(57)【要約】電子油圧制御システム（２２）は、ファン（１７）を駆動する油圧ポンプ（３０）に連結された制御弁（２３）の３位置スプール（２４）を付勢するためにソレノイド（２５）を使用することにより、油圧ファン（１７）の速度を管理する。第１位置にて、スプール（２４）は、ポンプ（３０）のデストロークアクチュエータ（３４）への圧力を解放し、ポンプ（３０）を駆動するエンジン（１１）の速度に対応して、オンストロークアクチュエータ（３２）に出力圧力を増加させる。第２位置にて、スプール（２４）は、デストロークアクチュエータ（３４）を隔絶し、ポンプ（３０）の圧力出力を固定する。第３位置にて、スプール（２４）は、デストロークアクチュエータ（３４）をポンプの出力に連結し、ポンプ（３０）の圧力出力の低下を生じさせる。スプール（２４）に連結されたソレノイド（２５）は、スプール（２４）が第２位置となる出力圧力を設定する。
2015529297.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
油圧ファンシステムであって、
可変の変位動作を行う油圧ポンプ（３０）を備え、
前記油圧ポンプ（３０）は、
前記油圧ポンプ（３０）の変位を制御する斜板（３１）と、
排出信号路（２７）と、
前記斜板（３１）に連結され、前進すると前記斜板（３１）の角度を増して前記排出信号路（２７）の圧力を増し、さらに前記排出信号路（２７）に連結されるオンストロークアクチュエータ（３２）と、
前記斜板（３１）に連結され、前進すると前記斜板（３１）の角度を減じて前記排出信号路（２７）の圧力を減じるデストロークアクチュエータ（３４）とを有し、
前記油圧ファンシステムはさらに、前記オンストロークアクチュエータ（３２）、前記デストロークアクチュエータ（３４）、及びタンク（２９）に連結された制御弁（２３）を備え、
前記制御弁（２３）は、
前記排出信号路（２７）の圧力変化に応じることができ、ｉ）第１位置にて、前記デストロークアクチュエータ（３４）を前記タンク（２９）に接続し、ｉｉ）第２位置にて、前記デストロークアクチュエータ（３４）を前記排出信号路（２７）及び前記タンク（２９）の双方から隔絶し、ｉｉｉ）第３位置にて前記デストロークアクチュエータ（３４）を前記排出信号路（２７）に接続するよう動作可能であり、前記第１位置から前記第２位置、前記第３位置へと連続的に移動することにより、前記排出信号路（２７）内の圧力増加に応答するスプール（２４）と、
前記スプールを前記第１位置に向かって付勢するばね（２６）と、
前記ばね（２６）の反対側に配され、前記スプール（２４）を前記第３位置へ向かって付勢する設定可能な力を供給するソレノイド（２５）とを有し、
前記油圧ファンシステムはさらに、ファンブレード（１７）を駆動し、前記油圧ポンプ（３０）に連結され、前記油圧ポンプ（３０）の前記排出信号路（２７）の圧力に対応する速度を有する油圧モータ（１５）を備える油圧ファンシステム。
【請求項２】
前記オンストロークアクチュエータは、前記油圧ポンプを前記排出信号路の圧力を伴わない最大変位状態に配置する付勢ばね（３３）を有する請求項１に記載の油圧ファンシステム。
【請求項３】
前記排出信号路からの圧力に前記デストロークアクチュエータ及び前記オンストロークアクチュエータの双方を露出することによって前記斜板に前記油圧ポンプをデストロークさせるように、前記デストロークアクチュエータのランド面積は、前記オンストロークアクチュエータのランド面積に比して大きい請求項１または２に記載の油圧ファンシステム。
【請求項４】
前記デストロークアクチュエータ及び前記オンストロークアクチュエータの双方が前記排出信号路からの圧力に露出された場合に、前記付勢ばね及び前記オンストロークアクチュエータの力に打ち勝つように、前記デストロークアクチュエータのランド面積は、前記オンストロークアクチュエータの面積に比して十分に大きい請求項１〜３のいずれか１項に記載の油圧ファンシステム。
【請求項５】
前記スプールは、第１スプールランドと第２スプールランドとの間にスプールランド差分面積を有し、結果として、前記排出信号路内の圧力増加に応じて、前記スプールを前記第１位置から前記第３位置に向かう方向に移動させる請求項１〜４のいずれか１項に記載の油圧ファンシステム。
【請求項６】
前記斜板の最大オンストローク角を制限するハードストップ（３６）をさらに備える請求項１〜５のいずれか１項に記載の油圧ファンシステム。
【請求項７】
