JP2005519223A - 可変液圧ポンプの制御装置 - Google Patents

Abstract

可変液圧ポンプの制御装置において、可変ポンプは、その搬送体積流量の増大に相当する調整方向に蓄エネルギ装置を介して制御され、その逆方向に、液圧式調整装置を介して制御される。可変ポンプの調整は、リザーバへの調整装置の接続部に存在して貫流開口断面積が変更できる特に絞りとして形成されたフローバルブを介して制御される。そのフローバルブは、可変ポンプの搬送体積流量を急激に増大するために、リザーバに向けて排出開口を開け、蓄エネルギ装置による作用によって排除された圧力媒体が、その排出開口を通ってほとんど損失なしに排出できる。

Description

本発明は、請求項１の上位概念部分に記載の負荷に対する可変（可変容積形）液圧ポンプの制御装置に関する。

実際、液圧式負荷を備えた系統において、即ち、例えば自動車のパワーステアリング装置において、通常、定容積形ポンプが利用されている。そのポンプは、車両の内燃機関により駆動されるために、回転数に関係して余剰搬送量を生ずる。その余剰搬送量は、除去されて、ポンプの吸込み側に戻される。これに伴って、特に高速回転時に、かなりの損失および熱負荷が生ずる。しかし、最大負荷需要に相当した大きな体積流量を、必要な場合に、いつでも速やかに使えるように用意し、これによって、その体積流量を、液圧式負荷、例えばパワーステアリング装置の場合に舵取り力を増強する操作シリンダに、遅延なしに供給することを保証するために、上述の損失および熱負荷が余儀なくされていた。損失動力自体を減少するために、搬送体積流量をその都度の要求に合わせる可変液圧ポンプが既に提案さている。その可変液圧ポンプの採用は、従来、実際には、搬送体積流量を増大するためのポンプの調整動特性が、常に要求に応じられるわけではなく、そのために、快適性および安全性の観点において危険な状態が生ずる、という点で失敗に帰している。

請求項１の上位概念部分に記載されているような可変液圧ポンプで作動される装置が、独国特許出願公開第１９７２２４９５号明細書で知られている。その装置の場合、ベーンポンプとして形成された可変ポンプが、大きな搬送量への調整方向に、ばねの形をした蓄エネルギ装置を介して制御され、その逆方向に、液圧式調整装置を介して制御される。その液圧式調整装置は、負荷への高圧側入口から分岐され余剰搬送量を排出するリザーバに通じている戻り流路に対して挿入接続されている。その戻り流路に、リザーバへの貫流方向において、流量調整バルブおよびリザーバに通じるフローバルブとしての絞りが存在し、その流量調整バルブと絞りとの間で、制御弁に対する制御圧力が分岐されている。可変ポンプと負荷との間における圧力配管と可変ポンプの液圧式調整装置との接続部あるいはリザーバへの接続部がその開口断面積について、制御弁の弁スプールを介して制御される。そのような制御は非常に複雑であり、搬送体積流量ないし系統圧力を跳躍的に増大する意味においてこの方式の場合に求められる可変ポンプのできるだけ急速な調整は、次のことに関係して行われる。即ち、制御弁を介して延びるリザーバへの液圧式調整装置の接続部を開放するために、および、ばねとして形成された蓄エネルギ装置によってポンプの相応した調整を達成するために、まず、流量調整バルブに制御圧力を作用することによって、戻り配管の高圧側接続部が閉鎖され、これによって、制御弁における制御圧力が低下される、ことに関係して行われる。これは、操作すべき種々の操作要素を考慮に入れると、制御弁を介しての排出経路が流れ損失を伴って形成され、そのために、可変ポンプの瞬間的な調整を困難にする。

本発明の課題は、可変液圧ポンプの制御装置において、大きな体積流量、特に最大体積流量への可変ポンプの切換における実際に急激な応答を可能にし、これによって、場合によっては、系統作動圧力の急激な増大も可能にする、単純な制御装置を提供することにある。

この課題は、請求項１に記載の特徴によって解決される。

これにより、可変ポンプの最大搬送体積流量への調整時に、フローバルブを介して制御される調整装置のリザーバへの排出開口断面積が、ほとんど絞られない排出が生ずるように、最大にされる。これによって、蓄エネルギ装置を介して、可変ポンプの急激な切換が可能となり、その場合、本発明の枠内において、蓄エネルギ装置に対して、常に高い操作力を有することが目的に適っている。そのために、例えば蓄エネルギ装置は、大きなバイアスを有するばねによって形成され、そのばねはまた、目的に応じて大きなばね定数を有している。求められる急激な切換に対して、本発明の枠内において、その都度排除された体積流が、切換で生ずる空間を充填するために利用される、ことが有利である。即ち、例えば操作素子としてのピストンに関して、シリンダ側圧力室から押し出された体積流が、ピストン背面に導かれ、通常、その場合、そのような短絡接続が、特に短い配管経路および大きな転流開口断面積を可能にする。

