JP2021050704A - Fluid operation machine and vehicle having fluid operation machine - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、流体作動機械のバルブタイミングの制御に関する。 The present disclosure relates to the control of valve timing of a fluid actuating machine.
従来の流体作動機械は、例えば、軸回転に連動し並進運動するピストンと、ピストンの並進運動によって容積変化を伴うシリンダ室と、シリンダ室と低圧ポートとの連通を制御する低圧バルブと、シリンダ室と高圧ポートとの連通を制御する高圧バルブと、低圧バルブの閉鎖を行うための磁性体のアーマチャを含む機構とソレノイドを含むバルブユニットと、低圧バルブの開閉のためソレノイドへの通電の制御を行う制御部を備えていた。制御部は高圧バルブ及び低圧バルブの開閉のタイミングが、流体特性の全範囲にわたって正しい動作が達成されることを確実にするために、常に控えめなタイミングでソレノイドへの通電を行っていた。ポンピング動作を行う際に、シリンダ室と高圧ポートを連通させるときは、圧縮行程でソレノイドへ通電を行い、アーマチャが動くことで低圧バルブを閉鎖し、上死点に向かうにつれて生じるシリンダ内部の内圧の上昇に伴い高圧バルブが開くことでシリンダ室と高圧ポートを連通していた。 Conventional fluid-operated machines include, for example, a piston that translates in conjunction with shaft rotation, a cylinder chamber that changes in volume due to the translational motion of the piston, a low-pressure valve that controls communication between the cylinder chamber and the low-pressure port, and a cylinder chamber. A high-pressure valve that controls communication between the low-pressure valve and the high-pressure port, a valve unit that includes a mechanism and a solenoid that includes a magnetic armor for closing the low-pressure valve, and a control that energizes the solenoid to open and close the low-pressure valve. It was equipped with a control unit. The control unit always energized the solenoid at a conservative timing to ensure that the timing of opening and closing the high pressure valve and the low pressure valve ensured that correct operation was achieved over the entire range of fluid characteristics. When connecting the cylinder chamber and the high-pressure port during pumping operation, the solenoid is energized during the compression stroke, the low-pressure valve is closed by the movement of the armature, and the internal pressure inside the cylinder that occurs as it approaches top dead center. The high-pressure valve opened as it rose, connecting the cylinder chamber and the high-pressure port.
流体作動機械は、ポンプモータとも呼ばれ、ポンピング（ポンプ）動作とモータリング（モータ）動作の２つの動作モードを持つ。モータリング動作時は、流体作動機械は、高圧バルブを通して提供される流体の圧力をシリンダ、ピストン、カムなどを介して、機械的な回転運動に変換し、逆に、ポンピング動作時は、流体作動機械は、機械的な回転運動をカム、ピストン、シリンダなどを介して、流体の圧力に変換させる。 A fluid-operated machine, also called a pump motor, has two operation modes, pumping (pump) operation and motoring (motor) operation. During motoring operation, the fluid actuating machine converts the pressure of the fluid provided through the high pressure valve into mechanical rotational motion via cylinders, pistons, cams, etc., and conversely, during pumping operation, fluid actuation. The machine converts mechanical rotational motion into fluid pressure via cams, pistons, cylinders, and the like.
ポンプモータは、自動車、風車、重機などで使用することができる。 The pump motor can be used in automobiles, wind turbines, heavy machinery and the like.
同じような機構は、電気的なモータを使用しても実現可能であるが、一定の条件下では、電気的なモータよりも流体作動機械を使用した方が、圧力から回転、又は回転から圧力へのエネルギー変換効率がよいことが分かっている。例えば、大きな重いものを動かす場合には、最終的に油圧を使うことになるので、電気的なモータを使用すると、最終段階で電気から油圧への変換が必要となるため総合的なエネルギー変換効率が、そのような油圧への変換が不要な油圧ポンプモータよりも低くなる。 A similar mechanism can be achieved using an electric motor, but under certain conditions it is more pressure-to-rotate or rotation-to-pressure with a fluid-operated machine than with an electric motor. It is known that the energy conversion efficiency to is good. For example, when moving a large and heavy object, hydraulic pressure is ultimately used, so if an electric motor is used, conversion from electricity to hydraulic pressure is required at the final stage, so overall energy conversion efficiency. However, it is lower than that of a hydraulic pump motor that does not require such conversion to hydraulic pressure.
特許文献１には、バルブ開閉を検知するセンサを有する可変バルブタイミングバルブを持つ流体作動機械が開示されている。 Patent Document 1 discloses a fluid-operated machine having a variable valve timing valve having a sensor for detecting valve opening / closing.
流体作動機械の低圧バルブの開閉のためのソレノイドへの通電開始から高圧バルブの開弁まで（すなわち、ソレノイド通電→アーマチャ移動→低圧バルブ閉→作動油圧縮→シリンダ内圧上昇→高圧バルブ開）には一定の応答時間が存在し、この応答時間は流体作動機械の温度や回転数、及びソレノイドへ印加する電圧・電流など様々な条件に依存して変化しうる。 From the start of energization of the solenoid to open and close the low-pressure valve of the fluid-operated machine to the opening of the high-pressure valve (that is, solenoid energization → armature movement → low-pressure valve closing → hydraulic oil compression → cylinder internal pressure rise → high-pressure valve opening) There is a constant response time, and this response time can change depending on various conditions such as the temperature and rotation speed of the fluid-operated machine, and the voltage and current applied to the solenoid.