前記ソレノイドの設定可能な力は、所望の最大油圧ポンプ出力圧力に対応する力に設定される請求項１〜６のいずれか１項に記載の油圧ファンシステム。
【請求項８】
対向するストロークアクチュエータ（３２）（３４）によって制御される斜板角度を有する斜板（３１）を備え、可変変位油圧ポンプ（３０）とともに使用される圧力制御システム（２２）であって、
デストロークアクチュエータ（３４）、オンストロークアクチュエータ（３２）に接続された前記ポンプ（３０）の排出信号路（２７）、及びタンク（２９）に流体接続された制御弁（２３）と、
前記制御弁において、ｉ）第１位置にて、前記デストロークアクチュエータ（３４）を前記タンク（２９）に接続し、ｉｉ）第２位置にて、前記デストロークアクチュエータ（３４）を前記排出信号路（２７）及び前記タンク（２９）の双方から隔絶し、ｉｉｉ）第３位置にて、前記デストロークアクチュエータ（３４）を前記排出信号路（２７）に接続するように制御動作を行うことが可能であり、前記第１位置から前記第２位置、前記第３位置へと連続的に移動することにより、前記排出信号路（２７）内の圧力増加に応答するスプール（２４）と、
前記スプール（２４）を前記第１位置に向かって付勢するばね（２６）と、
前記ばね（２６）の反対側に配され、前記スプール（２４）を前記第３位置へ向かって付勢する力を供給するソレノイド（２５）とを備える圧力制御システム。
【請求項９】
前記ソレノイドの力は、制御可能である請求項８に記載の圧力制御システム。
【請求項１０】
前記ソレノイドの力は、所望の最大油圧ポンプ出力圧力に対応する請求項８または９に記載の圧力制御システム。
【請求項１１】
前記スプールは、第１スプールランドと第２スプールランドとの間にスプールランド差分面積を有し、結果として、前記排出信号路内の圧力増加に応じて、前記スプールを前記第１位置から前記第３位置に向かう方向に移動させる請求項８〜１０のいずれか１項に記載の圧力制御システム。
【請求項１２】
前記排出信号路内の圧力低下により、前記ばねは前記スプールを前記第１位置へと移動させる請求項８〜１１のいずれか１項に記載の圧力制御システム。
【請求項１３】
前記ばねにより前記スプールを前記第１位置へと移動させる、前記排出信号路内の圧力低下は、前記ソレノイドにより供給される前記設定可能な力によって判定される請求項８〜１２のいずれか１項に記載の圧力制御システム。
【請求項１４】
前記スプールを前記第３位置へと付勢する力の損失を生じる前記ソレノイドの不具合により、前記スプールは、前記第１位置へと移動し、前記ポンプに最大圧力を出力させる請求項８〜１３のいずれか１項に記載の圧力制御システム。
【請求項１５】
油圧ファンの作動方法であって、
第１動作モードにおいて、エンジン（１１）の閾値速度までの前記エンジン（１１）の速度と正比例する速さで動作する油圧ファン（１７）を介して、可変的な冷却を行うステップと、
第２動作モードにおいて、前記エンジン（１１）の前記閾値速度を超える任意のエンジン速度に対する固定の速さで動作する前記油圧ファン（１７）を介して、一定的な冷却を行うステップと、
前記エンジン（１１）の前記閾値速度を設定するため、油圧制御弁（２３）に付与するソレノイドの力を調整するステップとを備える方法。
【請求項１６】
斜板（３１）の角度によって設定可能な可変変位出力を有する油圧ポンプ（３０）を、前記エンジンで駆動するステップをさらに備える請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１動作モードにおいて、前記制御弁（２３）のスプール（２４）を第１位置に設定することにより、前記油圧ポンプのデストロークアクチュエータ（３４）を低圧タンクに接続し、オンストロークアクチュエータ（３２）への圧力付与を許可することにより、斜板（３１）の角度を増すことで前記油圧ポンプ（３０）の出力圧力を増加させるステップをさらに備える請求項１５または１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記第２動作モードにおいて、前記制御弁（２３）のスプール（２４）を第２位置に設定することにより、前記油圧ポンプ（３０）のデストロークアクチュエータ（３４）を隔絶し、斜板（３１）の角度を固定することで前記油圧ポンプ（３０）の圧力出力を一定にするステップをさらに備える請求項１５〜１７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
