JP5536275B1 - 流体作動機械の弁作動 - Google Patents

Abstract

作動流体機械は、容積が周期的に変化する少なくとも一つの作動室と、低及び高圧マニホールドから作動室に入出する流体の流れを調整するための低及び高圧弁とを有する。低及び高圧弁は、作動させられると各弁を開閉するために低及び高圧弁体に力を加える、電気的に制御されるバルブ作動手段によって作動される。低及び高圧弁体は、独立して移動可能であり、低圧弁体は典型的には共有された制御信号に応答してすぐに動き始めるが、高圧弁体は典型的には作動室内の圧力変化後にのみ動く。電気的に制御されるバルブ作動手段は、各弁体に連結された低圧及び高圧弁アーマチュアを通るように磁束を向ける磁気回路内のソレノイドのような、共有された電気的に制御されるバルブアクチュエータであってもよい。
【選択図】 図１

Description

本発明は、低圧弁及び高圧弁の能動的な制御によって、作動室容積の各サイクルにおける各作動室の押しのけ量が選択可能である、流体作動機械の分野に関する。本発明は、低圧弁及び高圧弁の作動の制御に関する。

作動室の容積の各サイクルにおける作動室による作動流体の正味押しのけ量を選択するために、少なくとも１つの電気的に制御される弁の開弁又は閉弁を能動的に制御することによって、周期的に容積が変化する作動室への作動流体の流入及び作動室からの作動流体の流出が、作動室の容積の各サイクルにおいて制御される流体作動機械を提供することが、当技術分野で知られている。これは、例えば、欧州特許出願公開第０３６１９２７号から知られており、同文献によれば、アクティブサイクル（active cycle）かアイドルサイクル（idle cycle）の何れかをポンプが実行することを可能にするために、作動室と低圧マニホールドとの間の作動流体の流れを調整する低圧弁が能動的に制御される。欧州特許出願公開第０４９４２３６号は、この考えを発展させ、作動室と高圧マニホールドとの間の流体の流れを調整する、能動的に制御される高圧弁を導入し、モータがアクティブサイクルかアイドルサイクルの何れかを実行することを可能にするとともに、流体作動機械がポンピングサイクル（pumping cycle）かモータリングサイクル（motoring cycle）の何れかを実行することを可能にしている。

いずれの場合も、低圧弁は、アクティブサイクルとアイドルサイクルのどちらかを選択するために能動的に制御されて、そして、幾つかの実施形態では、アクティブサイクルの間に押しのけられる最大ストローク容積の量（fraction）を制御するために能動的に制御される。能動的な制御を可能にするために、各弁は、弁体に組み合わされた各々のソレノイドを有する。

ポンプの場合、高圧弁は、専ら受動的な方法で運転可能であり、例えば、通常閉じられており、圧力で開くことができる逆止弁であってもよいが、高圧弁もまた能動的に制御される。能動的な制御によって、我々は、弁が能動的に開かれること、能動的に閉じられること、能動的に開いた状態に保たれること、又は、能動的に閉じた状態に保たれることの可能性を含ませる。また、能動的に制御される弁は、幾つかの状況では、受動的に動作してもよい。例えば、低圧弁は、能動的に閉じられるが、シリンダ内の圧力が低圧マニホールド内の圧力よりも低下したときに、受動的に開いてもよい。

この種の機械は、エネルギ効率、要求変化に対応した迅速な応答能力、及び、小型化を含む、幾つかの有利な点を有する。これらの機械は、高効率であることを証明しているが、それらをより発展させるために、制御機構をより単純化すること、並びに、体積及び弁作動機構の複雑さを減らすことは有利である。

従って、本発明は、この種の機械のために、公知の弁作動機構よりも、簡単で、小さく、及び／又は、より信頼性の高い、弁作動機構を提供することを達成しようとするものである。

本発明の第１の態様によれば、容積が周期的に変化する少なくとも一つの作動室と、低圧流路と、高圧流路と、作動室と低圧流路との間の流体の流れを調整するための低圧弁と、作動室と高圧流路との間の流体の流れを調整するための高圧弁と、を備える、流体作動機械が提供される。低圧弁及び高圧弁は、作動室による作動流体の正味押しのけ量を決定するために、作動室容積の各サイクルで選択的に作動可能であり、低圧弁は低圧弁体を備え、高圧弁は高圧弁体を備え、低圧弁体及び高圧弁体は、開位置と閉位置との間を独立して移動可能である。流体作動機械は、共有された弁作動信号に応答して、低圧弁体に加えられる開弁力又は閉弁力を引き起こすとともに、高圧弁体に加えられる開弁力又は閉弁力を引き起こすように構成された電気的に制御されるバルブ作動手段（１つ以上の電気的に制御されるバルブアクチュエータのような）を更に備えている。

従って、低圧弁体及び高圧弁体の両方が、低圧弁及び高圧弁の各々のための個々の弁作動信号ではなく、共有された弁作動信号に応答した開弁力又は閉弁力を受けさせられる。

しかしながら、低圧弁体及高圧弁体の各々は、開位置と閉位置との間を独立して移動可能である。このため、共有された弁作動信号を使用しているにもかかわらず、低圧弁体及び高圧弁体は異なる時間に開かれ又は閉じられ、流体作動機械の効率的な運転が実現可能である。

本発明は、低圧弁及び高圧弁のための制御装置（control arrangements）を単純化し、信頼性を向上し、そして、コストを削減する。

典型的には、流体作動機械は、共有された弁作動信号を生成することによって、電気的に制御されるバルブ作動手段を作動させるか否かを決定することによって、作動室容積の各サイクルにおいて、アクティブサイクル又はアイドルサイクルのいずれを作動室が経るかを決定する、コントローラを備える。また、コントローラは、例えば作動室容積のサイクルに対する共有された弁作動信号の位相を選択することによって、低圧弁及び高圧弁のうち一方又は両方の開弁タイミング又は閉弁タイミングを調整してもよい。典型的には、流体作動機械は、作動室容積と連動する(coupled)回転軸と、作動室容積のサイクルに対する共有された弁作動信号の位相を制御可能にするために回転軸の位置を測定する軸位置センサとを備える。

好ましくは、電気的に制御されるバルブ作動手段は、低圧弁体及び高圧弁体に同時に加えられる開弁力又は閉弁力を引き起こすが、それらは、作動室、低圧流路及び高圧流路の圧力変化や作動流体の流れから発生する力のような他の要因に応じて、異なる時間にそれぞれ開き又は閉じる。

例えば、一実施形態では、低圧弁は、１つ以上のバイアス部材によって開位置に向かって付勢され、且つ、高圧弁は、１つ以上のバイアス部材によって閉位置に向かって付勢される。また低圧弁が閉じられたとき（電気的に制御されるアクチュエータの作動に応答して）、低圧弁を通過した作動流体の流れから発生し、低圧弁を閉じるために作用する力が存在する。また高圧弁が開かれるとき（電気的に制御されるアクチュエータの作動に応答して）、１つ以上の高圧弁バイアス部材によって及ぼされる力の強度に応じて、作動室の圧力は、高圧マニホールド圧力と略同じ高さになるか、あるいはより高くなる必要があり、そして、作動流体の流れから発生する力が、高圧弁体を開くか又は閉じるように付勢する。また閉弁力が、ベルヌーイの定理に起因して、高圧弁体に作用してもよい。従って、開弁力又は閉弁力は一斉に加えられるが（そして典型的には同時に）、典型的には、低圧弁の開弁又は閉弁と高圧弁の開弁又は閉弁との間には時間差がある。