このため、ポンピング動作時に容積効率を上げるためには、高圧バルブ開弁タイミングを下死点に近づける必要があり、応答時間を考慮して下死点よりも十分早いタイミングから通電を開始すれば良いが、必要以上に通電開始を早めて通電期間を長くすると電力を無駄に消費してしまい、また、ソレノイドへ悪影響を与える場合もある。 Therefore, in order to increase the volumetric efficiency during the pumping operation, it is necessary to bring the high-pressure valve opening timing close to the bottom dead center, and the energization may be started from a timing sufficiently earlier than the bottom dead center in consideration of the response time. However, if the energization start is accelerated more than necessary and the energization period is lengthened, the electric power is wasted and the solenoid may be adversely affected.
本開示の目的は、ポンピング動作時に容積効率を向上し、消費電力を削減し、意図しないバルブの不作動を回避することが可能な流体作動機械を提供することである。また、こうすることによって、流量の小さいタイミングで高圧バルブの開弁を行えるため、騒音、弁の寿命短縮、流体作動機械の流量出力に望ましくないトルク及び圧力のリップルなどの対策にもなりうる。 An object of the present disclosure is to provide a fluid-operated machine capable of improving volumetric efficiency during pumping operation, reducing power consumption and avoiding unintended valve malfunction. Further, by doing so, the high-pressure valve can be opened at a timing when the flow rate is small, so that it can be a countermeasure against noise, shortening of valve life, and undesired torque and pressure ripple in the flow rate output of the fluid-operated machine.
本開示の一態様に係る流体作動機械は、シリンダ室と低圧ポートとの連通を制御する低圧バルブと、前記シリンダ室と高圧ポートとの連通を制御する高圧バルブと、前記低圧バルブの閉鎖を行うためのソレノイド及び磁性体のアーマチャとを含むバルブユニットと、前記バルブユニット内の前記低圧バルブの開閉のためのソレノイドへの通電の制御を行う制御部と、前記高圧バルブの開閉を検知するセンサと、を備え、前記制御部は、前記センサからの情報に基づいて、流体作動機械のポンピング動作時の前記ソレノイドへの通電のタイミングの調整を動的に行う。 The fluid solenoid machine according to one aspect of the present disclosure closes a low-pressure valve that controls communication between a cylinder chamber and a low-pressure port, a high-pressure valve that controls communication between the cylinder chamber and a high-pressure port, and the low-pressure valve. A valve unit including a solenoid and a magnetic armature for the purpose, a control unit for controlling energization of the solenoid for opening and closing the low-pressure valve in the valve unit, and a sensor for detecting the opening and closing of the high-pressure valve. The control unit dynamically adjusts the timing of energization of the solenoid during the pumping operation of the fluid-operated machine based on the information from the sensor.
本開示の一態様に係る車両は、上記流体作動機械を備える。 The vehicle according to one aspect of the present disclosure includes the above fluid actuating machine.
本開示によれば、流体作動機械のポンピング動作時に容積効率（体積効率）を上げることができ、さらに、消費電力を削減し、意図しないバルブの不作動を回避することもできる。 According to the present disclosure, it is possible to increase the volumetric efficiency (volumetric efficiency) during the pumping operation of the fluid-operated machine, further reduce the power consumption, and avoid unintended valve non-operation.
以下、本開示の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は一例であり、本開示はこの実施形態により限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. The embodiments described below are examples, and the present disclosure is not limited to these embodiments.
以下で図を参照して、本実施形態に係る流体作動機械について説明する。以下の説明では、流体作動機械の一例として、油圧ポンプモータを例に説明を行うが、流体作動機械は油圧ポンプモータに限定されない。流体作動機械は、流体機械とも呼ばれ、一般に、流体と機械の間でエネルギー変換をする装置のことである。流体としては、水や油などの液体や空気やガスなどの気体を使用することもでき、その流体の密度・粘土などの性質により低速回転用、高速回転用などの用途が異なる。 The fluid-operated machine according to the present embodiment will be described below with reference to the drawings. In the following description, a hydraulic pump motor will be described as an example of a fluid-operated machine, but the fluid-operated machine is not limited to the hydraulic pump motor. A fluid-operated machine, also called a fluid machine, is generally a device that converts energy between a fluid and a machine. As the fluid, a liquid such as water or oil or a gas such as air or gas can be used, and the applications such as low-speed rotation and high-speed rotation differ depending on the density of the fluid and the properties such as clay.