前記第２動作モードにおいて、前記制御弁（２３）のスプール（２４）を第３位置に設定することにより、前記油圧ポンプ（３０）のデストロークアクチュエータ（３４）を前記油圧ポンプ（３０）の出力に接続することで、前記デストロークアクチュエータ（３４）に斜板（３１）の角度を減少させ、前記油圧ポンプ（３０）の出力圧力を低減させるステップをさらに備える請求項１５〜１８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２０】
前記油圧制御弁に付与する前記ソレノイドの力を調整するステップは、前記制御弁に付与される前記ソレノイドの力をゼロに調整することにより、前記エンジンの閾値速度を最高エンジン速度に設定するステップを含む請求項１５〜１９のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、油圧方式全般に係り、特に油圧方式で作動するピストンポンプに係る。
【背景技術】
【０００２】
油圧流体は、有用な作業を行う種々の機械において用いられている。駆動シリンダ又はモータに油圧流体を供給するため、機械には通常１つ又は複数の油圧ポンプが設けられており、機械のエンジンによって駆動される。このようなポンプは、多数の異なる形態で設けることができ、アキシャルピストンポンプがその一般的な例である。アキシャル油圧ピストンポンプでは、中央のバレル又はブロックがモータによって回転駆動される。バレルは複数のシリンダを備え、複数のシリンダは各々、往復運動するピストンを受容する。 各ピストンは、駆動端において、シリンダバレルに対して角度を有して位置づけられた斜板に対して枢動可能且つ滑動可能に係合される。各シリンダの作業端において、各弁板が２つ以上の注入口及び注出口を備えて設けられる。注入位相動作において、油圧流体は弁板の注入口を通じて回転バレルのシリンダ内へと引き込まれる。このシリンダ内への引き込み及びシリンダの充填は、バレルの回転に合わせて発生し、注入口に近接したバレルのピストンは、上死点位置から下死点位置へと移動する。バレルの回転及び注入口のサイズは、ピストンが一旦その下死点位置へと到達すると、シリンダが弁板の注入口と連通しないで回転するような回転及びサイズである。さらにバレルの回転は、ピストンが下死点位置から上死点位置へと移動する際、既に油圧流体を完全に充填したシリンダ内に流体の流れを生じさせる。シリンダは、下死点位置から上死点位置への移動中、上述の実装、作業アーム、及びモータ等の駆動などの有用な作業を行うためにポンプから油圧流体を送達できるように、弁板の注出口と連通するように位置づけられる。
【０００３】
多くの適用例で、油圧ポンプの圧力制御を必要とする。例えば油圧ファン駆動システムでは、これ以上の速度上昇が必要でないか、又は、望ましくないという最高速度までの可変速度を要求することがある。最高速度は、理想的には、環境条件又はその他の条件に基づいて調整ができるように設定できるべきである。
【０００４】
油圧ファン駆動速度の制御を行う適用例において、主に２つの構造がある。第１の構造は、負荷感知信号を生成するため、電子油圧機械圧力制御回路を備えた負荷感知ポンプを用いるポンプ圧力制御であり、第２の構造は、変位制御ポンプである。前者の構造は、本開示と同一の発明者による米国特許出願第２００４／０２６１４０７号に記されており、制御負荷感知制御弁の前後のマージン圧力により、負荷感知圧力＋マージン圧力前後となるようポンプ排出圧を規制する。外部電子制御ループに加え、この制御設計には２つの油圧機械ループと、負荷感知圧力のための圧力制御ループと、ポンプ排出圧のための圧力制御ループとが含まれる。３種の制御ループが結果として、システムを不安定にすることがある。電子油圧機械圧力制御回路はコスト増を招き、制御システムの信頼性を損ね得る。さらに、制御電子機器の不具合を未知の状態のままでシステムを保つような、特別な不具合モードが存在しない。
【０００５】
変位制御ポンプを用いる後者のシステムにおいて、ファン速度は、ポンプ排出圧に関わらず、ポンプの流れによって直接制御される。変位制御ポンプは、ファン駆動トルク（ポンプ排出圧）に対する感度が低いため、エンジンに不要に高い負荷を掛け得る。またファン駆動システムの慣性が大きいため、変位制御ポンプが低いポンプ排出圧に晒され得ることになり、結果として、ポンプ及び／又は関連の油圧システムの他の構成要素に損傷を与え得ることになる。
【発明の概要】
【０００６】