例えば、ポンピングサイクルでは、電気的に制御されるバルブ作動手段は、低圧弁を閉じるため（低圧弁体を閉位置に移動させるため）、及び、高圧弁を開くため（高圧弁体を開位置に移動させるため）、一つの作動室と関連付けられた各々の弁体に加えられる力を引き起こす。それから、低圧弁はすぐに閉じる。それから、作動手段及び弾性的な付勢（biasing）から発生した複合した力が、高圧弁が開くよう付勢するように、高圧弁体に作用するが、それはすぐには開かず、高圧弁を開くことが可能な十分な圧力が縮小している作動室内に蓄積されたときにのみ、短い遅延の後に開く。

モータリングサイクルでは、共有された弁作動信号に応答して、力が、低圧弁を閉じるように付勢し、且つ、高圧弁を開くように付勢するように、上死点直前で加えられてもよい。低圧弁はすぐに閉じるが、高圧弁は、縮小している作動室内に十分な圧力が蓄積されるまで開かない。下死点前で、力は、高圧弁が閉じ、低圧弁が開くよう付勢するように加えられてもよい。高圧弁はすぐに閉じるが、低圧弁は、作動室の圧力が、現在密閉された作動室の拡大の結果として十分に低くなったときにのみ、遅延後に開く。

低圧弁は、低圧弁体を開位置に向かって付勢する、１つ以上の低圧弁バイアス部材(典型的には弾性部材からなる)を備え、且つ、高圧弁は、高圧弁体を閉位置に向かって付勢する、１つ以上の高圧弁バイアス部材(典型的には弾性部材からなる)を備えていてもよい。低圧弁は、低圧弁体を閉位置に向かって付勢する、１つ以上の低圧弁バイアス部材を備え、且つ、高圧弁は、高圧弁体を開位置に向かって付勢する、１つ以上の高圧弁バイアス部材を備えていてもよい。低圧弁は、低圧弁体を閉位置に向かって付勢する、１つ以上の低圧弁バイアス部材を備え、且つ、高圧弁は、高圧弁体を閉位置に向かって付勢する、１つ以上の高圧弁バイアス部材を備えていてもよい。低圧弁は、低圧弁体を開位置に向かって付勢する、１つ以上の低圧弁バイアス部材を備え、且つ、高圧弁は、高圧弁体を開位置に向かって付勢する、１つ以上の高圧弁バイアス部材を備えていてもよい。

開弁力又は閉弁力は、１つ以上の低圧弁バイアス部材及び高圧弁バイアス部材によって低圧弁及び高圧弁にそれぞれ加えられる正味付勢力と同じベクトルの方向で作用することがあり得る。

しかしながら、好ましくは、電気的に制御されるバルブ作動手段によって引き起こされる力は、１つ以上の低圧弁バイアス部材及び高圧弁バイアス部材の正味付勢力と対抗する。典型的には、電気的に制御されるバルブ作動手段によって引き起こされる力は、１つ以上の低圧弁バイアス部材及び高圧弁バイアス部材によって低圧弁及び高圧弁に加えられる正味付勢力と対抗し、且つ、上回る。

典型的には、低圧弁は、低圧弁体を開位置に向かって付勢する、１つ以上の低圧弁バイアス部材を備え、高圧弁は、高圧弁体を閉位置に向かって付勢する、１つ以上の高圧弁バイアス部材を備え、そして、電気的に制御されるバルブ作動手段によって引き起こされる力は、低圧弁バイアス部材及び高圧弁バイアス部材の付勢力と対抗する。

低圧弁体は、１つ以上の低圧弁バイアス部材によって、開位置又は閉位置の一方に向かって付勢され、高圧弁体は、１つ以上の高圧弁バイアス部材によって、開位置又は閉位置の一方に向かって付勢され、そして、開弁力又は閉弁力は、低圧弁体及び／又は高圧弁体に加えられる正味付勢力のベクトルの方向を変化させるものであってもよい。これにより、１つ以上の弁体は他の力（例えば、弁体を跨ぐ圧力差から生じる力、弁体に対する作動流体の流れの影響から生じるけん引力等）によってすぐには開かないかもしれないが、低圧弁及び高圧弁を付勢する電気的に制御されるバルブ作動手段及び弾性的な付勢から生じる複合された力は、もし他の力がなければ、低圧弁及び／又は高圧弁の作動を引き起こす。

前記又は各電気的に制御されるバルブアクチュエータは、低圧弁体及び高圧弁体に開弁力又は閉弁力を加えてもよい。前記又は各電気的に制御されるバルブアクチュエータは、開弁力又は閉弁力を加える１つ以上の更に他のアクチュエータを作動させてもよい。

典型的には、電気的に制御されるバルブ作動手段は、複数の電気的に制御されるバルブアクチュエータ、例えば複数のソレノイド、を備える。その場合、第１の電気的に制御されるバルブアクチュエータは低圧弁体に連結され（coupled）、そして、第２の電気的に制御されるバルブアクチュエータは高圧弁体に連結され（coupled）てもよい。第１及び第２の電気的に制御されるバルブアクチュエータはソレノイドであってもよい。低圧弁は、第１のソレノイドと、低圧弁体に連結されたアーマチュアと、第１のソレノイドによって生成された磁束を、低圧弁体を作動させるために低圧弁アーマチュアを通過するよう向けるように構成された磁気回路とを備えていてもよい。高圧弁は、第２のソレノイドと、高圧弁体に連結された高圧弁アーマチュアと、第２のソレノイドによって生成された磁束を、第２のソレノイドを作動させるために高圧弁アーマチュアを通過するよう向けるように構成された磁気回路とを備えていてもよい。

第１及び第２の電気的に制御されるバルブアクチュエータ（例えばソレノイド）は、並列又は直列に制御されてもよい。一実施形態では、共有された弁作動信号は、第１及び第２のソレノイドに並列又は直列で流される電流の形をとる。他の実施形態では、共有された弁作動信号はデジタル信号であり、両方のソレノイドを通過する電流、又は、各ソレノイドのため別々の電流を生成する回路が提供される。幾つかの実施形態では、電気的に制御されるバルブ作動手段は、共有された電気的に制御されるバルブアクチュエータからなるか、共有された電気的に制御されるバルブアクチュエータを備え、共有された電気的に制御されるバルブアクチュエータは、低圧弁及び高圧弁（典型的には低圧弁体及び高圧弁体）の両方に結合され（coupled）、共有された弁作動信号に応答して低圧弁体及び高圧弁体に加えられる開弁力又は閉弁力を引き起こす。

幾つかの実施形態では、共有された電気的に制御されるバルブアクチュエータは、電気的に制御されるバルブアクチュエータが（例えば、作動電流が流されるソレノイドによって）作動させられたときに動かされる被作動要素（例えばアーマチュア）を備え、低圧弁体及び高圧弁体に加えられる力は、（例えば、機械的連結、気体圧力連結、液体圧力連結を介して）被作動要素の動きにつなげられる（coupled）。

共有された電気的に制御されるバルブアクチュエータは、液体圧力アクチュエータ、気体圧力アクチュエータ又は機械的アクチュエータであってもよく、低圧弁体及び高圧弁体の各々は、電気的に制御されるバルブアクチュエータと液体圧力的、気体圧力的又は機械的に適宜連結された液体圧力アクチュエータ、気体圧力アクチュエータ又は機械的アクチュエータによってそれぞれ駆動されてもよい。

共有された電気的に制御されるバルブアクチュエータはソレノイドを備え、低圧弁体及び高圧弁体の各々は対応するアーマチュアに連結され、両方のアーマチュアは、同じソレノイドによって駆動されてもよい。

共有されたソレノイドに適用される平均電流は、２つの値（そのうち１つは典型的には０である）の間で切り替えられてもよく、あるいは、弁作動信号に対応する範囲の値をとってもよい。

流体作動機械は、ソレノイドを通って延在する磁気回路を備え、磁気回路は、両方のアーマチュアを通るように磁束を向けるように構成されていてもよい。

磁気回路は、両方のアーマチュアを直列で通るように磁束を向けるように構成されていてもよい。磁気回路は、磁気回路の大部分を形成し、アーマチュア間で磁束を向かわせる主要部と、低圧弁アーマチュアと高圧弁アーマチュアとの間に延在する副部とを備えていてもよい。