図１には、本開示の実施形態に係るバルブユニットが組み込まれた油圧ポンプモータ１０の概略図が記載されている。油圧ポンプモータ１０は、容量をゼロ容量から最大容量まで変化させることのできる可変容量型のポンプモータである。油圧ポンプモータ１０は、シリンダ８を有し、ピストン１９が上下運動することによりシリンダ室１５のシリンダ内圧を変化させることができる。
FIG. 1 shows a schematic view of a
図１の左側の図は、油圧ポンプモータ１０の低圧バルブ１３の開閉を制御するソレノイド１２への通電開始前の状態を示し、図１の右側の図は、ソレノイド１２への通電開始後の状態を示している。図１の左側の図のアーマチャ１１と図１の右側の図のアーマチャ１１の位置が異なることが分かる。すなわち、ソレノイド１２への通電開始によりアーマチャ１１が上方向に動き、それに伴って低圧バルブ１３も上方向に動いて、開弁状態から閉弁状態になる。
The figure on the left side of FIG. 1 shows the state before the start of energization of the
油圧ポンプモータ１０は、シリンダ８に接続された高圧バルブ１４及び低圧バルブ１３の２つのバルブを持つ。高圧バルブ１４は、高圧ポートに繋がっており、低圧バルブ１３は、低圧ポートに繋がっている。すなわち、高圧バルブ１４が開いたとき、シリンダ室１５は高圧ポートに連通し、低圧バルブ１３が開いたとき、シリンダ室１５は低圧ポートに連通する。
The
図１の左側のソレノイド１２への通電前の状態を見ると、高圧バルブ１４は閉じた状態で、低圧バルブ１３は開いた状態であることが分かる。一方、図１の右側のソレノイド１２への通電開始から一定時間経過後の状態を見ると、高圧バルブ１４は開いた状態で、低圧バルブ１３は閉じた状態であることが分かる。
Looking at the state before energization of the
低圧バルブ１３は、ソレノイド１２が通電されることにより移動するアーマチャ１１の動作によって開閉される。すなわち、ソレノイド１２に通電されることによってソレノイド１２によりソレノイド１２の周辺に磁界が発生し、磁性体からなるアーマチャ１１は移動し、それによって低圧バルブ１３が開いた状態から閉じた状態に変化する（図１の左側の図から右側の図へ変化する）。ソレノイド１２への通電は、ソレノイド１２に接続された制御部１８によって調整される。制御部１８は、受信した高圧バルブ１４の開閉情報などの情報に基づいて、ソレノイド１２への通電の開始・終了タイミングの他に、ソレノイド１２へ印加する電圧や電流を制御してもよい。
The low-
ソレノイド１２への通電が開始され、低圧バルブ１３が閉じることにより、作動油が圧縮され、シリンダ室１５の圧力が上昇することにより、高圧バルブ１４が閉じた状態から開いた状態に変化する。この実施形態では、高圧バルブ１４は、シリンダ室１５の圧力を検知して、開閉する。すなわち、シリンダ室１５の圧力が、所定の圧力になった時点で、高圧バルブ１４は閉じた状態から開いた状態に遷移する。
When the
軸１６の周りでカム１７が回転することにより、シリンダ８内のピストン１９が上下運動し、このピストン１９の上下運動が低圧バルブ１３の開閉状態と相まって、シリンダ室１５の内圧を変化させ、それに伴って、高圧バルブ１４が閉じた状態から開くことにより、油圧ポンプモータ１０が、ポンピングモードで動作する。
The rotation of the
図１に記載の実施形態では、軸１６に取り付けられたカム１７を使ってピストン１９の上限運動と軸１６の回転運動の間での変換を行っているが、軸１６とカム１７の代わりにリンク機構とクランク軸などを使ってもよい。
In the embodiment shown in FIG. 1, a
そして、今度はソレノイド１２への通電が終了すると、低圧バルブ１３が閉じた状態から開き、シリンダ室１５の圧力が低下することにより、高圧バルブが閉じて、初期状態（図１の左側の図の状態）に戻る。このように、ソレノイド１２への通電開始、アーマチャ１１の移動、低圧バルブ１３の閉弁、シリンダ室１５の圧力の上昇、高圧バルブ１４の開弁へと１サイクルの間に続いていく。
Then, when the energization of the
図２は、実施形態で使用可能なバブルユニットを示す模式的な断面図である。図２に示すバルブユニット２は、ケース２１０に、高圧バルブ１４、低圧バルブ１３、アーマチャ１１、ソレノイド１２などが一体化されたものである。ケース２１０は磁性体で形成されており、概略円柱形状をなす。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a bubble unit that can be used in the embodiment. The
図２を参照して、実施形態に係るバルブユニット２について説明する。図２には、中心軸ＣＬが描かれている。以下の説明では、中心軸ＣＬに沿う方向を「軸方向」、中心軸ＣＬと直交する方向を「径方向」という。また、図２では、説明に関係のない一部の構成が省略されている。
The
図２を参照して、バルブユニット２の動作について説明する。ソレノイド１２に対して通電が行われておらず、高圧バルブ１４がバネ２２５によって閉弁状態とされ、低圧バルブ１３がバネ２３５によって開弁状態とされている状態を、便宜上「初期状態」という。初期状態では、シリンダ内の圧力は、低圧側油路２５の圧力と等しい。初期状態における高圧バルブ１４の弁体２２１の位置が、第１位置（閉弁状態）である。
The operation of the
初期状態で、高圧バルブ１４の弁体２２１には、第１空間２１１とシリンダ側空間２１８（２１２、２１３、２１４）との圧力差に起因して弁体２２１を閉弁方向に付勢する力（Ｆ２１）と、バネ２２５が弁体２２１を閉弁方向に付勢する力（Ｆ２２）とが作用している。
In the initial state, the
また、初期状態で、低圧バルブ１３の弁体２３１には、バネ２３５が弁体２３１を開弁方向に付勢する力が作用している。
Further, in the initial state, a force that the