本発明の一例において、油圧ファンシステムを提供する。前記システムは、可変の変位動作を行う油圧ポンプを備えてもよく、前記油圧ポンプは、前記油圧ポンプの変位を制御する斜板と、前記ポンプの排出信号路と、前記斜板に連結され、前進すると前記斜板の角度を増して前記排出信号路の圧力を増すオンストロークアクチュエータとを有してもよい。前記オンストロークアクチュエータはさらに、前記排出信号路に連結されてもよい。前記システムはまた、前記斜板に連結され、前進すると前記斜板の角度を減じて前記排出信号路の圧力を減じるデストロークアクチュエータと、前記オンストロークアクチュエータ、前記油圧ポンプの前記デストロークアクチュエータ、及びタンクに連結された制御弁とを備えてもよい。前記制御弁は、前記排出信号路の圧力変化に応じることができ、ｉ）第１位置にて、前記デストロークアクチュエータを前記タンクに接続し、ｉｉ）第２位置にて、前記デストロークアクチュエータを前記排出信号路及び前記タンクの双方から隔絶し、ｉｉｉ）第３位置にて、前記デストロークアクチュエータを前記排出信号路に接続するよう動作可能なスプールを備えてもよい。前記スプールは、前記第１位置から前記第２位置、前記第３位置へと連続的に移動することにより、前記排出信号路内の圧力増加に応答してもよい。前記制御弁はさらに、前記スプールを前記第１位置に向かって付勢するばねと、前記ばねの反対側に配され、前記スプールを前記第３位置へ向かって付勢する設定可能な力を供給するソレノイドとを有してもよい。最後に、前記システムは、ファンブレードを駆動し、前記油圧ポンプに連結され、前記油圧ポンプの前記排出信号路の圧力に対応する速度を有する油圧モータを備えてもよい。
【０００７】
他の実施形態によると、可変変位油圧ポンプとともに使用される圧力制御システムは、対向するストロークアクチュエータによって制御される斜板角度を有する斜板を備えてもよく、デストロークアクチュエータ、オンストロークアクチュエータに接続された前記ポンプの排出信号路、及びタンクに流体接続された制御弁と、前記制御弁において、ｉ）第１位置にて、前記デストロークアクチュエータを前記タンクに接続し、ｉｉ）第２位置にて、前記デストロークアクチュエータを前記排出信号路及び前記タンクの双方から隔絶し、ｉｉｉ）第３位置にて前記デストロークアクチュエータを前記排出信号路に接続するように制御動作を行うことが可能であり、前記第１位置から前記第２位置、前記第３位置へと連続的に移動することにより、前記排出信号路内の圧力増加に応答するスプールとを有してもよい。前記圧力制御システムはさらに、前記スプールを前記第１位置に向かって付勢するばねと、前記ばねの反対側に配され、前記スプールを前記第３位置へ向かって付勢する力を供給するソレノイドとを備えてもよい。
【０００８】
さらに他の実施形態によると、油圧ファンの作動方法は、第１動作モードにおいて、エンジンの閾値速度までの前記エンジンの速度と正比例する速さで動作する油圧ファンを介して、可変的な冷却を行うステップと、第２動作モードにおいて、前記エンジンの前記閾値速度を超える任意のエンジン速度に対する固定の速さで動作する前記油圧ファンを介して、一定的な冷却を行うステップとを備えてもよい。前記方法はさらに、前記エンジンの前記閾値速度を設定するため、油圧制御弁に付与するソレノイドの力を調整するステップとを備えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】油圧ファン駆動システムの概略図である。
【図２】一例としての実施形態に係る、エンジン速度対油圧ファン速度のグラフである。
【図３】第１状態における圧力制御システムの図である。
【図４】第２状態における圧力制御システムの図である。
【図５】第３状態における圧力制御システムの図である。
【図６】一例としての、圧力制御システムの作動方法のフローチャートである。
【図７】図３の圧力制御システムを用いた油圧ファン駆動の２ポンプ方式の実施形態である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
通常、油圧ファンシステムは、関連のファンを駆動するのに油圧モータを使用する。この環境において、油圧ファンの制御は、駆動ポンプの排出圧の観点から、モータトルク及びファントルクの関数としてモデル化されてもよい。ファンにおけるトルク損失は主に、摩擦トルク損失及びその乱流トルク損失に由来し、摩擦トルクにはクーロン摩擦トルク及び粘性摩擦トルクが含まれる。摩擦トルクは、以下のように表すことができる。
【００１１】
【数１】
2015529297.tif 000003
【００１２】
