JP2004116778A - 比例圧力調整弁 - Google Patents

Abstract

【課題】　変速機のシフトフィーリングを向上させることができる負荷依存性の制御段を備えた比例圧力調整弁を提供する。
【解決手段】　負荷依存性制御段は磁力の調整のための少なくとも２つのギャップ（１０、１２）を有する比例電磁石（１）によって得られる。ギャップ（１０、１２）の大きさを互いに独立に調整することができる。第１のギャップ（１２）は電流に応じて調整されるが、第２のギャップ（１０）の大きさは油圧回路の負荷要求に比例して適応させられる圧縮力によって調整される。
【選択図】　図１

Description

　本発明は請求項１の上位概念に基づく比例圧力調整弁に関する。また発明は請求項１７の上位概念に基づく、比例圧力調整弁による作動油の圧力レベルの調整方法を包含する。　　　

　変速機、特に自動車自動変速機では油圧回路の圧力が需要向きに制御される。変速機部品の潤滑油供給の場合は油圧回路の圧力レベルを低く保つことができるが、シフト操作時には例えばシフト要素に迅速に給入できるように、圧力を大幅に引き上げなければならない。

　先行技術によれば油圧回路の圧力制御のために圧力調整装置が使用され、圧力調整装置はクラッチ操作のための従動スライドを制御する。従動スライドの制御は圧力調整装置の内部で、とりわけ磁心、磁気コイル及び接極子からなる比例電磁石によって行われる。その場合比例電磁石は出力量である力に比例してコイル電流を制御する。即ちクラッチ制御のためにコイル電流に応じて接極子及び従動スライドが制御される。その結果得られる圧力調整装置の磁力−電流特性曲線から、自動変速機の電気油圧式制御でクラッチの適応のために望ましい圧力−電流特性曲線が生じる。

　出願人のドイツ国特許出願公開公報ＤＥ１０００３８９６Ａ１明細書には、固定された比例電磁石、磁気コイル、可動の接極子及び所定の制御系によって後続のすべり弁を需要に応じて調整し、こうして油圧回路の圧力を制御する圧力調整装置が記載されている。圧力−電流特性曲線は初めから連続的に上昇する経過を有する。即ち電流強度の増加とともに圧力も増加する。ところが実際には圧力−電流特性曲線の勾配は運転時の要求にとって大きすぎるので、圧力−電流特性曲線は傾きがあまりに急であり、このため圧力制御の電流感度は快適な変速操作のために十分でない。とりわけ低圧低負荷の場合は、低い感度が特に不良なシフト品質となって現われる。
ドイツ国特許公開公報ＤＥ１０００３８９６Ａ１

　そこで発明の根底にあるのは、先行技術の欠点を回避し、特に油圧回路の圧力レベルの調整のための比例圧力調整弁及び油圧回路の圧力レベルの変化をなるべく快適に調整し、又は上記の比例圧力調整弁のように制御する方法を提供し又は提示するという課題である。

　本発明の根底にある課題は、請求項１の特徴を有する比例圧力調整弁及び請求項１７の特徴を有する、比例圧力調整弁による油圧回路の圧力レベルの調製方法によって解決される。

　とりわけ低圧領域で高い圧力−電流感度の要求は、圧力−電流特性曲線（以下略してｐ−Ｉ特性曲線と称する）を負荷に応じて適応させることによって満足される。

　本発明に基づく比例圧力調整弁のｐ−Ｉ特性曲線の負荷依存性適応は、互いに独立に制御される２つのギャップを有する比例電磁石によって実現される。第１のギャップは誘導磁界によって制御される、先行技術で公知の可動段部の一部である。この磁界は磁気コイルの電流によって発生され、磁気コイルの中にある接極子、ケーシング及び磁心を通る。接極子と磁心が非磁性リングで軸方向に隔離されているので、磁界はもっぱら半径方向ギャップを経て接極子に達することができる。ここで磁界は磁力を発生し、この磁力が接極子に作用し、接極子を磁力に応じて軸方向に移動する。こうして比例電磁石又は磁気コイルの無段階電気制御によって、接極子又は接極子棒により接極子と連結された制御要素の無段階制御が可能である。