しかしながら、磁気回路は、両方のアーマチュアを並列で通るように磁束を向けるように構成されていてもよい。磁気回路は、低圧弁アーマチュア及び高圧弁アーマチュアのうち一方を通過する磁気回路経路のリラクタンスを、対応するアーマチュアが動くときに、増大するように構成されていてもよい。これは、低圧弁アーマチュア及び高圧弁アーマチュアのうち他方を通過する磁束を増大するのに役立つ。

好ましくは、磁気回路は、アーマチュア（低圧弁アーマチュア又は高圧弁アーマチュア）の軸方向での移動の限界を規定するエンドストッパ部（end stop portion）と、エンドストッパ部から軸方向に離れ、アーマチュアに向かって半径方向に延びる突部（段形状をとることができる）であって、アーマチュアがエンドストッパ部から軸方向に離れた（例えば、低圧弁が開き、或いは、高圧弁が閉じているとき）初期位置にあるときに、磁束がアーマチュアと突部との間に実質的に向けられ、且つ、アーマチュアがエンドストッパ部に向かって動いているときに、磁束が、アーマチュアがエンドストッパ部に向かって軸方向で移動するのにつれて増大する軸方向成分を伴って、アーマチュアと突部との間に向けられるような、エンドストッパ部と突部とを備える。

磁気回路は、電流がソレノイドに流されるときに、低圧弁アーマチュア及び高圧弁アーマチュアの両方がソレノイドに向かって付勢されるが、低圧弁アーマチュア及び高圧弁アーマチュアのソレノイドに向かう動きは、低圧弁及び高圧弁のうち一方を開き、低圧弁及び高圧弁のうち他方を閉じることができるように構成されていてもよい。

磁気回路、低圧弁アーマチュア及び高圧弁アーマチュアのうち１つ以上は、磁気回路と対応するアーマチュアとの間の空隙を横切るように磁束を向ける、先細にされたブリッジ部材を備えていてもよい。磁気回路は、先細にされた少なくとも１つのブリッジ片を通過し、該少なくとも１つのブリッジ片は、磁気回路において隙間を横切るように磁束を向け、該少なくとも１つのブリッジ片は、（ａ）磁気回路の大部分を形成する磁気回路の主要部と低圧弁アーマチュア又は高圧弁アーマチュアとの間、及び／又は、（ｂ）低圧弁アーマチュアと高圧弁アーマチュアとの間を延びる磁気回路の副部を通過のうち、一方又は両方に磁束を向けてもよい。

前記又は各ブリッジ部材は、空隙の寸法を最小にし、そしてそれ故リラクタンスを減少する役目を果たしてもよい。ブリッジ部材は、要求通りに磁束を集中又はチャネリングさせることによってある程度磁束をそらすために、そして、隣の磁気部材に磁束を伝えるために、磁束を効率的に伝える役目を果たす。典型的には、前記又は各ブリッジ部材は、細い先端を有する。前記又は各ブリッジ部材は、前記又は各ブリッジ部材（その先細にされたブリッジ片が一つの実施形態である）の厚さがその先端に向かって減少するように、アーマチュアの移動方向に平行な第１表面と、第１表面と鋭角で交わる第２表面とを伴って、三角形の断面を有していてもよい。前記又は各ブリッジ片の先細にされた姿は、アーマチュアが電圧印加位置にあるときに、力線がより近くに一緒にあるか圧縮されることを意味する。第１平行表面は、アーマチュアのすぐ隣に、２つの部材間のリラクタンスを減らすためにそれらの間に比較的小さい空隙を有して、配置されている。これは、結果として、磁気回路全体の合計リラクタンスを減らしている。ブリッジテーパ片の比較的広い基部は、対応するアーマチュアから空隙によって離されており、アーマチュアが電圧印加位置にあるとき、ラッチ力（latching force）を増大する役目を果たす。ラッチ力は、アーマチュアを磁気回路の副部又はエンドストッパ部に当接して保持する（例えば、低圧弁アーマチュアを低圧弁が閉じられるような位置に保持するために、又は、高圧弁アーマチュアを高圧弁が開かれるような位置に保持するために）。

従って、各アーマチュアに作用する力は、最初は比較的小さいが、各アーマチュアがブリッジ部材のより厚い端部に向かって移動するのにつれて、弁体の変位とともに増大し、アーマチュアに作用する比較的高い平均力へとつながり、そしてそれ故、開弁時間又は閉弁時間の短縮につながる。アーマチュアの移動方向と平行な１つの表面を伴う、三角形の断面の使用は、磁束又は磁気回路が斜めに進むことにより磁束が空気を通過する必要性を低減する。

開弁力又は閉弁力は、共有された弁作動信号に応答して可変であってもよく、そして、流体作動機械は、少なくとも幾つかの弁の作動の間、開弁力又は閉弁力を変化させるために、開弁力又は閉弁力が加えられているときに、共有された弁作動信号を変化させるように構成されていてもよい。弁作動信号の変更は、作動室圧力、及び／又は低圧マニホールド圧力、及び／又は高圧マニホールド圧力を考慮してもよい。

例えば、開弁力又は閉弁力は、共有されたソレノイド又は複数のソレノイドを流れる電流の（例えば比例する）関数であってもよい。流体作動機械は、作動の間、平均電流を変化させるコントローラを備えていてもよい。開弁力又は閉弁力は、（必要に応じて、）低圧弁及び高圧弁の一方又は両方が開かれるか閉じられた後に、作動の間に減らされてもよい。

例えば、共有された弁作動信号は、低圧弁及び高圧弁の一方又は両方を開くか又は閉じるために適用される第１平均電流からなってもよく、その後、第１平均電流よりも小さい第２平均電流が適用されてもよい。典型的には、弁を開くか閉じるためには、弁を開位置又は閉位置に保持するためよりも、より大きな力が必要とされる。従って、（必要に応じて、）弁の一方又は両方が開くか又は閉じた後に、より小さい電流を使用することによって、エネルギが節約される。電流は、パルス状であってもよく、第１及び第２平均電流は、同じ最大電流値及び最小電流値を有し、異なるマークスペース比（mark to space ratio）を有していてもよい。

これは、特に、電気的に制御されるバルブ作動手段が、少なくとも１つのソレノイド（例えば共有されたソレノイド、又は、第１のソレノイド及び第２のソレノイド）と、低圧弁体に連結されたアーマチュア及び／又は高圧弁体に連結されたアーマチュアを通るように磁束を向けるように構成された磁気回路とを備え、ソレノイドの作動に応答した低圧弁及び高圧弁の一方又は両方の開弁又は閉弁が、初期位置から作動位置への一方又は両方のアーマチュアの移動に起因して、磁気回路のリラクタンスを減らす実施形態に適用できる。これは、前記アーマチュア又は複数のアーマチュアを作動位置に保持するために必要な平均電流は、前記アーマチュア又は複数のアーマチュアを作動位置に移動させるために必要な平均電流よりも、小さいリラクタンスに起因して、一般的に小さいからである。

流体作動機械は、開弁力又は閉弁力が低圧弁体及び高圧弁体に加えられている間に、共有された弁作動信号をステップ状（段状）に変化（典型的には、共有された弁作動信号として機能する平均電流を段状に変化）させるように構成されていてもよい。

電気的に制御されるバルブ作動手段は、低圧弁体及び高圧弁体のうち他方を通じて低圧弁又は高圧弁を作動させるために、低圧弁体及び高圧弁体のうち一方と電気的に連結されていてもよい。