初期状態においてソレノイド１２に対して通電が行われると、ケース２１０におけるソレノイド１２の右側領域、外側領域、及び左側領域と、アーマチャ１１と、を通過する磁束が発生する。これにより、アーマチャ１１を左方向に移動させる力（Ｆ６１）が発生する。
When the
アーマチャ１１を左方向に移動させる力（Ｆ６１）の大きさは、ケース２１０の区画部２１５のテーパ面２１５ａと、アーマチャ１１のフランジ部２６２のテーパ面２６２ａとの隙間の大きさに応じて変化する。力（Ｆ６１）の大きさは、テーパ面２１５ａとテーパ面２６２ａとの距離が小さいほど、大きい。
The magnitude of the force (F61) for moving the
初期状態からアーマチャ１１が左方向へ移動すると、弁体２３１は、アーマチャ１１にアーマチャ１１の大径軸部２６４と弁体２３１の内側円環部２３２との間に介在するバネ２６５を介して押圧され、アーマチャ１１と一体となって左方向へ移動する。
When the
すなわち、ソレノイド１２に対して通電が行われることによって、アーマチャ１１は、バネ２３５の弾性力に抗して、弁体２３１と共に、バネ２３５を圧縮させながら左方向へ移動する。低圧バルブ１３が閉弁状態となった状態ではバネ２６５は圧縮されていない。また、この時点では、高圧バルブ１４はまだ閉弁状態である。
That is, when the
さらに、アーマチャ１１は、バネ２６５の弾性力に抗して、バネ２６５を圧縮しながら（すなわち、弾性変形させながら）左方向へ移動する。この時点では、高圧バルブ１４及び低圧バルブ１３はいずれも閉弁状態である。
Further, the
アーマチャ１１の円筒部２６３が弁体２２１の円筒部２２３に当接することで、弁体２２１には、アーマチャ１１から、弁体２２１を開弁方向（左方向）に付勢する力（Ｆ２３）が作用する。
When the
弁体２２１に作用する力（Ｆ２１）、力（Ｆ２２）及び力（Ｆ２３）の関係に、Ｆ２１＋Ｆ２２＜Ｆ２３なる関係が成立すると、弁体２２１が左方に移動し、高圧バルブ１４が開弁する。この状態では、低圧バルブ１３は閉弁状態であり、高圧バルブ１４は開弁状態である。高圧バルブ１４が開弁することで、高圧側油路２４内の作動油がシリンダ８内に流入し、シリンダ室１５の圧力が高圧側油路２４内の圧力と等しくなる。
When the relationship of F21 + F22 <F23 is established in the relationship of the force (F21), the force (F22) and the force (F23) acting on the
本実施形態では、高圧バルブ１４の開度は、アーマチャ１１がストロークエンドに達した時点で最大となる。アーマチャ１１がストロークエンドに達した状態における弁体２２１の位置が、第２位置（開弁状態）である。
In the present embodiment, the opening degree of the
低圧バルブ１３が閉弁状態とされ、高圧バルブ１４が開弁状態とされた状態で、ソレノイド１２に対する通電を停止すると、低圧バルブ１３は、シリンダ室１５の圧力が低圧側油路２５内の圧力よりも高くなっているため、閉弁状態を維持する。一方、アーマチャ１１は、アーマチャ１１を左方向へ付勢する力が消失するため、バネ２６５の弾性力によって、右方向へ移動する。
When the low-
また、高圧バルブ１４も、アーマチャ１１からの押圧力が消失することで、バネ２２５の弾性力によって閉弁する。その結果、高圧バルブ１４及び低圧バルブ１３が両方とも閉弁状態となる。この状態で、ピストン１９が下降するなどしてシリンダ室１５の圧力が低下すると、低圧バルブ１３が開弁し、初期状態に戻る。
Further, the
上述したように、位置検出部２４０は、高圧バルブ１４の弁体２２１が第１位置（すなわち、閉弁状態）にあるか、第２位置（すなわち、開弁状態）にあるかを検出する。位置検出部２４０は、高圧バルブ１４の弁体２２１の位置を検出する。図２に示すように、位置検出部２４０は、キャップ２１０ｂの内部に埋め込まれた磁気センサ２４１と電気的に接続されており、磁気センサ２４１の出力値に基づいて弁体２２１の位置を検出する。位置検出部２４０と制御部１８は、電気的に通信可能に接続されており、位置検出部２４０から制御部１８に磁気センサ２４１からの高圧バルブ１４の位置情報（開閉情報）などが送られる。また、制御部１８は、位置検出部２４０へ信号を送り、制御するように構成してもよい。
As described above, the
磁気センサ２４１は、キャップ２１０ｂに設けられた穴２４２の中に埋め込まれている。穴２４２は、図２に示すように、バルブユニット２の中心軸ＣＬから離れた位置に、キャップ２１０ｂの外部側（左側）から内部側（右側）へ向かって軸方向と平行に設けられている。穴２４２の中には磁気センサ２４１が設けられている。なお、穴２４２は、第１空間２１１まで到達しない。このため、穴２４２から作動油が漏れ出ることはない。
The
磁石２４３は、弁体２２１の内部に設けられている。磁石２４３は、例えば円柱形状を有し、その中心軸に沿った方向に一方向着磁されている。そして、磁石２４３は、その中心軸が弁体２２１の中心軸と一致するように配置されている。これにより、磁石２４３は、弁体２２１の中心軸に対して対称な磁束を発生させる。
The
図２に示した実施形態では、高圧バルブ１４の位置や開閉を検知するセンサとして、磁気センサを使用したが、高圧バルブ１４の位置や開閉を検知するセンサとして、磁気センサ以外でも、光学センサ、電気センサ、音響センサ、圧力センサ、振動センサ、歪センサなども使用できる。
In the embodiment shown in FIG. 2, a magnetic sensor is used as a sensor for detecting the position and opening / closing of the high-
