制御トルク曲線の傾斜及び分離を、速度、装置圧及び回転斜板角度の関数として制御することである。この方法は、（１）非入力信号のパラメータ（すなわち装置圧及び速度）に対する回転斜板角度の依存性を小さくし、（２）入力信号に対する回転斜板角度の依存性を大とし、（３）車両の動作範囲にわたって、速度、圧力及び回転斜板角度を安定させ、（４）ステップ（１）〜（３）とともに、回転斜板の振動及びノイズを低減させることを含んでいる。
【００１５】
上述した目的は、公知の複数の制御項目を組み合わせて、いくつかまたは全ての項目を所定のパラメータとして用いることにより達成される。後述するように、制御装置は、ＤＦＣとほぼ同じように、油圧伝動装置を制御できるようになる。
【００１６】
図１に示すように、小型トラクタのような車両に用いられる油圧伝動装置（１０）は、平行でずれている入力シャフト（１４）及び出力シャフト（１６）を有するＺ型のハウジング（１２）を有している。
【００１７】
図２からわかるように、ハウジング（１２）は、油圧ポンプ（２４）を油圧モータ（２６）に流体接続する流体路（２０）（２２）を内部に有する中央部（１８）を備えている。従来のものと同じように、入力シャフト（１４）は油圧ポンプ（２４）に連結され、出力シャフト（１６）は油圧モータ（２６）に作動的に連結されている。
【００１８】
油圧ポンプ（２４）は、バルブ板（３０）に取り付けられた公知の回転するピストン群（２８）を有し、ピストン群（２８）は、複数の往復ピストン（３２）を備えている。往復ピストン（３２）の「外側」端は、トラニオン（図示しない）に旋回可能に取り付けられた回転斜板（３４）の平面に、公知の要領で係合している。
【００１９】
流体路（２０）（２２）からの流体は、バルブ板（３０）のポートを流れ、油圧ポンプ（２４）と油圧モータ（２６）とは流体接続される。入力シャフト（１４）は、回転斜板（３４）に設けられた孔（図示しない）に遊嵌されている。回転斜板（３４）の角度により、出力シャフト（１６）のモードが設定される。
【００２０】
中立位置では、油圧ポンプ（２４）と油圧モータ（２６）との間にある流体路（２０）（２２）に、流体は流れない。中立位置以外の位置では、出力シャフト（１６）は、図２に示すように、前方（Ｆ）または後方（Ｒ）に回転する。図２には、前方（Ｆ）及び後方（Ｒ）と対応する回転斜板（３４）の角度位置を示してある。
【００２１】
バルブ（３６）への入力信号は、公知の要領で、回転斜板（３４）に接続されたサーボピストンにより発生される。図２において、バルブ（３６）内のピストンの移動方向を矢印で示し、出力シャフト（１６）は、前方（Ｆ）または後方（Ｒ）へ回転する。本発明は、回転斜板（３４）の位置を制御するものである。
【００２２】
上述した制御は、（１）サーボスプリングレート（２）バルブ板インデックス（３）バルブ板クロスポート／トラップ（４）バルブ板ポート形状（５）回転斜板オフセット量及び（６）ピストン／孔の容積部に基づいてなされる。次に、各項目について説明する。
【００２３】
サーボスプリングレート：図３は、回転斜板（３４）に作用する制御力を示す概略図である。符号（３８）は、回転斜板（３４）とハウジング（１２）との間に設けられたサーボスプリングである。各サーボスプリング（３８）は、物理的構造を示すスプリングレートを有している。本発明では、サーボスプリング（３８）のスプリングレートは、８３．３〜１１８．７ｋｇ／ｃｍ（４７０〜６７０ポンド／インチ）の範囲に設定されている。
【００２４】
バルブ（３６）のサーボピストン（図示しない）、及びサーボスプリング（３８）が移動した所定の距離に基づいて、サーボスプリングレートにより、回転斜板（３４）に異なる負荷／トルクがかけられる。サーボスプリングレートが増加すると、要求された制御トルクを平均化するピストン孔の圧力（後述する）の影響が低下し、それにより、圧力依存性が低下する。サーボスプリングレートは、圧力の違いに優先する。また、サーボスプリングレートは、回転斜板（３４）の低角度と高角度との間の所望の制御トルクの分解能を得るために重要である。
【００２５】
図３に示すように、サーボスプリング（３８）は、矢印（３９）の方向に作用する。図４には、サーボスプリング（３８）の詳細を示してある。図３からわかるように、サーボスプリング（３８）は、回転斜板（３４）を図２の中立位置に戻すように作用する。
【００２６】
このように、サーボスプリング（３８）は、回転斜板（３４）に作用する入力信号の一部をなしている。ここで設定される他の基準では、本発明を好適に利用するために、サーボスプリング（３８）のサーボスプリングレートを、上述した範囲に保つことが重要である。
【００２７】
図３の矢印（Ｔ１）〜（Ｔ４）を、次のように定義する。
Ｔ１：トラニオン周りの全トルク
Ｔ２：トラニオン周りの圧力モーメント
Ｔ３：トラニオン周りの慣性モーメント
Ｔ４：トラニオン周りの中立位置戻りスプリングモーメント