低圧弁は、フェースシーティング弁（face seating valve）であってもよい。

典型的には、低圧弁又は高圧弁は、パイロット弁体を備えるパイロット弁を更に備え、電気的に制御されるバルブアクチュエータは、電気的に制御されるバルブアクチュエータの作動に応答してパイロット弁体に開弁力又は閉弁力を加えるために、パイロット弁体にも結合されている。前記又は各パイロット弁は、例えば、弁座を有していてもよく、又は、スプール弁であってもよい。

パイロット弁体に加えられる開弁力又は閉弁力は、典型的には、パイロット弁を更に備える弁に加えられる開弁力又は閉弁力と同じ方向である。パイロット弁によって、我々は、圧力差に抗して低圧弁又は高圧弁の開弁を容易にするために、使用中に低圧弁又は高圧弁よりも前に開かれる、より低スループットの弁を指す。パイロット弁によるこの容易化は、低松弁又は高圧弁を跨ぐ圧力差の除去であり、その結果、圧力差が除去されるとすぐに、低圧弁又は高圧弁の開弁が許容される。パイロット弁座は、低圧弁又は高圧弁の弁体と一体化されていてもよい。パイロット弁は、例えば、欧州特許出願公開第２，０６４，４７４号（Ｓｔｅｉｎ）、及び、欧州特許出願公開第２，３２９，１７２（Ｓｔｅｉｎ等）に開示されている。

パイロット弁は、高圧弁が圧力差に抗して開くことができないときに、使用時に特に高い圧力差を伴う用途（例えば、オフロード車、産業用液体圧力機械等）に有用であり、そして、速度が零から軸を始動するために有用である。前記又は各パイロット弁体は、各パイロット弁を備える弁の弁体と同じソレノイドによって作動させられてもよい。

低圧弁及び高圧弁は、単一のユニットに一体化されていてもよい。

電気的に制御されるバルブ作動手段が反応する共有された弁作動信号は、電流、電圧又は他の電気信号の有り又は無しであってもよい。電気的に制御されるバルブ作動手段は、共有された弁作動信号の大きさ、又はその周波数、又は(実施形態では共有された弁作動信号は、変調されたパルス幅である)、そのマークスペース比に応答してもよい。電気的に制御されるバルブ作動手段は、共有された弁作動信号に応答して開弁力又は閉弁力を加え始めてもよく、そして、共有された弁非作動信号に応答して開弁力又は閉弁力を加えることを停止してもよい。

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、選択可能な動作モードにてポンプ又はモータとして動作可能なポンプモータ（pump-motor）であってもよい。流体作動機械は気体圧力式であってもよい。流体作動機械は液体圧力式であってもよい。

本発明は、電気的に制御されるバルブ作動手段が、共有された弁作動信号に応答して、低圧弁体及び高圧弁体に一斉に加えられる開弁力又は閉弁力を引き起こし、低圧弁体及び高圧弁体は、加えられた力の結果として、異なる時間に動く、本発明の第１の態様の流体作動機械の作動室に関連する低圧弁及び高圧弁の制御方法にまで、第２の態様にて及んでいる。

電気的に制御されるバルブ作動手段は、低圧弁体及び高圧弁体の両方に結合された、共有された電気的に制御されるバルブアクチュエータを備えていてもよい。

電気的に制御されるバルブアクチュエータは、開弁力又は閉弁力を低圧弁体及び高圧弁体に直接加えてもよい。

電気的に制御されるバルブアクチュエータは、低圧弁体及び高圧弁体の両方に加えられる開弁力又は閉弁力を同時に引き起こし、低圧弁体及び高圧弁体は、加えられた力に応答して、異なる時間に動いてもよい。

本発明の第２の態様の更なる選択的な特徴は、第１の態様と関連して上述されたものに対応する。

本発明の実施形態は以下の図面を参照して説明される。
図１は、従来技術の作動流体機械の概略図である。 図２は、各弁のために別々のアクチュエータを採用している、本発明の実施形態の概略図である。 図３は、図２の実施形態における弁を作動させるための回路の概略図である。 図４は、共有された電気的に制御されるバルブアクチュエータを採用している、本発明の実施形態の概略図である。 図５は、連結されたピストンを用いる本発明の実施形態の概略図である。 図６Ａは、両方の弁体が一つのソレノイドによって直接駆動される本発明の一実施形態の概略的な半径方向断面図である。 図６Ｂは、両方の弁体が一つのソレノイドによって直接駆動される本発明の一実施形態の概略的な半径方向断面図である。 図６Ｃは、両方の弁体が一つのソレノイドによって直接駆動される本発明の一実施形態の概略的な半径方向断面図である。 図７は、両方の弁体が一つのソレノイドによって直接駆動される本発明の他の一実施形態の概略的な半径方向断面図である。 図８は、両方の弁体が一つのソレノイドによって直接駆動される本発明の一実施形態の断面図である。 図９Ａは、図８の細部である。 図９Ｂは、高圧弁が開いた後の対応する細部である。 図１０は、ポンピング（上方の線）及びモータリング（下方の線）の両方のための、低圧弁位置、高圧弁位置、作動室圧力、及び、共通の作動制御信号を示している。 図１１Ａは、並列又は直列にて、各弁体と関連するアーマチュアを通るように、一つのソレノイドからの磁束が向けられる、本発明の一実施形態の概略的な半径方向断面図である。 図１１Ｂは、並列又は直列にて、各弁体と関連するアーマチュアを通るように、一つのソレノイドからの磁束が向けられる、本発明の一実施形態の概略的な半径方向断面図である。

図１は、作動流体機械１における一個の作動室２の概略図である。流体の正味スループットは、作動流体機械の各作動室と流体マニホールドとの間の流体的な連通を調整するために、作動室容積のサイクルとの位相整合関係（phased relationship）で、電気的に制御される弁の能動的な制御によって決定される。各作動室は、所定の固定された体積の流体を押しのけるか、又は、流体を正味全く押しのけない非アクティブサイクルを経るか、サイクル単位でコントローラによって選択可能であり、これにより、要求に対し、ポンプの正味スループットを動的に合わせることができる。

各作動室２は、シリンダ４の内面及びピストン６によって規定される容積を有する。ピストン６は、クランク機構９によってクランクシャフト８により駆動され、そして、作動室の容積を周期的に変化させるためにシリンダ内で往復運動する。軸位置速度センサ１０は、軸の瞬間的な角度位置及び回転速度を測定し、そして、軸位置信号及び軸速度信号をコントローラ１２に送信し、コントローラが各作動室のサイクルの瞬間的な位相を決定することを可能とする。コントローラは、典型的には、格納されたプログラムを使用時に実行するマイクロプロセッサ又はマイクロコントローラを備える。

作動室は、能動的に制御される、フェースシールポペット弁（face-sealing poppet valve）１４の形の低圧弁を備える。低圧弁は、作動室に向けて内側に向き、作動室から低圧マニホールド１６に延びる流路を選択的に閉鎖するよう作動可能である。作動室は、更に高圧弁１８を備える。高圧弁は、作動室から外側を向き、作動室から高圧マニホールド２０に延びる流路を選択的に閉鎖するよう作動可能である。

作動室容積の各サイクルの間、低圧弁が能動的に閉じられるか、又は、幾つかの実施形態では、能動的に開いた状態に保持されるかを、コントローラが選択することができるように、少なくとも低圧弁は能動的に制御される。幾つかの実施形態では、高圧弁が能動的に制御され、そして、幾つかの実施形態では、高圧弁が受動的に制御される弁であり、例えば、圧力放出逆止弁（pressure delivery check valve）である。

流体作動機械は、ポンピングサイクルを実行するポンプであってもよく、又は、モータリングサイクルを実行するモータであってもよく、又は、選択可能な動作モードにてポンプ又はモータとして動作可能であり、その結果としてポンピングサイクル又はモータリングサイクルを実行可能なポンプモータであってもよい。