　さらに本発明に基づき第２のギャップ又は第２の可動段部により磁界を故意に弱めることができる。少なくとも２つの部分、特に第１及び第２の部分からなる本発明の磁心を使用することによって、第２のギャップが実現される。

　その場合磁心の第１の部分はケーシングに固着されており、接極子と固結された接極子棒の周りに同心に、かつ軸方向移動可能に配置されている。磁心の第１の部分は磁気コイルの空洞部の中に部分的に突出する。

　磁心の第２の部分は同様に接極子棒の周りに同軸、同心かつ軸方向移動可能に配置されている。但し第２の部分はケーシングに固着された第１の部分と異なり軸方向移動自在である。従って磁心の第２の部分は、第１の部分に軸方向に当接し得るように配置され、とりわけ軸方向に磁心の第１の部分とケーシングの間に設けられた摺動部材として実現されている。

　このように磁心をケーシングに固着された第１の部分と軸方向移動可能に配置された第２の部分に分割することによって、これらの２つの部分の間に形成される第２のギャップのギャップ幅の調整が可能である。

　こうして第２のギャップの需要向き制御が可能になる。第２のギャップは磁気回路の第１のギャップのように磁気抵抗をなす。このギャップ幅が大きければ大きいほど磁気抵抗が大きく、磁気回路の磁界が弱い。第２のギャップの大きさを決定する磁心の第２の部分の位置は、こうして磁気回路の磁気抵抗、従って磁界の強さに影響する。

　このことは、例えば大きな第２のギャップは磁界を全体として弱め、それによって磁心の第１の部分と接極子の間の磁力も減少されることを意味する。この場合磁気コイルの電流による制御は磁気抵抗が高いため感度が低い。そこでｐ−Ｉ特性曲線の勾配は、第２のギャップが小さい場合より少ない。即ち圧力調整の電流感度が小さく、それによって圧力調整能力の高い分解能が与えられる。このことはとりわけ低い圧力領域で有利である。この領域では圧力変化が特に明瞭に感知されるからである。

　磁心の第１及び第２の部分は対応する支え面を有することが好ましい。第２のギャップにこのような支え面を形成すれば、磁心の第２及び第１の部分の間に磁力線の半径方向経過が生じる。

　磁心の第２の部分は円錐形スライドで実現することが好ましい。円錐体の形状が比例電磁石の性質に大きな影響を及ぼす。円錐角は磁束によってスライド又は磁心の第２の部分に伝達される半径方向力と軸方向力の割合を決定する。半径方向力は周囲に均等である。従って半径方向力の割合が高くなるように努める。しかし行程依存性の磁束変化を生じさせるために、軸方向力も不可欠である。但し軸方向力はできるだけ小さくなければならない。さもなければ第２の制御点が発生し、比例圧力調整弁のｐ−Ｉ挙動に非線形性が現われるからである。このことは不利な制御特性をもたらすであろう。また２つの制御点で特性図表の動作点を明確に調整することはできない。従って比例電磁石の制御は主として第１のギャップによって行うべきである。また第２のギャップの影響が制御技術的に確実でなければならない。

　第２の磁心の制御は圧縮力によって行なわれる。圧縮力はとりわけ油圧により発生されるが、空気圧により又は機械的にも発生される。圧縮力は変速機の負荷要求に従って、特に油圧制御の場合は油圧回路の油圧に従って調整することが好ましい。第２のギャップの制御のための基準入力としての油圧は、主圧力自体か又は主圧力に比例する圧力か又は自己送出し圧力である。

　圧縮力が変速機の負荷要求に依存することによって、部分負荷領域のｐ−Ｉ特性曲線の比例的低下が可能である。

　要約すれば、本発明に基づく比例圧力調整弁を下記の利点で説明することができる。

　本発明に基づく比例圧力調整弁及び比例圧力調整方法によれば、圧力レベル特にクラッチ圧力の制御のために互いに独立に働く２つの操作パラメータが可能である。部分負荷領域のｐ−Ｉ特性曲線の勾配の減少がｐ−Ｉ感度の向上をもたらす。