【００２８】
バルブ板：バルブ板（３０）は、バルブ板インデックス、バルブ板クロスポート／トラップ及びバルブ板ポート形状に関連している。次に、これらの各項目について説明する。
【００２９】
バルブ板インデックス：上述したように、バルブ板（３０）は、中央部（１８）に隣接して位置し、かつ、中央部（１８）の流体路（２０）（２２）と連通している。それにより、中央部（１８）と対向するバルブ板（３０）の側に回転可能に取り付けられたピストン群（２８）に設けられた往復ピストンのシリンダ孔に対して、加圧流体が流入または流出する。
【００３０】
図５〜図１０には、バルブ板（３０）を示してある。バルブ板（３０）は円形であり、入力シャフト（１４）が遊嵌される中央孔（４０）を有している。複数の弓形ポート（４３）が、中央孔（４０）と同軸円の周りで離間して設けられている。弓形ポート（４３）は、ランド部（４７）により分離されている。
【００３１】
図７、図８及び図９は、弓形ポート（４３）の流体の流入端（５４）の詳細な図である。Ｖ形状の断面（図９）を有するテーパー状の傾斜部（５６）（図７及び図８）が、弓形ポート（４３）に隣接している。傾斜部（５６）の基端（５８）は、弓形ポート（４３）の流入端（５４）と連通している（図８）。傾斜部（５６）は、弓形ポート（４３）へ向かって低くなるにつれて幅広となっている（図７）。
【００３２】
傾斜部（５６）の代わりに、底部及び側壁を有する矩形のノッチを用いることもできる。流入端（５４）と対向する弓形ポート（４３）の先端部には、流入端（５４）と同様の流出端が設けられている。
【００３３】
図１０に示すように、バルブ板インデックスは、ＴＤＣ（上死点）及びＢＤＣ（下死点）位置に関する予圧及び減圧のタイミングを制御するものである。バルブ板インデックスは、公知のように、
バルブ板インデックス＝（αＬｅａｄ−αＴｒａｉｌ）／２
により定義される。
【００３４】
バルブ板インデックスの範囲は、往復ピストン（３２）が完全に後退したり（下死点）、完全に係合したりする（上死点）回転位置に関し、ピストン群（２８）の往復ピストン（３２）の圧力遷移領域である。バルブ板インデックスは、シリンダブロックの正の回転方向として定義される。正のバルブ板インデックスは、中立位置へ戻るトルクを増加させ、負のバルブ板インデックスは、中立位置へ戻るトルクを減少させる。
【００３５】
バルブ板インデックスは、入力速度に対する制御トルクの依存性に影響する。また、バルブ板インデックスは、バルブ板クロスポート、ポート形状及びＸ方向のオフセット量（後述する）に依存し、ストローク減圧トルクに影響するので、本発明におけるバルブ板インデックスの値は、約−０．８７°であり、−１．５°〜−０．５°の範囲内であるのが好ましい。
【００３６】
バルブ板クロスポート／トラップ：バルブ板クロスポートは、回転角度量として定義されており、その間では、シリンダブロックのピストンのポート（６０）（６２）（図１１）が、流入ポート（６４）及び流出ポート（６６）（図１２）に同時に連結される。バルブ板トラップでは、シリンダブロックのピストンのポート（６０）（６２）がブロックされ、流入ポート（６４）及び流出ポート（６６）と連結されなくなる。
【００３７】
本発明の作動中には、ポート（６０）（６２）（図１１）、流入及び流出ポート（６４）（６６）（図１２）及び弓形ポート（４３）（図５）は、同時に整列する。
【００３８】
バルブ板クロスポート／トラップは、入力速度及び装置圧に関連する制御トルクの依存性と、回転斜板（３４）の振動によるノイズとに影響し、特に、平均制御トルクに関連するピストン孔の圧力上昇率に影響する。
【００３９】
ポート形状がこのようであり、角度が６°であるクロスポートが作動すると、ピストン孔の圧力特性は急激となり、平均制御トルクに対する圧力の影響が低下する。クロスポートの角度範囲は、３°〜９°となっている。
【００４０】
バルブ板ポート形状：バルブ板のポートの形状は、バルブ板インデックスに関して、図５〜図１０、特に図７〜図９を参照して述べた通りである。
【００４１】
バルブ板のポートの形状は、流入端（５４）の断面領域（図９）、流入及び流出ポート（６４）（６６）（図１２）、及びノイズに影響する流入ポート（６４）から流出ポート（６６）へのピストン孔の圧力上昇率（後述する）に影響する。
【００４２】
バルブ板のポートの形状は、バルブ板インデックス及びバルブ板クロスポート／トラップと相互作用し、装置圧、入力速度及び回転斜板角度に関連する制御トルクの依存性に影響する。上述のようなポート形状とすることにより、流入領域が大きくなる。それにより、ピストン孔の圧力上昇率は増し、平均制御トルクに対する圧力が低下する。
【００４３】
回転斜板のオフセット量：「Ｘ」方向における回転斜板（３４）のオフセット量（後述する）は、トラニオンの回転中心と、トルク発生力の分解能点（スイートスポット）との間の距離のことである。図１３を参照されたい。