図２に示した本実施形態に係るバルブユニット２は、油圧ポンプモータ１０のシリンダ８と高圧側油路２４とを開閉する高圧バルブ１４と、弁座及び弁座に着座可能な弁体２２１を有し、油圧ポンプモータ１０のシリンダ８と高圧側油路２４とを開閉することで、高圧バルブ１４が開閉可能に構成される円筒部２２４と、電磁力により、左方向に移動するアーマチャ１１と、アーマチャ１１と弁体２２１との間に介在するバネ２６５と、を備え、アーマチャ１１は、左方向に移動してバネ２６５が圧縮されることで、バネ２６５から弁体２２１に伝達される左方向の力が増大し、弁体２２１が左方向に移動して弁体２２１が弁座から離間可能に構成されている。
The
図３は、実施形態に係る流体作動機械の最適なタイミングでのポンピング動作を示すタイミング図を示している。図３〜図７において、円周一周が１サイクルを表している。時点３１は上死点（ＴＤＣ：Ｔｏｐ Ｄｅａｄ Ｃｅｎｔｅｒ）を表し、この時点では、高圧バルブ１４は閉じた状態であり、低圧バルブ１３は開いた状態である。時点３２ではシリンダ内圧が減少し、高圧バルブ１４は閉じた状態のままで、低圧バルブ１３は開いた状態のままである。円弧状の矢印３３は、高圧バルブ１４が閉じた状態を示している。すなわち、時点３１から時点３８までの間、高圧バルブ１４は閉じている。
FIG. 3 shows a timing diagram showing a pumping operation at an optimum timing of the fluid-operated machine according to the embodiment. In FIGS. 3 to 7, one circumference represents one cycle. The
時点３４で、制御部１８によってソレノイド１２への通電が開始される。矢印３５は、通電開始（時点３４）から通電終了（時点３７）までのソレノイド１２に通電されている状態を示す。時点３６は、下死点（ＢＤＣ：Ｂｏｔｔｏｍ Ｄｅａｄ Ｃｅｎｔｅｒ）を示し、時点３４のソレノイド１２への通電開始のタイミングは、丁度下死点（ＢＤＣ）３６で低圧バルブ１３が閉じるように、応答時間分だけ前に通電開始する必要がある。
At the
時点３７で、低圧バルブ１３の閉じ状態を保持できるシリンダ内圧に丁度達したところで、ソレノイド１２への通電を終了する。時点３７でソレノイド１２への通電を制御部１８が終了し、低圧バルブ１３が閉じるとシリンダ内圧が上昇し、それにより高圧バルブ１４が時点３８で開いた状態になる。矢印３９は、高圧バルブ１４が開いた状態を示す。高圧バルブ１４が開いた時点３８からポンピング動作が始まり、上死点（ＴＤＣ）３１まで、高圧バルブ１４が開いた状態が維持され、ポンピング動作が続く。上死点（ＴＤＣ）３１で、今度は高圧バルブ１４が閉じて、２サイクル目に入り、１サイクル目と同じ動作を繰り返す。
At the
図３で示した油圧ポンプモータのポンピング動作のタイミングが最適なタイミングであり、容積効率が最大化される。 The timing of the pumping operation of the hydraulic pump motor shown in FIG. 3 is the optimum timing, and the volumetric efficiency is maximized.
低圧バルブ１３の開閉のためのソレノイド１２への通電開始から高圧バルブ１４の開弁まで（すなわち、ソレノイド通電（時点３４）→アーマチャ移動→低圧バルブ閉（時点３６）→作動油圧縮→シリンダ内圧上昇→高圧バルブ開（時点３８））には一定の応答時間が存在し、この応答時間は流体作動機械の温度や回転数、及びソレノイドへ印加する電圧・電流など様々な条件に依存して変化するので、制御部１８は、流体作動機械運転中は、常に各種センサからの情報を監視し、それらの情報に基づいて、低圧バルブ１３の開閉タイミングを介して、高圧バルブ１４の開閉タイミングを動的に調整していく必要がある。
From the start of energization of the
例えば、制御部１８は、磁気センサ２４１からの情報に基づいて、流体作動機械のポンピング動作時のソレノイド１２への通電のタイミングの調整を動的に行ってもよい。また、制御部１８は、磁気センサ２４１からの情報に基づいて、高圧バルブ１４の開閉のタイミングを決定することによって、容積効率を決定し、当該容積効率に基づいて、流体作動機械のポンピング動作時のソレノイド１２への通電のタイミングの調整を動的に行ってもよい。
For example, the
このような流体作動機械のポンピング動作時のソレノイドへの通電のタイミングの調整をポンピング動作時に毎サイクル行ってもよいし、所定の数の複数のサイクル毎に行ってもよい。 The timing of energization of the solenoid during the pumping operation of such a fluid-operated machine may be adjusted every cycle during the pumping operation, or may be performed every a plurality of predetermined number of cycles.
図４と図５は、油圧ポンプモータのポンピング動作時のソレノイド１２への通電の「開始」タイミングに注目し、図６と図７は、ソレノイド１２への通電の「終了」タイミングに注目している。図４〜図７に示された通電のタイミングは、図３の最適な通電タイミングからは外れた場合を表している。
4 and 5 focus on the “start” timing of energization of the
図４は、実施形態に係る流体作動機械の最適な通電開始タイミングより通電開始が早まった場合のポンピング動作を示すタイミング図を示している。 FIG. 4 shows a timing diagram showing a pumping operation when the energization start is earlier than the optimum energization start timing of the fluid operating machine according to the embodiment.