ここで、ｃcfはクーロン摩擦の定数であり、ｃvdは粘性減衰係数であり、Fはファン速度であり、Ｐpはポンプ排出圧である。摩擦トルクはポンプ排出圧及びファン速度に関連することに留意しなければならない。乱流トルクは、以下の形態である。
【００１３】
【数２】
2015529297.tif 000004
【００１４】
ここで、ｃwdはファンの構造及び幾何学パラメータによって判断される定数である。ファンの駆動トルクは油圧モータに由来し、以下のように算出することができる。
【００１５】
【数３】
2015529297.tif 000005
【００１６】
ここでt,mはモータのトルク効率である。ＪFをファン及びモータの慣性の運動量とすると、ニュートンの法則を使用して、ファンの動的方程式は、
【００１７】
【数４】
2015529297.tif 000006
【００１８】
となり、式（４）を並べ替えると、
【００１９】
【数５】
2015529297.tif 000007
【００２０】
となる。安定的な状態では
【００２１】
【数６】
2015529297.tif 000008
【００２２】
であり、トルクバランスは、
【００２３】
【数７】
2015529297.tif 000009
【００２４】
となる。
【００２５】
式（６）は、ファン速度が、ポンプ排出圧Ｐpのみによって制御可能であることを示している。従ってファン速度の制御は、単にポンプ排出圧の制御まで絞ることができる。
【００２６】
図１は、本開示に係る油圧ファン駆動システム１０の概略図である。エンジン１１は、Eで示されるエンジン速度で動作する。可変変位ポンプ１３は、ＲEの速度で作動されるが、ここでＲはポンプとエンジンとの間の伝達比である。ポンプの変位Ｄpは、以下に詳述する電子油圧（ＥＨ）ポンプ排出圧制御システムによって規制される。Ｄmと示される変位を行う固定変位油圧モータ１５は、油圧ライン１４を介してポンプに接続され、貯蔵容器すなわちタンク１６を備えた油圧回路を形成している。モータ１５がファン１７を駆動する。このファン駆動システム１０は、高レベル動力管理システム（「制御」として図示）によって設定された特定レベルまでの動力消費で、十分な冷却を行うように設計されている。
【００２７】
図２は、一実施形態に係る、エンジン速度からファン速度までの理想マッピング１８を示している。マッピングには２つの領域が含まれている。第１領域１９は、エンジン速度とファン速度との間の比例関係を示している。この線的関係は、結果として、エンジン速度の増加に合わせた冷却力の上昇をもたらす。しかしながら特定の速度を超えると、冷却能力が特定レベルに達した場合、機械的な理由及び空気力学的な理由の双方により、ファンの動力増加を制限することが望ましいことがある。そこで、エンジン速度対ファン速度のマッピングにおける第２領域２０は、エンジン速度とは独立した固定のファン速度を示しており、実際には、エンジン速度がE0を越えた後は必ず一定のファン速度、つまりF0となるようにする。ニーポイント（図の領域２０及び２１に対応する点Ａ又は点Ｂ）の特定の値は、上位のコントローラ（図示せず）によって制御される。つまり、図１において、外部の制御信号に応じてファンの最高速度が規制されてもよい。なぜなら、前述のとおり、ファン速度は、モータ１５の変位が固定的である場合に、油圧ポンプの出力圧力の関数となり、同様に第１領域１９においてはエンジン速度に関連するからである。
【００２８】
前述の式（５）はポンプ排出圧がファン速度と動的に関連し、この２つの変数は式（６）によって表される均衡状態に達することとなる。換言すると、式（５）及び（６）は、ポンプ排出圧を制御することによってファン速度の制御が実施できることを示している。このことに基づき、図４では一例としての制御システム構成を示している。
【００２９】
図３〜５は、圧力の電子油圧制御を実施する図１の可変変位ポンプ１３の一実施形態に係る圧力制御システム２２を示している。
【００３０】
図３を参照すると、圧力制御システム２２は、制御圧力Ｐｃを変化させるため、ポンプ制御アクチュエータチャンバ３５を出入りする流れの測定に３方向スプール２４を使用した制御弁２３を備えてもよい。スプール２４は、第１ランド５０と、これよりも大きい第２ランド５２とを有することができる。ポンプ排出圧のフィードバックは、第１ランドと第２ランドとの間のスプールランドの差分面積△Ａsiにより、スプール２４の作動の一部として使用される。圧力制御システムはまた、システムの均衡状態におけるポンプ排出圧（又は最高ファン速度）を変更するソレノイド２５と、均衡力を付与するばね２６とを備えてもよい。弁スプール２４は、安定状態において、以下の式により均衡を図られる。