本発明に基づく方式の枠内における液圧式調整装置の流量制御において、フローバルブは、好適には、負荷側に与えられた制御パラメータに関係して制御される。その場合、本発明に基づく装置の例えば車両における採用に関して、例えば走行動特性に由来する別の情報も、予防的に考慮される。これによって、フローバルブの制御において、場合によっては、負荷の要求状態における既に予期される変化も、可変ポンプの調整に対して予見的に考慮される。

本発明の枠内において、場合によっては、流量調整バルブは調整可能に形成され、場合に応じて、特に、本発明に基づく基本構想のさらなる機能への拡大に関して、追加的な操作装置も設けられる。

フローバルブとして、本発明の枠内において、最も単純な形式で、可変絞りが利用され、これによって、ポンプの調整、あるいは場合によっては、他の調整位置への励起も、本発明の枠内において、単純な手段で達成できる。

流量調整バルブに対して、ピストンマノメータ（圧力ゲージ）として作動する弁スプール（制御ピストン）による構造が目的に適っている。その弁スプールは、高圧側から液圧式調整装置への貫流開口断面積を制御し、一方向には、高圧側圧力がかかり、逆方向には、ばねで荷重され、そのばね荷重に、液圧式調整装置を介して通じている流量調整バルブとフローバルブとの間の配管部における流量調整バルブの下流に位置するオリフィスに従属して生ずる圧力に相当する圧力が、重畳して荷重される。
本発明のさらなる詳細および利点は、各請求項から理解できる。

以下、図に概略的に示された負荷に対する可変液圧ポンプの制御装置の実施形態を参照して、本発明を詳細に説明する。

図１に示された負荷２に対する可変液圧ポンプ１の制御装置において、負荷２は供給回路内に存在している。この供給回路は、吸込み管５と吐出し管６との間に位置する可変液圧ポンプ１と、負荷２を吐出し管６に供給管３を介して接続する接続部と、負荷２を吸込み管５に排出管４を介して接続する接続部とを有している。吸込み側はリザーバ２４に接続されている。吐出し管６から供給管３への移行部と、排出管４から吸込み管５への移行部に、それぞれ吐出し側接続部２５と吸込み側接続部２６が位置している。それらの吐出し側接続部２５と吸込み側接続部２６との間を、戻り流路が延びている。この戻り流路は戻り配管２７によって記号的に示されている。この戻り配管２７に、流量調整バルブ１２およびフローバルブ１３が、吐出し側接続部２５から吸込み側接続部２６に向かう流れ方向１１に直列して存在している。

可変ポンプ１は揺動リング７付きベーンポンプとして概略的に示されている。その揺動リング７は、可変ポンプ１の搬送体積流量を変化させるために、中心軸線８が固定のロータ（図示せず）に対して、変位調整できる。その調整装置として、一方では、ばね装置によって形成された蓄エネルギ装置９、および他方では、（ピストン・シリンダ装置として示された）液圧式調整装置１０が設けられている。揺動リング７は、蓄エネルギ装置９を形成するばね装置によって、搬送体積流量を増大するように変位調整されると共に、液圧式調整装置１０を介して、逆方向に、即ち、ばね力に抗して、搬送体積流量を減少するように変位調整される。

液圧式調整装置１０は、その液圧供給に関して、戻り流路２７において流量調整バルブ１２とフローバルブ１３との間に存在している。そのフローバルブ１３はその貫流開口断面積を変更でき、例えば、可変絞りとして形成されている。

流量調整バルブ１２は、図１における記号的な表示を補充して、図２に、構造が概略的に示され、弁スプール１４の形をしたピストンマノメータを有している。その弁スプール１４は、その位置に関連して、環状溝１５を介して、圧力側（吐出し管６）から出ている戻り流路２７の配管部１６を、液圧式調整装置１０に通じている配管部１７に接続する。その配管部１７にオリフィス１８が存在している。弁スプール１４は両側端面に圧力が供給され、詳しくは、高圧側の片側端面１９には、配管部１６からの分岐管２０を介して圧力が供給され、反対側端面２１には、オリフィス１８の下流で配管部１７から出ている分岐管２２を介して圧力が供給される。その端面２１には、追加的に補償ばね２３が作用している。

液圧式調整装置１０はピストン・シリンダ装置として示されている。ピストン２８が揺動リング７に当接され、ピストン２８で境界づけられた圧力室２９に配管部１７が接続された場合、圧力室２９は、戻り流路２７におけるフローバルブ１３を含む配管部３０に連通する。配管部３０は、その貫流開口断面積が、図２に示されているように、最大発生流量に関して、吸込み側に向かって、即ちリザーバ２４に向かって、ほとんど損失なしに、従って、絞られずに排出できるように、寸法づけられている。それに応じて、図示されていないが、可変絞りとして形成されたフローバルブ１３は、その貫流開口断面積が完全に開かれて、そのような最大排出開口断面積に合わされる。