上死点（ＴＤＣ）４１において、高圧バルブ１４が閉じており、低圧バルブ１３は開いている。時点４２では、シリンダ内圧が減少し、高圧バルブ１４が閉じたままで、低圧バルブ１３が開いたままである。矢印４４は、高圧バルブ１４が閉じた状態を示す。すなわち、この実施形態では、高圧バルブ１４は、時点４１から時点４８の間で閉じている。
At top dead center (TDC) 41, the
矢印４５は、ソレノイド１２が通電されている状態を表し、時点４３でソレノイド１２への通電が開始され、時点４７でソレノイド１２への通電が終了される。すなわち、下死点（ＢＤＣ）４６ではまだソレノイド１２への通電が続いている。ソレノイド１２への通電が時点４７で終了すると、低圧バルブ１３は閉じた状態であり、シリンダ内圧が上昇し、時点４８で高圧バルブ１４が開く。矢印４９は、高圧バルブ１４が開いた状態を示し、すなわち、高圧バルブ１４は、時点４８から時点４１（上死点）の間、開いており、この矢印４９の間、油圧ポンプモータは、ポンピング動作を行う。
The
図４に示されたソレノイド１２への通電では、図３に示した通電開始時点３４よりも早いタイミング（時点４３）で通電を開始しているため、ソレノイド１２に通電している時間が図３の最適の通電タイミングの場合よりも長くなり（図４の矢印４５が図３の矢印３５より長い）、その結果、ソレノイド１２の消費電力が相対的に大きくなる。
In the energization of the
図５は、実施形態に係る流体作動機械の最適な通電開始タイミングより通電開始が遅れた場合のポンピング動作を示すタイミング図を示している。上死点（ＴＤＣ）５１において、高圧バルブ１４は閉じており、低圧バルブ１３は開いている。時点５２では、シリンダ内圧が減少し、高圧バルブ１４は閉じたままで、低圧バルブ１３が開いたままである。矢印５３は、高圧バルブ１４が閉じた状態を示しており、時点５１（上死点）から時点５８まで高圧バルブは閉まっている。
FIG. 5 shows a timing diagram showing a pumping operation when the start of energization is delayed from the optimum timing of starting energization of the fluid-operated machine according to the embodiment. At top dead center (TDC) 51, the
矢印５６は、ソレノイド１２への通電状態を表しており、時点５４でソレノイド１２への通電が開始され、下死点（ＢＤＣ）５５を通過して、時点５７でソレノイド１２への通電が終了する。その後、時点５８ではシリンダ内圧が上昇し、それによって高圧バルブ１４が開き、油圧ポンプモータは、ポンピング動作を行う。矢印５９は、ポンピング動作を示しており、ポンピング動作は時点５８で始まり、ポンピング動作は上死点（ＴＤＣ）５１で終了する。図５に示したように、最適な通電開始タイミングより通電開始タイミングが遅くなった場合は、最適な通電開始タイミングの場合よりも容積効率が小さくなってしまうという欠点がある。
The
図６は、実施形態に係る流体作動機械の最適な通電停止タイミングより通電停止が早まった場合のポンピング動作を示すタイミング図を示している。上死点（ＴＤＣ）６１では、高圧バルブ１４は閉じており、低圧バルブ１３は開いている。矢印６２は、高圧バルブ１４が閉じた状態を示している。すなわち、この例では、１サイクル中ずっと高圧バルブ１４が閉じたままで、開くことがない。矢印６４は、ソレノイド１２への通電状態を表し、時点６３でソレノイド１２への通電を開始し、下死点（ＢＤＣ）６５を越えた時点６６でソレノイド１２への通電を終了する。しかし、図６に示した通電終了タイミングでは、最適な通電終了タイミングより前であるために、高圧バルブ１４を開かせるのに必要なシリンダ内圧に達することがなく、高圧バルブ１４はずっと閉じたままであり、結局、１サイクル中ずっと高圧バルブ１４が閉じているので、ポンピング動作は行われないという問題がある。
FIG. 6 shows a timing diagram showing a pumping operation when the energization stop is earlier than the optimum energization stop timing of the fluid operating machine according to the embodiment. At top dead center (TDC) 61, the
図７は、実施形態に係る流体作動機械の最適な通電停止タイミングより通電停止が遅れた場合のポンピング動作を示すタイミング図を示している。上死点（ＴＤＣ）７１では、高圧バルブ１４は閉じており、低圧バルブ１３は開いている。時点７２では、シリンダ内圧が減少し、高圧バルブは閉じたままで、低圧バルブは開いた状態のままである。矢印７３は、高圧バルブ１４が閉じた状態を示しており、上死点（ＴＤＣ）７１から時点７７まで高圧バルブ１４は閉じている。矢印７５は、ソレノイド１２への通電状態を表し、時点７４でソレノイド１２への通電が開始され、下死点（ＢＤＣ）７６を越えて、通電が時点７９まで続く。時点７７で、シリンダ内圧が上昇し、高圧バルブ１４が開く。矢印７８は、高圧バルブ１４が開いた状態を示しており、時点７７から高圧バルブ１４が開いた状態となり、ポンピング動作が開始され、ポンピング動作は上死点（ＴＤＣ）７１まで続く。図３で示した最適なタイミングでのソレノイド１２への通電と比較すると図７に示した通電終了のタイミングでは、通電終了が図３に記載の場合より遅くなっているため、消費電力が大きくなるという欠点がある。
FIG. 7 shows a timing diagram showing a pumping operation when the energization stop is delayed from the optimum energization stop timing of the fluid operating machine according to the embodiment. At top dead center (TDC) 71, the
ここで図３〜図７を参照した上述の説明をまとめる。ソレノイド１２への通電に対するバルブ応答時間は様々な条件に依存して変化するため、油圧ポンプモータの運転に先んじて事前に最適な通電開始タイミングを完全に決定することは困難である。そのため、油圧ポンプモータの運転中に高圧バルブ１４の開閉検知を行い、このような開閉情報を制御部１８へフィードバックすることで、ポンピング動作における各バルブユニットへの最適な通電タイミングを探索することができる。高圧バルブ１４の開閉検知情報からは高圧バルブ１４の作動不作動が把握できる他、開閉のタイミングが検知でき、そのような情報に基づいて容積効率を見積もることが可能である。ここで、最適な通電タイミングとは、容積効率が最大となり、通電電力（すなわち、通電時間）が最小となるタイミングのことである。これは下死点よりも低圧バルブ１３が閉じる応答時間分だけ前に通電を開始し、低圧バルブ１３の開き保持が行われるシリンダ内圧に達した際に通電を終了するものである。
Here, the above description with reference to FIGS. 3 to 7 will be summarized. Since the valve response time to the energization of the