【００３１】
【数８】
2015529297.tif 000010
【００３２】
ここでＦsppiはばねに予め付与された力であり、Ｋsprgは均衡ばねのばね定数であり、Ｆsはソレノイドの力であり、ｘはスプールの測定ランド位置であり、△Ａsiは測定ランド５０と圧力フィードバックランド５２との面積差である。スプールの原点（すなわち第１位置）は、図３に示すとおり、スプールが最も左の端部（ソレノイド側）に接触している場合の位置である。ｘ,0をスプールの本来の位置から弁のゼロ位置（図４）への移動距離とすると、Ｆs,maxはファン速度が横ばいとなるソレノイドの最大の力であり、Ｐp,minは最低のポンプ排出圧であり、ばねに予め付与された負荷、ばね定数、及び圧力フィードバックの差分面積は、以下を満たさなければならない。
【００３３】
【数９】
2015529297.tif 000011
【００３４】
一方、一定のファン速度を得るのに必要なソレノイドの最小の力が０である場合、すなわちＦs,min＝０である場合、
【００３５】
【数１０】
2015529297.tif 000012
【００３６】
となる。
【００３７】
式（８）及び（９）より、差分面積は、
【００３８】
【数１１】
2015529297.tif 000013
【００３９】
によって算出することができる。
【００４０】
スプールの差分面積を考慮すると、制御弁は、測定ランド５０及び圧力フィードバックランド５２が適切な面積を有する特定の適用例において、要件を満たすように設計することができる。
【００４１】
一例としての実施形態において、圧力制御システム２２はまた、ポンプ排出ラインすなわち通路２７と、制御ライン２８と、可変ピッチの斜板３１を備えた油圧ポンプ３０と、オンストロークアクチュエータ３２と、オンストローク付勢ばね３３と、デストロークアクチュエータ３４と、ポンプ制御アクチュエータチャンバ３５と、斜板の最大角度を制限することにより、延いてはポンプ３０の最大圧力出力を制限するオンストロークハードストップ３６とを備えてもよい。圧力制御システム２２はまた、ランド５２及び５６を各々包囲する圧力等化通路３８及び３９を備えてもよい。遮断ランド５４は、後述のとおり、圧力をポンプ制御アクチュエータチャンバ３５に転用してもよい。他の実施形態に係る圧力制御システム２２は、ポンプ圧力制御を実現するために実施される機能に影響しない限りにおいて、スプール２４、アクチュエータ３２及び３４等の構成が、図示の一例としての実施形態とは異なって考慮されてもよい。
【００４２】
圧力制御システム２２は、動作を行うに際し、図３に示すように動作を開始してもよい。オンストロークアクチュエータ３２は、付勢ばね３３を用いて、オンストロークハードストップ３６に制限されつつ、斜板３１をその最大位置まで移動させる。スプール２４がその本来の位置にあると、ポンプ制御アクチュエータチャンバ３５はタンク２９と連結される。この位置において斜板３１が最大角度に設定され、ポンプは、特定のエンジン速度に対して、ポンプ排出信号路２７で最大圧力を発生させる。結果として、ポンプの出力圧力は線形領域に収まり、ポンプに連結された油圧ファンは図２に示す線形領域１９内で動作することとなる。エンジン速度が増すに連れて、ポンプ出力圧力は増し、ソレノイド２５の力に呼応するランド５０及び５２の差分面積により、スプール２４をソレノイドから離間して右側に移動させる。
【００４３】
図４は、この動きの結果として得られるスプール２４のゼロ位置、すなわち第２の位置を示している。この位置において、ポンプ制御アクチュエータチャンバ３５は、排出信号路２７及びタンク２９の双方から隔絶され、デストロークアクチュエータ３４を適切な位置に固定する。この位置により、斜板３１がさらに動くのを防ぐ。従ってポンプ３０の圧力は、特定のエンジン速度に対して固定される。
【００４４】
図５を参照すると、スプール２４が、排出信号路２７内の圧力増加によりさらに本来の位置から離間し、図４に示したゼロ位置を越えて移動した結果として、第３の位置にある様子が示されている。圧力増加は、例えば、斜板角度の変化を発生させるポンプ制御アクチュエータチャンバ３５の漏れ等、他の要素が影響することもあるが、主にエンジン速度の上昇の結果として起こる。制御弁２３は、スプール２４がこの第３の位置にある状態で、排出信号路２７を制御ライン２８に接続し、ポンプ制御アクチュエータチャンバ３５内の圧力を上昇させる。結果として、デストロークアクチュエータ３４が斜板３１の角度を小さくすることにより、ポンプの出力圧力の低減をもたらす。最終的に、この負のフィードバックにより排出信号路２７内の圧力を減少させ、スプール２４を図４に示すゼロ位置に戻すこととなる。