　第２のギャップの制御のために自己送出し圧力を基準入力として使用すれば、低圧領域で高いｐ−Ｉ感度が、また高圧領域で相応に低い感度が得られる。

　発明の別の実施形態では圧縮力がスライドにより軸方向に磁心の第２の部分に伝達される。このスライドは磁心の第２の部分に強制的に当接され、おおむね環状の作動面を備えた中空円筒形スリーブの形状を有することが好ましい。この作動面は油圧回路の供給路に接続し、従って油圧力が働く。こうしてスライドは油圧回路の負荷要求に比例する油圧によって操作される。

　このことは、第２のギャップが負荷に応じて制御され、それとともに磁界又は接極子と磁心の第１の部分との間の磁力が負荷に応じて調節されることを意味する。

　発明の別の実施形態では第２のギャップの油圧制御が複数個の軸方向穴によって保証される。スライドは直接に接極子棒にではなく、磁極鉄心に取付けられている。それによって幅と高さの比が大幅に改善されるから、系は安定した挙動を得る。またこの制御によって磁心の第２の部分の正確な位置決めも可能である。

　理解の便宜のために添付の図面に示す実施例とｐ−Ｉ特性曲線に基づき発明を説明する。

　図１に比例圧力調整弁１の縦断面図を示す。比例圧力調整弁１はとりわけ磁気コイル４、磁気コイルの内部で移動可能な接極子３、接極子３と固結された接極子棒５及び二つ割りの磁心からなる。磁心は第１の部分２及び第２の部分６を有する。２つの部分２、６は接極子棒５に対して同軸、同心かつ移動可能に配置されている。第１の部分２はケーシング１１に固着されているが、第２の部分６は比例電磁石１の中に軸方向移動可能に設けられている。磁気コイル６に電流が流れると磁界が発生し、その磁束は磁気回路としてケーシング１１、磁心及び接極子３を通る。その際磁心の第１の部分２と接極子３の間に磁力が発生し、接極子３を吸引する。接極子３のこの運動の結果、接極子棒５を介して制御要素が操作される。

　磁心の第２の部分６によって磁気回路の第２のギャップ１０が調整される。第２のギャップ１０はその大きさに応じて磁気抵抗を生じる。第２のギャップ１０が大きければ大きいほど磁気回路の磁気抵抗が大きく、磁束が小さい。磁束の変化は直ちに第１のギャップ１２の磁力の変化をもたらし、従って接極子３の運動又は制御要素の操作にも影響する。

　磁心の第２の部分６は圧縮力によって移動させられる。図示の実施例では圧縮力は油圧によって生じる。磁心の第２の部分６に強制的に当接されるスライド１３が、圧縮力を軸方向に磁心の第２の部分６に伝達する。スライド１３は中空円筒形スリーブとして形成されている。スリーブはケーシング１１の穴の中に配置され、穴をなるべく油密に密閉する。このスライド１３は、油圧回路の供給路１６に接続した作動面を備えている。こうして作動面に油圧力が働く。その場合油圧力は主圧力に相当し、又は主圧力に比例し、又は自己送出し圧力である。こうして磁心の第２の部分６の操作は、油圧回路の圧力レベルとなって現われる負荷要求に依存する。またスライド１３、磁心の第２の部分６及びケーシング１１が構成する領域を空気抜きし、万一起こるケーシング内部からの漏油を排出するために、空気抜き穴１５がケーシング１１に設けられている。

　油圧力が減少すると、直ちに磁心の第１の部分２と第２の部分６の間の圧縮ばね９が磁心の第２の部分６を再びリセットする。

　また非磁性ディスク１７が設けられている。ディスク１７は一方では磁心の第１の部分２に固着され、他方では磁束を迂回させ、磁束がまず磁心の第２の部分６を通り、次に第１の部分２を通って流れなければならないようにする。

　この幾何学的形状によって、磁束が必ず２つのギャップ１０、１２を流れることが保証される。これらのギャップの大きさは互いに独立に調節することができる。こうして最終的に接極子３の運動又は制御要素の操作を生じさせる磁力は、互いに独立に決定される２つのパラメータにより調整される。

　なお第１の調整可能なパラメータは磁気コイル４の電流強度、第２のパラメータは負荷要求に応じて適応させられる量、例えば油圧回路の油圧力である。これらの２つのパラメータの組合せは比例電磁石の制御の負荷適応を可能にし、所望の圧力領域で良好な圧力−電流感度を得る。