フルストロークポンピングサイクルは、欧州特許出願公開第０，３６１，９２７号に記載されている。作動室の膨張行程の間、低圧弁が開かれ、低圧マニホールドから液体圧力流体が受け容れられる。下死点又はその周辺において、コントローラは、低圧弁が閉じられるべきか否かを決定する。低圧弁が閉じられた場合、後続の作動室容積の減少段階で、作動室内の流体は加圧されて高圧弁に向けて放出され、その結果、ポンピングサイクルが起こり、ある体積の流体が高圧マニホールドに排出される。それから、低圧弁が、上死点又はその直後に再び開く。低圧弁が開いたままの場合、作動室内の流体は、低圧マニホールドに送り返され、アイドルサイクルが起こる。アイドルサイクルでは、高圧マニホールドへの流体の正味排出量は無い。

幾つかの実施形態では、低圧弁は、開くように付勢され、そして、モータリングサイクルが選択された場合にコントローラによって能動的に閉じられることを必要とする。他の実施形態では、低圧弁は、閉じられるように付勢され、そして、アイドルサイクルが選択された場合にコントローラによって能動的に開いた状態に保持されることを必要とする。高圧弁は、能動的に制御されてもよく、或いは、受動的に開く逆止弁であってもよい。

フルストロークモータリングサイクルは、欧州特許出願公開第０，４９４，２３６号に記載されている。縮小行程の間、流体は、低圧弁を通じて低圧マニホールドに放出される。コントローラによって、アイドルサイクルが選択されることができ、その場合、低圧弁が開いたままである。しかしながら、フルストロークモータリングサイクルが選択された場合、低圧弁は上死点の前で閉じられ、その結果、作動室の容積の減少が続くのにつれて、作動室内での圧力の蓄積が引き起こされる。十分な圧力が蓄積されると、典型的には上死点の直後に、高圧弁が開かれ、そして、流体が高圧マニホールドから作動室に流入する。下死点の直前に、高圧弁は能動的に閉じられ、そうすると作動室の圧力が低下し、低圧弁が下死点の周辺又は直後に開くことが可能になる。

幾つかの実施形態では、モータリングサイクルが選択された場合、低圧弁は、開くように付勢され、そして、コントローラによって能動的に閉じられる必要がある。他の実施形態では、アイドルサイクルが選択された場合、低圧弁は、閉じられるように付勢され、そして、コントローラによって能動的に開いた状態に保持される必要がある。低圧弁は、典型的には受動的に開くが、開弁のタイミングが注意深く制御されることを可能にするために、能動的な制御下で開いてもよい。従って、低圧弁は、能動的に開かれてもよく、或いは、低圧弁が能動的に開いたままに保持されている場合、この能動的な保持が停止されてもよい。高圧弁は、能動的又は受動的に開かれてもよい。典型的には、高圧弁は能動的に開かれる。

幾つかの実施形態では、アイドルサイクルとフルストロークポンピングサイクル及び／又はフルストロークモータリングサイクルとの間でのみ選択することに代えて、流体作動コントローラは、部分的なストロークポンピングサイクル（partial stroke pumping cycle）及び／又は部分的なストロークモータリングサイクル（partial stroke motoring cycle）を引き起こすために、弁タイミングの正確な位相整合（phasing）の変更も実行可能である。

部分的なストロークポンピングサイクルでは、作動室の最大行程容積の一部のみが高圧マニホールドに排出されるように、低圧弁が、排出行程の終わりに閉じられる。典型的には、低圧弁の閉弁は、上死点の直前まで遅延される。

部分的なストロークモータリングサイクルでは、高圧マニホールドから受け容れる流体の体積、そして従って流体の正味排出量が、そうしない場合よりも小さくなるように、膨張行程の途中で高圧弁が閉じられ、且つ、低圧弁が開かれる。

図２を参照すると、第１実施形態では、コントローラが、信号出力配線３０を通じて共有された弁作動信号を送信する。共有された弁作動信号は、低圧弁及び高圧弁のソレノイドに適用される電流であってもよく、又は、例えば、デジタル信号に応答して低圧弁及び高圧弁のソレノイドに電流を適用する回路を制御するために使用されるデジタル信号であってもよい。共有された弁作動信号に応答して、電流が低圧弁及び高圧弁の両方のソレノイドに適用されると、それらは両方同時に電圧が印加されることができ、そこで、低圧弁ソレノイドは低圧弁体に閉弁力を加え、そして同時に、高圧弁は高圧弁体に開弁力を加えることができる。しかしながら、低圧弁体及び高圧弁体は独立して動くことができるので、低圧弁体は、電流が適用されると典型的にはほぼすぐに動き始めるが、高圧弁体は、高圧弁体を跨ぐ、作動室と高圧マニホールドとの間の圧力差が閾値よりも下に低下するまで、典型的には動き始めない。

図３は、低圧弁ソレノイド３８Ａ及び高圧弁ソレノイド３８Ｂが、コントローラによって、どのようにして駆動され得るかを示している。この例では、コントローラは、ＦＰＧＡ３２によって処理される共有された弁作動信号を、デジタル信号の形で生成する。ＦＰＧＡは、各々の弁のための別々のＦＥＴドライバ３４Ａ，３４Ｂに並列に送信される信号を生成する。対応するＦＥＴドライバの各々は、対応するソレノイドに適用される電流を順に生成する、対応する弁と関連するＦＥＴ３６Ａ，３６Ｂを駆動する。しかしながら、本技術分野の当業者は、低圧弁ソレノイド及び高圧弁ソレノイドの制御がどこで分けられるかは設計事項であることが分かるであろう。例えば、一つのＦＥＴドライバが２つのＦＥＴを駆動してもよく、一つのＦＥＴが、低圧弁ソレノイド及び高圧弁ソレノイドの両方に、並列又は直列に流される電流を提供する等してもよい。図３の制御回路、低圧弁ソレノイド及び高圧弁ソレノイドは、協働して、電気的に制御されるバルブ作動手段として機能する。

図４は、本発明による第２の作動流体機械の作動室の概略図である。共有された電気的に制御されるバルブアクチュエータ５０が、低圧弁及び高圧弁の両方の弁体（図４では示されていない）に組み合わされている。共有された弁作動信号が、制御配線５２を通じてコントローラによって送信される。共有されたバルブアクチュエータが作動させられたとき、低圧弁を開くように付勢し、且つ、高圧弁を開くように付勢するために、力が、低圧弁及び高圧弁の弁体に加えられる。しかしながら、高圧弁体及び低圧弁体は独立して動くことができ、そして、共有されたアクチュエータが作動させられた直後に低圧弁体は典型的に動き始めるが、作動室内の圧力が高圧弁の開弁可能なレベルまで増大する間、高圧弁体が動くことができるようになるまでには遅延がある。

共有されたバルブアクチュエータ装置（actuator arrangement）の第１の例は、図５に示されている。ピストン１００は、主シリンダ１０２に摺動可能にはめ込まれ、ソレノイド作動アクチュエータ（solenoid operated actuator）１０４によって駆動される。ソレノイド作動アクチュエータが、制御配線５２を通じて受け取った共有制御信号によって作動されたとき、液体圧力流体が、液体圧力接続１０６を通じて、ピストン１１２及び１１４を備える従シリンダ１０８，１１０に排出される。ピストン１１２及び１１４は、低圧弁座１２４に向けて低圧弁体を付勢するため、及び、高圧弁座１２６から高圧弁体を離れるよう付勢するため、弁棒１１６，１１８を介して、低圧弁体１２０及び高圧弁体１２２に連結されている。従って、ソレノイド作動アクチュエータの作動は、低圧弁体に加えられる力を引き起こして、低圧弁座に向けて低圧弁体を付勢させ、これにより低圧弁を閉じ、そして同時に、高圧弁体に加えられる力を引き起こして、高圧弁座から高圧弁体を離れるよう付勢させ、これにより高圧弁を開くが、高圧弁体は、低圧弁体に対し異なる時間に動くことができ、実際にもそう動く。