【００４５】
これに対応して、エンジン速度が下降すると、出力圧力は下がり、スプール２４は図３に示す第１位置へと移動し、ポンプ圧力はハードストップ３６によって判定された最大出力に達するまで、又は、スプールが駆動されて図４のゼロ位置に戻されるまで上昇することとなる。
【００４６】
この負のフィードバックシステムは上述のとおり有用であるが、ソレノイド２５に付与される力を調整することにより動作の線形速度領域と一定速度領域との間にニー（例えば図２の点Ａ）を設定するさらなる能力により、柔軟性を増すことができる。周知のとおり、ソレノイドコイルの電流増加により、ソレノイド軸３７の圧力出力が増加する。ソレノイド圧力を変化させることにより、スプール２４をゼロ位置に移動させるのに要するポンプ圧力は変化する。
【００４７】
従って、圧力制御システム２２が可変のポンプ圧力及びファン速度を有する第１動作モードから、エンジン速度と独立した一定のポンプ圧力及びファン速度を有する第２動作モードへ変化するエンジンの閾値速度は、ソレノイドの電流を調整することによって電気的に制御されてもよい。これにより、機械全体の動作に影響を及ぼす種々の因子に、本実施形態の場合には、ファン速度及び冷却能力への影響を持たせることができる。従ってファン速度と、延いては冷却能力とは、観察又は測定した因子に基づいて設定可能である。例えば、非常に温度の低い環境では、冷却の要求も減るため、エンジンの動力はファンから転用されて機械の他の領域に付与されてもよい。あるいは他の例によると、機械への負荷が非常に大きい場合、冷却の要求も増し、最高ファン速度を上昇させる必要がある。
【００４８】
図６は、圧力制御システムで油圧ファンを作動する方法６０のフローチャートである。ブロック６２において、エンジン１１は、斜板３１の角度によって設定可能な可変の変位出力を有する油圧ポンプ３０を駆動する。油圧ポンプ３０は、可変的に変位する油圧ポンプ３０の出力圧力に応じた速度で、油圧ファン１７を駆動し、油圧ポンプの速度はエンジン１１の速度の一次関数となる。
【００４９】
ブロック６４において、圧力制御弁のスプールを付勢する力を設定するソレノイドの電流を定める。ブロック６６において、油圧ファン１７は、第１モードにて、エンジン１１の閾値速度までのエンジン１１の速度と正比例する速さで可変的な冷却を行うために作動される。第１動作モードでは、制御弁２３のスプール２４は第１位置に設定され、油圧ポンプのデストロークアクチュエータ３４を低圧タンク２９に接続する。さらに、スプール２４が第１位置にある場合、斜板の角度を増すようにオンストロークアクチュエータに圧力を付与することが許容され、油圧ポンプの出力圧力の上昇を発生させる。従って、エンジン速度の変化はポンプ３０の速度に影響を及ぼし、ポンプ３０の出力圧力に比例的変化を発生させる。油圧ファンの速度はポンプ圧力の一次関数であるため、第１モードで動作する際、ファンによる冷却はエンジン速度と比例する。
【００５０】
制御弁に付与するソレノイドの力をゼロに調整することにより、エンジンの閾値速度を最高エンジン速度に設定する。つまり、ソレノイドの力をゼロに設定すること、すなわちソレノイド２５またはその駆動回路の不具合により、最大圧力へのいかなる制限も取り除くこととなり、最大圧力と、一例としての実施形態においては最大ファン速度との安全モードが可能になる。
【００５１】
ブロック６８において、ポンプ３０における圧力変化が、上述の式（７）によって測定される。ポンプの出力圧力が設定レベルである場合、「はい」の分岐を選択してブロック６８からブロック７０に進んでもよい。ブロック７０では、第２動作モードにて、制御弁２３のスプール２４が第２位置へと設定され、油圧ポンプ３０のデストロークアクチュエータ３４を隔絶し、斜板の角度を固定して油圧ポンプ３０の圧力出力を一定にする。閾値速度設定を超える、特定のエンジン速度に対する固定の速さで動作する油圧ファン１７によって、一定の冷却が行われる。
【００５２】