　図２に３つのｐ−Ｉ特性曲線を含む特性図表を示す。特性曲線ａは第２のギャップ１０の大きさが最大であるｐ−Ｉ特性曲線、特性曲線ｂは第２のギャップ１０の大きさが最小であるｐ−Ｉ特性曲線、特性曲線ｃは基準入力としての自己送出し圧力によるｐ−Ｉ特性曲線である。

　特性曲線ａ及びｂを比較すれば、特性曲線ｂの勾配が特性曲線ａより大きいことがよく分かる。このことからｐ−Ｉ感度は第２のギャップの大きさに依存すること、即ち第２のギャップ１０の大きさが増加するにつれてｐ−Ｉ感度が増大することが指摘される。

　特性曲線ｃは、ｐ−Ｉ感度が当初は特性曲線ａと同様に大きいことを示す。ところがある値から傾きが急になり、特性曲線ｂの経過に近づく。このようにして基準入力としての自己送出し圧力によって低圧領域では大きなｐ−Ｉ感度が、高圧領域では低下したｐ−Ｉ感度が得られる。

第２のギャップの油圧制御を備えた比例圧力調整弁の縦断面図である。 本発明に基づく比例圧力調整弁のｐ−Ｉ特性図表である。

符号の説明

１　比例電磁石
２　磁心の第１の部分
３　接極子
４　磁気コイル
５　接極子棒
６　磁心の第２の部分
７　磁心の第１の部分の支え面
８　磁心の第２の部分の支え面
９　圧縮ばね
１０　第２のギャップ
１１　ケーシング
１２　ギャップ
１３　スライド、スリーブ
１４　作動面
１５　空気抜き穴
１６　供給路
１７　非磁性ディスク

Claims (22)