図４に記載したように、最適な通電開始タイミングより通電開始タイミングが早まると、吸入のサイクル中は低圧バルブ１３は閉じられず下死点付近になって初めて閉じるため、無駄に通電電力を消費する（ポンピング仕事と比較すると小さい）（ケース１）。
As described in FIG. 4, if the energization start timing is earlier than the optimum energization start timing, the low-
図５に記載したように、最適な通電開始タイミングより通電開始タイミングが遅まると、低圧バルブ１３が閉じるタイミングが遅れ、高圧バルブ１４が開くタイミングも遅れるため、高圧バルブ１４の開弁が遅れてポンピングできない分だけ容積効率が下がる（ケース２）。
As described in FIG. 5, when the energization start timing is delayed from the optimum energization start timing, the low-
図６に記載したように、最適な通電停止タイミングより通電停止タイミングが早まると、低圧バルブ１３の閉じが保持されずに開いてしまい、高圧バルブ１４も開かないため、1サイクル中に全くポンピングが行われない（ケース３）。
As described in FIG. 6, if the energization stop timing is earlier than the optimum energization stop timing, the low-
図７に記載したように、最適な通電停止タイミングより通電停止タイミングが遅まると、シリンダ内圧で自動的に低圧バルブ保持が行われる時間も通電をしてしまうことになるため、無駄に通電電力を消費する（ポンピング仕事と比較すると小さい）（ケース４）。 As described in FIG. 7, if the energization stop timing is delayed from the optimum energization stop timing, the energization will be performed even during the time when the low voltage valve is automatically held by the cylinder internal pressure, so that the energization power is wasted. (Small compared to pumping work) (Case 4).
ポンピング動作における通電開始タイミングについて、ケース１（通電開始早い）はケース２（通電開始遅い）よりも比較的軽微な問題であるため、通電開始タイミングの初期値は早めに余裕をもって設定しておき、運転中、サイクル毎又は複数のサイクル毎に少しずつ通電開始タイミングを遅くすることによって通電電力消費を下げていく。遅くしていくとあるタイミングで容積効率（高圧バルブの開閉検知情報から計算）が減少し始めるため、容積効率が下がらないタイミングまで戻し、そのタイミングを通電開始の最適タイミングとして決定する。 Regarding the energization start timing in the pumping operation, case 1 (energization start early) is a relatively minor problem than case 2 (energization start late), so the initial value of energization start timing should be set early with a margin. During operation, the energization power consumption is reduced by gradually delaying the energization start timing for each cycle or each of a plurality of cycles. As the volumetric efficiency starts to decrease at a certain timing (calculated from the open / closed detection information of the high-pressure valve), the volumetric efficiency is returned to the timing at which the volumetric efficiency does not decrease, and that timing is determined as the optimum timing for starting energization.
通電停止タイミングについては、ケース３（通電停止早い）は多くの場合において大きな問題であり、ケース４（通電停止遅い）は軽微な問題であるため、通電停止タイミングは遅くする側に余裕を持って確定させてしまう、もしくはケース３を生じさせても良いタイミングを見計らって、初期値を遅くする側に余裕を持って設定しておき、運転中、サイクル毎に又は複数のサイクル毎に少しずつ通電停止タイミングを早めていき、あらかじめ設定しておく目標通電停止タイミングに到達するか、ケース３となってしまった際にはそのタイミングから遅くしていき、ケース３が生じない通電停止タイミングとなったら、そのタイミングを最適通電停止タイミングとして決定する。 Regarding the energization stop timing, case 3 (early energization stop) is a big problem in many cases, and case 4 (slow energization stop) is a minor problem, so there is a margin on the side to delay the energization stop timing. Set the initial value with a margin on the side that delays the initial value in anticipation of the timing when it may be fixed or cause case 3, and energize little by little during operation, every cycle, or every multiple cycles. When the stop timing is advanced and the target energization stop timing set in advance is reached, or when the case 3 is reached, the stop timing is delayed from that timing, and when the energization stop timing is reached so that case 3 does not occur. , The timing is determined as the optimum energization stop timing.