図６Ａを参照すると、他の実施形態では、ソレノイドコイル２００が、電気的に制御されるバルブアクチュエータとして機能する。ソレノイドコイルは、第１磁気回路部材２０２（磁気回路の主要部の一部として機能する）と、低圧弁棒２０８を介して低圧弁体（不図示）に連結された低圧弁アーマチュア２０６及び高圧弁棒２１２を介して高圧弁体（不図示）に連結された高圧弁アーマチュア２１０を通過するように磁束を向ける、第２磁気回路部材２０４（磁気回路の副部の一部として機能する）とからなる磁気回路を通じて、低圧弁体及び高圧弁体（不図示）に連結されている。低圧弁及び高圧弁は、低圧弁アーマチュア及び弁棒のソレノイドに向かう軸方向での移動によって低圧弁が閉じられ、そして、高圧弁アーマチュア及び弁棒のソレノイドに向かう軸方向での移動によって高圧弁が開かれるように構成されている。本実施形態では、図中、符号２０６が付された部品は低圧弁アーマチュアであり、符号２１０が付された部品は高圧弁アーマチュアであるが、低圧弁アーマチュア及び高圧弁アーマチュアは、他の実施形態では交換可能である。

磁気回路部材は、典型的には鋼鉄からなり、特に適した材料は、珪素鋼、シリコンコア鉄（silicon core iron）又はフェライト系ステンレス鋼である４３０ＦＲを含む。電流がソレノイドに流されるとき（共有された弁作動信号として機能する）、磁束は、磁気回路部材の周辺、及び、低圧弁アーマチュア及び高圧弁アーマチュアを直列に通過するよう向けられる。この結果、力が両方のアーマチュアに作用し、ソレノイドに向けて（図６Ａでは上方に）それらを軸方向に付勢する。これは、低圧弁体に開弁力を加え、高圧弁体に閉弁力を加える。

図６Ｂ及び６Ｃは、類似の原理で作動する他の実施形態を示している。図６Ｃの配置では、アーマチュアは互いに向けて付勢される。各弁体の移動範囲は、一方向では対応する弁座によって決定され、そして、他方向では対応するエンドストッパによって決定される。エンドストッパは、弁体と係合してもよく、あるいは、弁体に連結されたアーマチュアの一部と係合してもよい。

図７は、大まかに言えば図４の実施形態に対応する、他の実施形態を示しているが、磁気回路は、非磁性支持部材２１４によって支持された、磁気連結部（磁気回路の副部として機能する）２０４を含んでいる。磁気連結部は、低圧弁アーマチュア及び高圧弁アーマチュアの両方の隣に位置し、軸方向第１表面２２０及び傾斜反対表面２２２を有する先細にされたブリッジ片２１６，２１７を含む。他のブリッジ片２１８は、ソレノイドに向けた高圧弁アーマチュアの最大の軸方向での進行を規定するエンドストッパ２２４の隣の磁気回路の部分から延びている。

アーマチュアは、軸方向第１表面に対し平行に移動し、そして、ブリッジ片の先細にされた形状の結果として、弁アーマチュアに作用する軸方向の力は、アーマチュアがそれらの「作動位置」（電気的に制御されるバルブアクチュエータの作動に応答してそれらがそこに向けて付勢される位置）に向けて移動するのにつれて増大する。これは、弁体がソレノイドに向けたそれらの移動を完了し、各バルブが開くか又は閉じたときに、変位させられた位置で弁体をラッチ（保持）するために必要とされる電流は、弁体の移動を開始するために必要とされる電流よりも、小さいことを意味する。先細にされたブリッジ片２１６は、どちらのアーマチュアが軸方向で変位しても、磁力を変化させない。その機能は、高圧弁アーマチュアを軸方向に並べることを助けること、磁気回路経路内に追加的な金属を提供すること（磁気飽和を回避することを助けるために）、そして、磁束が進む必要がある距離を減らすことである（低減されたリラクタンス）。

先細にされたブリッジ片２１７及び他のブリッジ片２１８は、磁気回路の比例制御の態様を提供する。これらブリッジ片の「先端」部は、ソレノイドが作動されるとすぐに飽和する。飽和すると、磁束はこの部分を流れることができず、従って飽和した領域の周囲を流れる。磁気的に、飽和した領域は空隙に等しく、それ故、飽和した領域周辺の他の経路を磁束が見つける傾向が強くなる。

ブリッジ片の全長は、先が切り取られた位置によって部分的に決定され、各対応するアーマチュアのストローク長を決定する。ブリッジ片の傾斜角は飽和するまでの時間を決定し、従って、飽和するまでの時間は選択され得る。一般的に、軸方向第１表面２２０と傾斜反対表面との内角が大きいほど、飽和までの時間が長くなる。各ブリッジ片の傾斜角は、各アーマチュアに加えられる力、従って両方のスタート時間、そして、各アーマチュアの相互の初期移動特性を変化させるために、互いに調整され得る。

図８は、図６Ａ及び６Ｂの概略的な原理に基づいた、一体化された弁装置（valve arrangement）２２５を示している。一体化された弁装置は、低圧弁及び高圧弁の両方と、容積が周期的に変化する作動室２２７を規定するために、ピストン（不図示）を摺動可能に受け入れるシリンダ２２６とを備える。対応する特徴は、対応する符号を有する。

低圧弁アーマチュア及び弁軸２０８は、低圧弁体２２８と一体に形成されていること、及び、低圧弁は、低圧弁体を低圧弁座２３０と密封接触させることにより低圧弁を閉じるために軸方向にてソレノイドに向かって動くことがわかる。低圧弁体は、ばね２３２によって開位置に向けて付勢され、そして、ソレノイドからの力が、全体的な付勢の方向を逆転させる。

高圧弁体２３４は、ばね２３７によって高圧弁座２３６に向かって付勢され、そして、ソレノイドの作動は、全体的な付勢の方向を逆転させる。一体化された高圧弁及び低圧弁は、低圧マニホールド２４０及び高圧マニホールド２４２との接続を分離するオイルシール２３９とともに、シャーシ２３８内の所定位置に締まりばめによって保持されている。また、非磁性材料（例えばプラスチック材料、非磁性ステンレス鋼、又は、真鍮）からなる筒２４４が、磁気回路の一部である中央コア２４６の周辺に設けられ、そして、磁束経路を規定し且つ高圧弁アーマチュアを通るように磁束を案内するために、非磁性材料からなる他の筒２４８が、シリンダの外に設けられている。

図９Ａ及び９Ｂは、図８の細部を示している。高圧弁体が閉弁位置からソレノイドに向かって軸方向に移動したときに、磁気回路経路２５４を通過する磁束の通路を最大にし、その結果として全電流が減らされ、従って、所定の圧力差に抗して高圧弁体を開いた状態に保持するための電力消費が減らされるよう、突部及び高圧弁体を通過する磁気回路経路２５２のリラクタンスが増大されるように、磁気回路部材において、高圧弁アーマチュアは突部２５０の隣に配置されている。閉弁位置では、高圧弁体は、開弁位置に向けた図９Ａに示される位置を有し、開弁位置では、高圧弁体は図９Ｂに示される位置を有する。