1. 　油圧回路の圧力レベルの調整のための比例圧力調整弁であって、ケーシング（１１）の中にある磁心、接極子（３）及び磁気コイル（４）からなる比例電磁石（１）と、油圧回路に配置された制御要素との間の継手としての接極子棒（５）を有しており、
   −磁気コイル（４）と磁心がケーシング（１１）に固着され、
   −接極子（３）と磁心の間のギャップ（１２）に存在する磁力によって接極子（３）が磁気コイル（４）の空洞部の中で２つの末端位置の間で軸方向に往復運動させられ、
   −磁心が磁気コイル（４）の空洞部の中に部分的に突出し、一端が接極子（３）に固着された接極子棒（５）の周りに同心かつ軸方向移動可能に配置されており、
   −接極子（３）の運動の結果として制御要素が操作される、比例圧力調整弁において、
   　比例電磁石（１）が磁力の調整のために第２の調整可能なギャップ（１０）を有することを特徴とする比例圧力調整弁。
2. 　磁心が接極子棒（５）と同軸に設けられた少なくとも１個の第１の部分（２）及び第２の部分（６）からなることを特徴とする、請求項１に記載の比例圧力調整弁。
3. 　磁心の第２の部分（６）が軸方向に磁心の第１の部分（２）とケーシング（１１）の間に設けられ、磁心の第１の部分（２）との間に調整可能な第２のギャップ（１０）を形成することを特徴とする、請求項１または２に記載の比例圧力調整弁。
4. 　磁心の第１の部分（２）がケーシング（１１）に固着され、磁心の第２の部分（６）が軸方向移動可能かつ接極子棒（５）の周りに同心に配置され、磁心の第２の部分（６）の運動が圧縮力によって行われることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の比例圧力調整弁。
5. 　圧縮力の発生のために、磁心の第２の部分（６）に強制的に当接されるスライド（１３）が設けられ、スライド（１３）によって圧縮力が軸方向に磁心の第２の部分（６）に伝達されることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の比例圧力調整弁。
6. 　スライド（１３）が非磁性材料で作製され、軸方向移動可能かつ接極子棒（５）の周りに同心に配置されていることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の比例圧力調整弁。
7. 　圧縮力が油圧又は空気圧により又は機械的に発生されることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の比例圧力調整弁。
8. 　スライド（１３）の作動が負荷要求又は油圧回路の油圧に比例して行われることを特徴とする、請求項７に記載の比例圧力調整弁。
9. 　スライド（１３）が中空円筒形スリーブとして形成され、該スリーブがケーシング（１１）の穴の中に配置され、穴をなるべく油密に密閉することを特徴とする、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の比例圧力調整弁。
10. 　スライド（１３）が一方の端面におおむね環状の作動面を有し、該作動面が油圧回路の供給路（１６）に接続し、油圧力が働くことを特徴とする、請求項９に記載の比例圧力調整弁。
11. 　磁心の第２の部分（6）及び第１の部分（２）が対応する支え面（７、８）を有し、これらの支え面を第２のギャップ（１０）に形成することにより磁心の第２の部分（６）と第１の部分（２）の間に磁力線の半径方向経過が生じることを特徴とする、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の比例圧力調整弁。
12. 　磁心の第１の部分（２）の支え面（７）が、外向き円錐面に配置されていることを特徴とする、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の比例圧力調整弁。
13. 　磁心の第２の部分（６）の支え面（８）が、内向き円錐面に形成されていることを特徴とする、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の比例圧力調整弁。
14. 　ケーシング（１１）に空気抜き穴（１５）が設けられ、スライド（１３）、磁心の第２の部分（６）及びケーシング（１１）が構成する領域の空気抜きを行うことを特徴とする、請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の比例圧力調整弁。
15. 　磁心の第２の部分（６）と第１の部分（２）の間に接極子棒（５）と同心に圧縮ばね（９）が配置され、磁心の第２の部分（６）と第１の部分（２）又はスライド（１３）との間にばね力を生じ、このばね力が油圧力に対抗して作用することを特徴とする、請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の比例圧力調整弁。
16. 　非磁性ディスク（１７）が設けられ、磁心の第１の部分（２）とケーシング（１１）を固結することを特徴とする、請求項１乃至１５のいずれか一項に記載の比例圧力調整弁。
17. 　比例圧力調整弁による油圧回路の圧力レベルの調整方法であって、該比例圧力調整弁が、磁心、接極子（３）及び磁気コイル（４）からなる比例電磁石と、油圧回路に配置された制御要素と、を連結するための接極子棒（５）を有しており、接極子（３）がギャップ（１８）に存在する磁力によって軸方向に２つの末端位置の間で往復運動させられ、かつ磁力が磁気回路の磁束に依存し、磁気コイル（４）に印加される電流のレベルにより磁気回路の磁束を調整することができるようにされている、比例圧力調整弁による油圧回路の圧力レベルの調整方法において、
    　少なくとも１個の第１の部分（２）と第２の部分（６）からなる磁心を使用し、それによって磁気回路に第２のギャップ（１０）が生じ、磁力を調整する磁気抵抗が発生することを特徴とする方法。
18. 　磁心の第２の部分（６）を接極子棒（５）に対して同軸に移動することによって、第２のギャップ（１０）が調整されることを特徴とする、請求項１７に記載の方法。
19. 　油圧又は空気圧により又は機械的に操作されるスライド（１３）によって磁心の第２の部分（６）が移動されることを特徴とする、請求項１７又は１８に記載の方法。
20. 　油圧回路の負荷要求に比例する油圧によってスライド（１３）を操作し、こうして磁気コイル（４）を流れる電流及び油圧回路の負荷要求に応じて磁力が調整されることを特徴とする請求項１７乃至１９のいずれか一項に記載の方法。
21. 　ギャップ（１０）の幅の減少とともに磁気回路の磁気抵抗が減少し、こうして磁心の第１の部分（２）と接極子（３）の間の磁力が調整されることを特徴とする請求項１７乃至２０のいずれか一項に記載の方法。
22. 　磁心の第２の部分（６）と第１の部分（２）の間に圧縮ばね（９）が配置され、磁心の第２の部分（６）への油圧力が減少すると、圧縮ばね（９）が磁心の第２の部分（６）を第１の部分（２）から遠ざけ、磁心の第２の部分（６）と第１の部分（２）の間の第２のギャップ（１０）が拡大し、磁力が減少することを特徴とする、請求項１６乃至２０のいずれか一項に記載の方法。

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