【００４４】
回転斜板（３４）のオフセット量は、低角度と高角度との制御トルクを分離し、回転斜板（３４）の角度、装置圧及び速度に依存している。このオフセット量は、−０．０３８〜＋０．０３８ｃｍ（−０．０１５〜＋０．０１５インチ）の範囲となっている。
【００４５】
「Ｙ」方向のオフセット量（後述する）は、−０．１５２〜＋０．１５２ｃｍ（−０．０６０〜＋０．０６０インチ）の範囲となっている（図１３）。
【００４６】
図１３に示すように、「Ｘ」方向のオフセット量は、往復ピストン（３２）の軸と平行な方向となっている。「Ｙ」方向のオフセット量は、往復ピストン（３２）の軸と直交する方向となっている。
【００４７】
ピストン／孔の容積部：ポンプのピストン／孔の容積部は、ポンプサイクル中に、ピストン孔内で加圧または減圧されるべきオイル量により定められる。シリンダブロックの孔とピストンとのピストン／孔の容積部は、流入ポート（６４）から流出ポート（６６）へのピストン孔の圧力上昇率に影響し、従って、速度、圧力及び角度に関連する制御トルクの分離に影響する。
【００４８】
図１４は、ＴＤＣ位置にある往復ピストン（３２）と、ピストン群（２８）のブロック（７０）に形成されたピストン孔（６８）とを示している。往復ピストン（３２）がＴＤＣ位置にある時、ピストン孔（６８）内には容積部（７２）が形成される。
【００４９】
図１５は、ＢＤＣ位置にある往復ピストン（３２）を示し、ピストン孔（６８）内には容積部（７２Ａ）が形成されている。図１４の容積部（７２）は、図１５の容積部（７２Ａ）よりも小さくなっている。
【００５０】
ＴＤＣ位置とＢＤＣ位置とにおけるピストン孔の容積部（すなわち（７２）（７２Ａ））の比率は、０．５３〜０．７３となっている。点線（７６）は、往復ピストン（３２）（及び回転斜板（３４））が往復ピストン（３２）の「中立」容積を示す中立位置にある時の、往復ピストン（３２）の端（７８）の位置を示している。
【００５１】
従来、制御装置において、上述した各項目は用いられていたが、本発明のように組み合わされたパラメータとしては用いられてはいなかった。これらのパラメータに用いられる上述した項目により、本発明の目的が達成され、伝動装置が動作している時の、回転斜板の角度位置の依存性の影響は５０％以下となるとともに、入力信号による影響は５０％より大きくなり、速度、圧力及び回転斜板角度の作動遷移範囲での安定性が増加する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用可能な油圧伝動装置の斜視図である。
【図２】図１の油圧伝動装置の前方、中立及び後退モード時の断面図である。
【図３】回転斜板に作用する制御力を示す図である。
【図４】サーボスプリングの移動を示す図である。
【図５】バルブ板の平面図である。
【図６】図５の６−６線部分平面図である。
【図７】バルブ板の溝に設けられた流体路の部分平面図である。
【図８】図７の８−８線断面図である。
【図９】図８の９−９線断面図である。
【図１０】バルブ板インデックスを示す図である。
【図１１】流入圧力及び出力圧力がかけられる時のピストン位置を示す底面図である。
【図１２】流入ポート及び流出ポートを示すピストン群の底面斜視図である。
【図１３】回転斜板のトラニオンの旋回軸からずらされた旋回点を有する回転斜板にかかる入力信号を示す図である。
【図１４】ピストン群のピストンが上死点位置にある時の拡大断面図である。
【図１５】ピストン群のピストンが下死点位置にある時の拡大断面図である。
【符号の説明】
１０　　　伝動装置
１２　　　ハウジング
１４　　　入力シャフト
１６　　　出力シャフト
１８　　　中央部
２０、２２　流体路
２４　　　油圧ポンプ
２６　　　油圧モータ
２８　　　ピストン群
３０　　　バルブ板
３２　　　往復ピストン
３４　　　回転斜板
３６　　　バルブ
３８　　　サーボスプリング
３９　　　矢印
４０　　　中央孔
４３　　　弓形ポート
４７　　　ランド部
５４　　　流入端
５６　　　傾斜部
５８　　　基端
６０、６２　ポート
６４　　　流入ポート
６６　　　流出ポート
６８　　　ピストン孔
７０　　　ブロック
７２、７２Ａ　容積部
７６　　　点線
７８　　　端
【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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【図１２】
2004100692.tif 000016
【図１３】
2004100692.tif 000017
【図１４】
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【図１５】
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