最適な通電タイミングは油温や圧力などに依存し変化するため上述のような制御は毎サイクル行われることが最も望ましいが、バルブ開閉情報などの必要なデータの通信やそれらの演算が負荷となるため、数十回転に一度程度で行ってもよい。ただし、ケース３（通電停止早い）になってしまった時には直ちに上述の制御に入ってもよい。 Since the optimum energization timing changes depending on the oil temperature and pressure, it is most desirable that the above control is performed every cycle, but communication of necessary data such as valve opening / closing information and their calculations become a load. Therefore, it may be performed once every several tens of rotations. However, when the case 3 (early stop of energization) occurs, the above-mentioned control may be started immediately.
本開示の実施形態について、１つのシリンダを有する流体作動機械を例に説明したが、
複数のシリンダを有する流体作動機械、例えば、ラジアルピストンポンプモータとして実現してもよい。ラジアルピストンポンプモータは、複数のピストンを駆動軸の周りに放射状に配置し、シリンダ内のピストンを駆動軸の回転により往復運動させることで作動油の吸い込みと吐き出しを行う。このラジアルピストンポンプモータは、ケースに駆動軸を取り巻くような穴が複数設けられており、この穴に上述したようなバルブユニット、シリンダ及びピストンを嵌め込むことで構成されてもよい。
The embodiment of the present disclosure has been described by taking a fluid-operated machine having one cylinder as an example.
It may be realized as a fluid operating machine having a plurality of cylinders, for example, a radial piston pump motor. In the radial piston pump motor, a plurality of pistons are arranged radially around a drive shaft, and the pistons in the cylinder are reciprocated by the rotation of the drive shaft to suck and discharge hydraulic oil. The radial piston pump motor is provided with a plurality of holes surrounding the drive shaft in the case, and may be configured by fitting the valve unit, cylinder, and piston as described above into the holes.
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して実施することが可能となる。 Although the embodiments of the present disclosure have been described above, the present disclosure is not limited to the above-described embodiments, and can be appropriately modified and implemented without departing from the spirit of the present disclosure.
本開示の目的は、流体作動機械によれば、ポンピング動作時に容積効率を向上し、消費電力を削減し、意図しないバルブの不作動を回避することができるので、産業上の利用可能性は多大である。 An object of the present disclosure is that, according to a fluid-operated machine, volumetric efficiency can be improved during pumping operation, power consumption can be reduced, and unintended valve malfunction can be avoided, so that industrial applicability is great. Is.
２ バルブユニット
８ シリンダ
１０ 油圧ポンプモータ
１１ アーマチャ
１２ ソレノイド
１３ 低圧バルブ
１４ 高圧バルブ
１５ シリンダ室
１６ 軸
１７ カム
１８ 制御部
１９ ピストン
２４ 高圧側油路
２５ 低圧側油路
２１０ ケース
２１０ｂ キャップ
２１１ 第１空間
２１２ シリンダ側空間
２１３ シリンダ側空間
２１４ シリンダ側空間
２１５ 区画部
２１５ａ テーパ面
２１８ シリンダ側空間
２２１ 弁体
２２３ 円筒部
２２４ 円筒部
２２５ バネ
２３１ 弁体
２３２ 内側円環部
２３５ バネ
２４０ 位置検出部
２４１ 磁気センサ
２４２ 穴
２４３ 磁石
２６２ フランジ部
２６２ａ テーパ面
２６３ 円筒部
２６４ 大径軸部
２６５ バネ
2
Claims (7)
前記バルブユニット内の前記低圧バルブの開閉のためのソレノイドへの通電の制御を行う制御部と、
前記高圧バルブの開閉を検知するセンサと、
を備える流体作動機械であって、
前記制御部は、前記センサからの情報に基づいて、流体作動機械のポンピング動作時の前記ソレノイドへの通電のタイミングの調整を動的に行う、流体作動機械。 A valve including a low-pressure valve that controls communication between the cylinder chamber and the low-pressure port, a high-pressure valve that controls communication between the cylinder chamber and the high-pressure port, and a solenoid and a magnetic armor for closing the low-pressure valve. With the unit
A control unit that controls energization of the solenoid for opening and closing the low-voltage valve in the valve unit.
A sensor that detects the opening and closing of the high-pressure valve and
It is a fluid-operated machine equipped with
The control unit dynamically adjusts the timing of energization of the solenoid during the pumping operation of the fluid-operated machine based on the information from the sensor.
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012521518A (en) * | 2009-04-07 | 2012-09-13 | アルテミス インテリジェント パワー リミティド | Fluid working machine and method of operating a fluid working machine |
| JP2018025299A (en) * | 2016-08-12 | 2018-02-15 | アルテミス インテリジェント パワー リミティドＡｒｔｅｍｉｓ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｐｏｗｅｒ Ｌｉｍｉｔｅｄ | Valve unit, fluid working machine, and method of operating valve unit |
-
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Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012521518A (en) * | 2009-04-07 | 2012-09-13 | アルテミス インテリジェント パワー リミティド | Fluid working machine and method of operating a fluid working machine |
| JP2018025299A (en) * | 2016-08-12 | 2018-02-15 | アルテミス インテリジェント パワー リミティドＡｒｔｅｍｉｓ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｐｏｗｅｒ Ｌｉｍｉｔｅｄ | Valve unit, fluid working machine, and method of operating valve unit |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7501707B1 (en) | 2023-03-15 | 2024-06-18 | いすゞ自動車株式会社 | Hydraulic Pump Motor |
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