また、できるだけ絞られない排出および圧力室２９におけるできるだけ迅速な放圧に関して、配管３０からの分岐管３１がピストン背面室３２に通じていることが有利である。これによって、（概略的に示されているように）、可変ポンプ１が蓄エネルギ装置９を介して大きな搬送出力に切り換えられたときに、排除された体積流量が、その切換によって生ずる空洞を充填するために利用される。これは最短行程で実現され、特にそのような短絡接続も、図示されていないが、可変ポンプにおいてハウジング内で実現される。そのような短絡接続によって、調整を妨げる差圧が防止されるだけでなく、残存圧力が、（蓄エネルギ装置９の調整力を補充して）ピストンを変位調整するために利用される。そのような短絡接続によって、リザーバ２４に通じる配管３０に対する必要貫流開口断面積も減少される。

本発明に基づいて、フローバルブ１３を形成する絞りが完全に開いて、絞り開口断面積を含めて排出開口断面積が最大になることによって、圧力室２９において所望の急激な圧力低下が、僅かな経費で達成される。そのために目的に適った蓄エネルギ装置の堅固な設計により、例えば大きなバイアスおよび好適には高いばね定数を有するばねの利用による常に大きな調整力の場合、確かに、それに伴って、逆方向における調整に対して僅かな遅延が生ずるが、これは、エネルギ的にも、また系統の機能に関しても、顕著に不利に作用することはない。

流量調整バルブ１２の形態により、調整装置１０に通じている配管部１７における圧力が、弁スプール１４を介して低下された際、配管部１６から配管部１７への貫流開口断面積が減少され、従って、フローバルブ１３の貫流開口断面積が拡大された際、まず、液圧式調整装置１０に関する急激な圧力低下が生ずる、という結果がもたらされる。それに応じて、配管部１６内における圧力低下も生ずる。これによって、フローバルブ１３の相応した制御から出発して、排出開口断面積の増大によって調整装置１０が放圧されたとき、同時に、配管路１７を介しての調整装置への流入量も、ピストンマノメータとして作動する流量調整バルブ１２を介して体積流量が再調整されるまで、たとえ短時間でも減少される。それに応じた調整効果は、供給管３における圧力低下およびそれに応じた戻り流路２７の配管部１６における圧力低下についての負荷２の必要条件においても生じ、従って、そのようにして、系統の応答性も有利に影響される。

可変液圧ポンプの制御装置を示す図。 流量調整バルブの構成を概略的に示す図。

Claims (9)

1. 可変ポンプが、その搬送体積流量の増大に相当する調整方向に蓄エネルギ装置を介して制御され、その逆方向に、液圧式調整装置を介して制御され、その液圧式調整装置が、負荷への高圧側入口から分岐され余剰搬送量を排出しリザーバに通じている戻り流路に存在し、この戻り流路に存在する流量調整バルブとその下流に存在するフローバルブとの間における戻り流路部内の圧力に関係して制御され、その液圧式調整装置に、リザーバへの排出開口断面積を変更できる接続部が付属されている、負荷、特に車両の機器に対する可変液圧ポンプの制御装置において、
   フローバルブ（１３）が、リザーバ（２４）への排出開口断面積を変更できる接続部を形成し、
   液圧式調整装置（１０）が、戻り流路（２７）において流量調整バルブ（１２）とフローバルブ（１３）との間に位置し、
   フローバルブ（１３）で制御される調整装置（１０）のリザーバ（２４）への排出開口断面積が、可変ポンプ（１）の最大搬送体積流量への調整時に、絞られずに排出される最大の排出開口断面積を生ずるように制御される、ことを特徴とする可変液圧ポンプの制御装置。
2. フローバルブ（１３）が、負荷側に与えられた制御パラメータに関係して制御される、ことを特徴とする請求項１記載の装置。
3. フローバルブ（１３）が、負荷周辺で決定されるパラメータに関係して制御される、ことを特徴とする請求項１又は２記載の装置。
4. フローバルブ（１３）が可変絞りとして形成されている、ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の装置。
5. 液圧式調整装置への貫流開口断面積を制御する流量調整バルブ（１２）に対して、調整装置（１０）の方向にオリフィス（１８）が後置され、
   流量調整バルブ（１２）のピストンマノメータとして形成された弁スプール（１４）が、一方向には、可変ポンプ（１）の吐出し側への接続によって作用され、その逆方向には、ばねで荷重され且つオリフィス（１８）の下流に接続された分岐管（２２）を介して作用される、ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の装置。
6. 調整装置（１０）の調整時、その調整装置（１０）における互いに反対方向に変化する２つの容積空間（圧力室２９、背圧室３２）が、互いに低損失で連通するように接続されている、ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の装置。
7. 負荷として、パワーステアリング装置の操作手段が設けられている、ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の装置。
8. 負荷として、変速機、特にＣＶＴ変速機が設けられている、ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の装置。
9. 可変ポンプ（１）がベーンポンプとして形成されている、ことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載の装置。

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