配置（layout）９Ａは、低圧弁に対し良好な力を発生させられるように、多くの磁束が、小さいリラクタンスにて、半径方向にて高圧弁アーマチュアに入り出ていくことを初期に許容する。低圧弁が閉じ、且つ、圧力を等しくするために部分的なストロークポンピングサイクルが起きたとき、この圧力パルスは、高圧弁アーマチュアが上方に動くことを助ける（代わりに、半径方向の磁束経路は、その後幾つかの磁束が上向き力を生成しながら軸方向に入って去るよう強制される、飽和を開始することができるよう、十分に薄くされ得る）。それが動き出した後、高圧弁アーマチュアを半径方向に横切る磁束経路は遮断され（アーマチュアが上方に移動するにつれて、「突部」２５０のために、半径方向の磁束経路は面積が減少する）、そして、磁束は軸方向に流れるよう強制され、軸方向の上向き力を生成する。それがラッチ位置に位置すると、磁束は、強力なラッチ力を生成しながら、軸方向にてアーマチュアに入り及び／又はアーマチュアから出て、そしてその後、電流は、効率的なラッチを与えるために、低下させることができる。

図１０は、ポンピングサイクルの間における、低圧弁位置３００Ａ、高圧弁位置３０２Ａ、共有された制御信号の値（例えば、ソレノイドを流れる電流）３０４Ａ、及び、作動室圧力３０６Ａ（低圧マニホールド圧力３０８に対し）の変化、及び、モータリングサイクルの間における、低圧弁位置３００Ｂ、高圧弁位置３０２Ｂ、共有された制御信号の値（例えば、ソレノイドを流れる電流）３０４Ｂ、及び、作動室圧力３０６Ｂの変化を示している。事象のタイミングは、最大容積、下死点（ＢＤＣ）の時点と、最小容積、上死点（ＴＤＣ）の時点との間で、作動室容積３１０のサイクルに対して示されており、図６Ａ、４Ｂ、６Ｃ、７及び８に示された弁に適用可能である。

ポンピングサイクルの間、下死点の直前に、電流（共有された制御信号として機能する）がソレノイド（共有されたアクチュエータとして機能する）に流される。その結果として、閉弁力が低圧弁体に加えられ、且つ、開弁力が高圧弁体に加えられる。何れの場合も、アーマチュアからの力は、各ばねからの付勢力を超え、各弁体に対する正味の付勢力の向きを変化させる。低圧弁はすぐに開き始め、能動的なポンピングサイクルにつながる（代わりに、信号が送信されなかった場合、低圧弁は開いた状態を維持し、アイドルサイクルが起こる）。作動室が密閉されながら縮小するにつれて、作動室内の圧力は上昇し、そして、高圧弁を開くように付勢する正味の力が高圧弁体を跨ぐ圧力差から生じる高圧弁を閉じるように付勢する力を超えるように、作動室と高圧弁マニホールドとの間の圧力差が十分に小さくなると、高圧弁が開く。高圧弁が開くと、ソレノイドからの力は、典型的には更には必要なく、電流が切られ得る。

ピストンが上死点に到達するとき、高圧弁は受動的に閉じ、作動室が再び膨張しはじめる。それから、低圧弁を付勢するばねが、低圧弁体を跨ぐ圧力差に起因する力を超えることができるように、作動室内の圧力が低圧マニホールドに十分に近付くと、低圧弁が開く。

モータリングサイクルの間、上死点の直前に、電流がソレノイドに適用され、これは、低圧弁をすぐに閉じさせるが、高圧弁は、作動室と高圧マニホールドとの間の圧力差に起因してすぐには開くことができない。しかしながら、作動室が密閉されると、高圧弁が開くまで圧力が急速に上昇する。高圧弁が開くと、低圧弁を閉位置に保持し、且つ、高圧弁を開位置に保持するために必要とされる平均ソレノイド電流は低減され、そこで、パルス波変調を使用して、電流パルスのマークスペース比を可及的に減じることによって、ソレノイドを流れる平均電流が減じられる。これは、全体的なエネルギ消費を減少させる。従って、低圧弁が閉じ且つ高圧弁が開くと、ソレノイドを流れる平均電流に段状の減少変化３１２が存在する。

磁束が、低圧弁アーマチュア及び高圧弁アーマチュアを直列で通過するよう向けられる配置に加え、一つのソレノイドが、両方のアーマチュアに対し、それらを並列に通過するように磁束を向けることによって、力を加えることも可能である。これは、図１１Ａ及び１１Ｂに示されており、図１１Ａ及び１１Ｂでは、磁気回路部材２０２が、低圧弁アーマチュア２０６及び高圧弁アーマチュア２１０の両方を同時に通過するように磁束を向ける。図１２Ｂに示される配置は、該配置では磁気回路部材と各アーマチュアとの間に重要な隙間２６０が存在しており、これは、一つのアーマチュアのそれがコア２４６に座るまでの移動が、動いていたアーマチュアを通過する磁気回路経路のリラクタンスを減少させる程度を減らし、動いていなかったアーマチュアに加えられる力を減少させるので、好ましい。

従って本発明は、小型であって、流体作動機械がアクティブサイクルと非アクティブサイクル（inactive cycle）を選択することを可能にするために、低圧弁及び高圧弁の両方が能動的に制御されることを可能にするために、一つの制御信号のみを必要とする、機構を提供する。これは、配線の必要性を減らし制御を単純にする。

幾つかの実施形態では、作動室容積のサイクルに対する一つの共有された制御信号のタイミングは、コントローラが、アクティブポンピングサイクルとアクティブモータリングサイクルを選択することを可能にする。作動室容積のサイクルに対する一つの共有された制御信号のタイミング（位相整合）は、各アクティブサイクルの間において押しのけられる最大作動室容積の正確な量(fraction)を決定するために、変化させることができる。

低圧弁体及び高圧弁体が動くと、それらを（低圧弁の場合は閉位置に、高圧弁の場合は開位置に）保持するために必要とされる力は減じられ、そして、特にモータリングサイクルの間において、例えばソレノイドを流れる平均電流を減少させることによって、電力消費を減少させることができ、これにより全体として機械の効率を高くすることができる。

ここに開示された本発明の要旨内において、更なる変更及び改良をすることができる。

１ 流体作動機械
２ 作動室
４ シリンダ
６ ピストン
８ クランクシャフト
９ クランク機構
１０ 軸位置速度センサ
１２ コントローラ
１４ 低圧弁
１６ 低圧マニホールド
１８ 高圧弁
２０ 高圧マニホールド
３０ 信号出力配線
３２ ＦＰＧＡ
３４Ａ，３４Ｂ ＦＥＴドライバ
３６Ａ，３６Ｂ ＦＥＴ
３８Ａ，３８Ｂ 高圧弁ソレノイド
５０ 共有された電気的に制御されるバルブアクチュエータ
５２ 制御配線
１００ ピストン
１０２ 主シリンダ
１０４ ソレノイド作動アクチュエータ
１０５ 液体圧力接続
１０８，１１０ 従シリンダ
１１２，１１４ ピストン
１１６，１１８ 弁軸
１２０ 低圧弁体
１２２ 高圧弁体
１２４ 低圧弁座
１２６ 高圧弁座
２００ ソレノイドコイル
２０２ 磁気回路の主要部（第１磁気回路部）
２０４ 磁気回路の副部（第２磁気回路部）
２０６ 低圧弁アーマチュア
２０８ 低圧弁軸
２１０ 高圧弁アーマチュア
２１２ 高圧弁軸
２１４ 非磁性支持部材
２１６，２１７ 先細にされたブリッジ片
２１８ 他のブリッジ片
２２０ 第１表面
２２２ 反対表面
２２４ エンドストッパ
２２５ 一体化されたバルブ装置
２２６ シリンダ
２２７ 作動室
２２８ 低圧弁体
２３０ 低圧弁座
２３２ ばね
２３４ 高圧弁体
２３６ 高圧弁座
２３７ ばね
２３８ シャーシ
２３９ オイルシール
２４０ 低圧マニホールド
２４２ 高圧マニホールド
２４４ 非磁性材料の筒
２４６ 中央コア
２４８ 非磁性材料の筒
２５０ 突部
２５２ 磁気回路経路
２５４ 磁気回路経路
２６０ 隙間
３００Ａ ポンピングサイクルの間における低圧弁位置
３００Ｂ モータリングサイクルの間における低圧弁位置
３０２Ａ ポンピングサイクルの間における高圧弁位置
３０２Ｂ モータリングサイクルの間における高圧弁位置
３０４Ａ ポンピングサイクルの間における共有された制御信号
３０４Ｂ モータリングサイクルの間における共有された制御信号
３０６Ａ ポンピングサイクルの間における作動室圧力
３０６Ｂ モータリングサイクルの間における作動室圧力
３０８ 低圧マニホールド圧力
３１０ 作動室容積