ブロック６８に戻り、ポンプの出力における圧力増加が検出された場合、例えばエンジン速度が上昇している場合、ブロック６８から「過剰に高い」の分岐を選択してブロック７２へと進んでもよい。依然として第２動作モードで動作し、制御弁２３のスプール２４は第３位置に設定されて、油圧ポンプ３０のデストロークアクチュエータ３４を排出信号路２７、すなわち、油圧ポンプの出力に接続することにより、デストロークアクチュエータ３４に斜板３１の角度を減少させ、油圧ポンプ３０の出力圧力を低減させる。ファンによる冷却は、デストロークアクチュエータ３４の負の圧力フィードバックによってスプール２４がゼロ位置（図４参照）へと戻される際、実質一定に維持される。
【００５３】
図７は、図１の設計と同様の２ポンプ構成を示している。図７には、変速機６２を介して可変変位ポンプ６４を駆動するエンジン６０を示している。可変変位ポンプ６４の速度は、エンジン速度と変速機６２の変速比「Ｒ」との関数である。ポンプ６４の圧力は、可変制御６６として示す上述の斜板の制御によって制御されてもよい。油圧ライン６８は、容器７０から、調整可能な斜板として具体化されてもよい可変制御７４で示される可変変位モータ７２へ、油圧流体を送達してもよい。そしてファン７６の速度は、油圧ライン６８を介して送達される圧力と、可変変位モータ７２の出力動力変換との双方の関数である。所望の冷却効果を得るため、コントローラ７８を使用して、ポンプ６４とモータ７２とを選択的に調整してもよい。このような適用例において、油圧ライン６８は、追加のファン（図示せず）又は他の油圧駆動装置に供給を行ってもよい。このような構成により、追加の装置には最低限要求される圧力を送達することができ、ファン７６は依然として所望のレベルの冷却を行うことができる。全動力が他の負荷に転用されるような状況では、ポンプ６４は、ファン７６と追加の装置との双方を遮断するようにしてもよい。
【００５４】
従来のシステムと比較すると、本設計は、安定的、低コスト、且つ信頼性の高いソリューションを提供するものである。上述の図７に示した、より複雑な２ポンプ構成であっても、本開示のシステム及び方法を使用することにより、ポンプの圧力は単一の斜板によって制御され、ポンプの変位は他の斜板によって制御されてもよい。制御変数が独立しているため、システムの安定性を損なうことなく、圧力制御と変位制御とを直接使用することができる。
【００５５】
以上に述べた構成は、最大出力圧力又は最高速度での安全動作が要求される適用例において使用されてもよい。以上のように、ソレノイドへの動力供給が中断されると、ランド５０及び５２の間の適正なランド差分面積により、スプール２４を第１位置へと駆動し、いかなるエンジン速度であってもポンプ３０が完全な変位を行って動作するようにする。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本開示は、最大ポンプ出力圧力を可変に設定するために電子油圧制御を使用した油圧ポンプ圧力制御システム全般を説明している。種々の油圧動作装備は、本システム及び方法により、油圧の負のフィードバックが使用可能となり、最大圧力が設定可能となることによる利点を活用してもよい。一例としての実施形態において、ファン制御システムは、周囲温度、生成熱、ファンのノイズ、ファンの動力等の因子に基づき、システムの要求に見合うように冷却動作を調整する能力を提供する。この能力は特に、土工装備、トラクタ、ローダー等の重機に適用することができる。
【００５７】
油圧ポンプ圧力制御システムにより、従来のシステムの多数の圧力感知制御ループをなくし、結果としてより安定的なシステムが得られる。
【００５８】
他の実施形態によると、一定の最大出力が設定可能であることが求められる油圧動作機構において、特にポンプ速度が大幅に変化する場合、上述のシステム及び方法から利点を活用してもよい。
【００５９】
さらに他の実施形態において、最大圧力又は最大速度の安全モードを必要とするあらゆるシステムにおいて、本システム及び方法を使用してもよい。ソレノイド又はソレノイドを作動する電気システムに不具合が生じた場合、圧力制御システムは第１モードで動作し、斜板を最大角度に維持することによって、ポンプの出力において利用可能な最大圧力を供給し、これに応じてファン等の実装を最高速度にする。
【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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【国際調査報告】
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