Claims (20)

1. 容積が周期的に変化する少なくとも一つの作動室と、
   低圧流路と、
   高圧流路と、
   前記作動室と前記低圧流路との間の流体の流れを調整するための低圧弁と、
   前記作動室と前記高圧流路との間の流体の流れを調整するための高圧弁と、
   を備える、作動流体機械において、
   前記低圧弁及び前記高圧弁は、作動室による作動流体の正味押しのけ量を決定するために、作動室容積の各サイクルで選択的に作動可能であり、
   前記低圧弁は低圧弁体を備え、
   前記高圧弁は高圧弁体を備え、
   前記低圧弁体及び前記高圧弁体は、開位置と閉位置との間を独立して移動可能であり、
   前記作動流体機械は、共有された弁作動信号に応答して、前記低圧弁体に加えられる開弁力又は閉弁力を引き起こすとともに、前記高圧弁体に加えられる開弁力又は閉弁力を引き起こすように構成された電気的に制御されるバルブ作動手段を更に備える、
   作動流体機械。
2. 前記電気的に制御されるバルブ作動手段は、前記低圧弁体及び前記高圧弁体に一斉に加えられる前記開弁力又は前記閉弁力を引き起こすが、それらは、前記作動室、前記低圧流路及び前記高圧流路の圧力変化に応じて、異なる時間にそれぞれ開き又は閉じる、
   請求項１に記載の作動流体機械。
3. 前記低圧弁は、前記低圧弁体を開位置に向かって付勢する低圧弁バイアス部材を備え、
   前記高圧弁は、前記高圧弁体を閉位置に向かって付勢する高圧弁バイアス部材を備え、そして、
   前記電気的に制御されるバルブアクチュエータによって引き起こされる力は、前記低圧弁バイアス部材及び前記高圧弁バイアス部材の付勢力と対抗する、
   請求項１に記載の作動流体機械。
4. 前記低圧弁体は、１つ以上の低圧弁バイアス部材によって、前記開位置か前記閉位置に向かって付勢され、
   前記高圧弁体は、１つ以上の高圧弁バイアス部材によって、前記開位置か前記閉位置に向かって付勢され、そして、
   前記電気的に制御されるバルブアクチュエータによって引き起こされる前記開弁力又は前記閉弁力は、１つ以上の前記低圧弁体及び前記高圧弁体によって前記低圧弁体及び前記高圧弁体に加えられる正味の付勢力と対抗して上回る、
   請求項１に記載の作動流体機械。
5. 前記電気的に制御されるバルブ作動手段は、第１のソレノイドと第２のソレノイドとを備え、
   低圧弁は、第１のソレノイドと、低圧弁体に連結されたアーマチュアと、第１のソレノイドによって生成された磁束を、低圧弁体を作動させるために低圧弁アーマチュアを通過するよう向けるように構成された磁気回路とを備え、
   高圧弁は、第２のソレノイドと、高圧弁体に連結された高圧弁アーマチュアと、第２のソレノイドによって生成された磁束を、第２のソレノイドを作動させるために高圧弁アーマチュアを通過するよう向けるように構成された磁気回路とを備えている、
   請求項１に記載の作動流体機械。
6. 前記電気的に制御されるバルブ作動手段は、前記低圧弁体及び前記高圧弁体の両方に結合され、共有された弁作動信号に応答して、前記低圧弁体に加えられる開弁力又は閉弁力を引き起こすとともに、前記高圧弁体に加えられる開弁力又は閉弁力を引き起こすように構成された、共有された電気的に制御されるバルブアクチュエータを備える、
   請求項１に記載の作動流体機械。
7. 前記電気的に制御されるバルブアクチュエータは、前記電気的に制御されるバルブアクチュエータが作動させられたときに動かされるように構成された被作動要素を含み、前記低圧弁体に加えられる前記開弁力又は前記閉弁力、及び、前記高圧弁体に加えられる前記開弁力又は前記閉弁力は、前記被作動要素の動きに連動する、
   請求項６に記載の作動流体機械。
8. 前記電気的に制御されるバルブアクチュエータは、液体圧力アクチュエータ、気体圧力アクチュエータ又は機械的アクチュエータであり、
   前記低圧弁体及び前記高圧弁体の各々は、前記電気的に制御されるバルブアクチュエータと液体圧力的、気体圧力的又は機械的に適宜連結された液体圧力アクチュエータ、気体圧力アクチュエータ又は機械的アクチュエータによってそれぞれ駆動される、
   請求項６に記載の作動流体機械。
9. 前記共有された電気的に制御されるバルブアクチュエータはソレノイドを備え、
   前記低圧弁体及び前記高圧弁体の各々は対応するアーマチュアに連結され、
   両方のアーマチュアは同じソレノイドによって駆動される、
   請求項５に記載の作動流体機械。
10. 前記ソレノイドを通って延在する磁気回路を備え、
    前記磁気回路は、両方のアーマチュアを通るように磁束を向けるように構成されている、
    請求項９に記載の作動流体機械。
11. 前記磁気回路は、両方のアーマチュアを直列で通るように磁束を向けるように構成されている、
    請求項１０に記載の作動流体機械。
12. 前記磁気回路は、両方のアーマチュアを並列で通るように磁束を向けるように構成されている、
    請求項１０に記載の作動流体機械。
13. 前記開弁力又は前記閉弁力は、弁作動信号に応答して可変であり、
    前記流体作動機械は、少なくとも幾つかの弁の作動の間、前記開弁力又は前記閉弁力を変化させるために、前記開弁力又は前記閉弁力が加えられているときに、弁作動信号を変化させるように構成されている、
    請求項１に記載の作動流体機械。
14. 前記流体作動機械は、前記開弁力又は前記閉弁力が前記低圧弁体及び前記高圧弁体に加えられている間に、前記弁作動信号をステップ状に変化させるように構成されている、
    請求項１３に記載の作動流体機械。
15. 前記低圧弁はフェースシーティング弁である、
    請求項１に記載の作動流体機械。
16. 前記高圧弁はフェースシーティング弁である、
    請求項１に記載の作動流体機械。
17. 前記低圧弁又は前記高圧弁は、パイロット弁座を有するパイロット弁を更に備え、
    前記電気的に制御されるバルブ作動手段は、前記電気的に制御されるバルブアクチュエータの作動に応答して前記パイロット弁に開弁力又は閉弁力を加えるために、パイロット弁体にも結合されている、
    請求項１に記載の作動流体機械。
18. 前記低圧弁及び前記高圧弁は、単一のユニットに一体化されている
    請求項１に記載の作動流体機械。
19. 請求項１に記載の流体作動機械の作動室に関連する低圧弁及び高圧弁の制御方法であって、
    前記電気的に制御されるバルブ作動手段が、共有された弁作動信号に応答して、前記低圧弁体及び前記高圧弁体に一斉に加えられる開弁力又は閉弁力を引き起こし、前記低圧弁体及び前記高圧弁体は、加えられた力の結果として、異なる時間に動く、
    低圧弁及び高圧弁の制御方法。
20. 前記電気的に制御されるバルブ作動手段は、前記低圧弁体及び前記高圧弁体の両方に結合された、共有された電気的に制御されるバルブアクチュエータを備える、
    請求項１９に記載の方法。

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