JP2006526740A

JP2006526740A - 比例圧力制御弁

Info

Publication number: JP2006526740A
Application number: JP2006508146A
Authority: JP
Inventors: ヒレスハイム，トールステン; ブルック，ペーター
Original assignee: ハイダックフルイドテヒニクゲゼルシャフトミットベシュレンクテルハフツング
Priority date: 2003-06-04
Filing date: 2004-04-08
Publication date: 2006-11-24
Also published as: DE10325178A1; EP1629208A1; WO2004109124A1; US20060054225A1

Abstract

本発明は、特にポンプポート（P）、ユーティライゼーションポート（A）及びタンクポート（T）の形状において流体を導通する少なくとも三つのポートを有するバルブハウジング（１０）と、ポンプポート（P）をユーティライゼーションポート（A）にあるいはユーティライゼーションポート（A）をタンクポート（T）に選択して接続するためにバルブハウジング（１０）において縦方向に移動するよう設定されている調整ピストン（１８）とを具備している比例圧力制御弁に関する。前記ピストンはポンプポート（P）とサーボバルブ（２２）のサーボチャンバ（２０）との間の流体接続を達成するための接続チャネル（２４）を提供されていて、サーボバルブ（２２）は磁石システム、特に比例磁石システムにより制御されている。サーボバルブ（２２）が開放されるとき、接続チャネル（２４）とタンクポート（T）との間のバルブハウジング（１０）を一部貫通して連通される流体経路（５８）は開放され、タンクポート（T）は同時にユーティライゼーションポート（A）への流体接続を有している。

Description

本発明はバルブハウジングを備えた比例圧力制御弁に関し、バルブハウジングは少なくとも三つの流体導通ポート、特にポンプP、ユーティリティA、及びタンクTという形状のポートを有していて、比例圧力制御弁はユーティリティポートAへのポンプポートPの接続及びタンクポートTへのユーティリティポートAの接続を自由に選択するためにバルブハウジング内部を縦方向に移動することができて、比例圧力制御弁はポンプポートPと接続チャネル付パイロット制御弁のサーボチャンバとの間の流体導通接続の達成のために備えられている調整ピストンを有していて、パイロットバルブは磁石システム、特に比例磁石システムにより作動できるようになっている。

このような一般的な比例圧力制御弁は、米国特許6,286,535 B1において開示されている。この開示された解決方法においては、比例圧力制御弁を含むバルブハウジングの内部において、一方の側をバルブハウジングによってまたもう一方の側を調整ピストン自体によって囲まれている環状空間での調整ピストンの移動の適正な順序に関して、ポンプポートPは調整ピストンの軸方向変移を伝える一方、ユーティリティポートA及びタンクポートTの形状のその他の二つのポートは、それに加えて調整ピストンの半径方向においての横方向変移を伝える。加えて、開示された解決方法においては、制動スクリーンが調整ピストンに備えられていて、このスクリーンはバルブハウジングと調整ピストンとの間の制動チャンバを前記の環状空間へ取外せないように接続する。この方法においては、調整ピストンの過渡（transient）効果は適当に制動されるが、もしこの比例圧力制御弁が、例えば機械のシャフトのように二つのシャフトを変速機シャフトに接続する働きをする継手システムにおいて好ましく使えるなら必要である、バルブ用の動力は全体として同時に高くなっている。

この開示された解決方法のさらなる発展として、米国特許 5,836335号明細書は、比例圧力制御弁を開示していて、その中では調整ピストンは、継手が接続される例えばユーティリティポートAにおいて別に起るかもしれない圧力ピークを制限するためのメカニズムを有する。開示されたバルブの最適な実施態様においては、バネ負荷戻しバルブが調整ピストンに取入れられ、このバネ負荷戻しバルブは環状空間を経由してユーティリティポートのバネ負荷戻しバルブに接続され、また指定された圧力閾値で、環状空間と調整ピストンの環状溝との間の流体導通経路を通過する。またこの環状溝はタンクポートに取外せないよう接続される。

個々の比例圧力制御弁が継手に使用されるとき、これらの継手は圧力損失が少ないと同時に高いスイッチング動力の特徴があって、その結果継手の流体媒体による迅速な充填プロセス及び迅速な開放が確保されるのみならず、この出願に使用される問題のバルブが完全に救済されるように、継手において障害が発生しないようにすることが重要であることもまた実用化において分ってきた。即ち、磁石システムの電気制御信号がバルブを作動することにより解除されるとき、ユーティリティポートAにかかり継手の作動機構に通ずる調整圧力は０バールの値にリセットされる。これらのことが前記の二つの米国特許に明記された従来から利用できる圧力バルブの場合には、しかしながら、調整ピストン（いわゆるバルブの主要ステージ）は引張下にあるプレシャースプリングによりその端部位置に戻されまた、構造設計の理由から、磁石システムの電気制御信号がないときも、これらのバルブは引張下のバルブスプリング力に相当する圧力の水準に未だある。この残存する残留圧力は流体連結を開放する効果的なプロセスに対して作用し、場合によっては実用化において障害を残すかあるいは脱連結のプロセスを不可能にすることさえありうる。

この先行技術に鑑み、本発明の目的は、開示された解決方法の有利性を維持する一方、磁石システムが作動していないとき、継手システムの使用において操作の高い信頼性を確保するように、ユーティリティポートAでは０バールの圧力値が設定されるという保証を与えることができるバルブシステムを創造することによりこれらの解決方法を改良することである。前記の目的はしたがって、請求項１に明記された特徴を有する比例圧力制御弁により全て達成される。

請求項１の記載部分において明記されたように、パイロット制御弁が開放されるとき、バルブは、同時に流体を導通するユーティリティポートAに接続されている経路であって、またバルブハウジングの一部を貫通して流体を導通している、接続チャネルとタンクポートTとの間にある経路を通過するので、完全に開放されたバルブが作られる。その結果、磁石システムの電気制御信号が解除されるとき、調整ピストンにより制御される圧力はユーティリティポートAで０の圧力値と明確に見なされる。したがって、本発明に記載の解決方法は、調整ピストン（主要ステージ）を引張下のプレシャースプリングによって、その端部位置に戻すことはないので、特に継手に関連する出願においては、バルブが完全に開放されることを確実にし、その結果、さもなければ係合する継手あるいはディスクパックは確実にお互いから分離されまたそれ故に継手接続は遮断される。

本発明に記載の比例圧力制御弁の他の有利な実施態様は、従属請求項に明記される。本発明に記載の比例圧力制御弁を、実物大で描かれていない図表形式の図面により示された好適な実施態様を参照して以下に詳述する。

本発明に記載の比例圧力制御弁の基本構造は、図１において示される。バルブはバルブブロックあるいは類似の形状の一つであるねじ込み式カートリッジとして形成されたバルブハウジング１０を有し、示されていない機械部品の中へねじ込み式経路１２に沿って移動する。バルブハウジング１０は、個々のシステムの密閉装置用の適切な密閉リング１４と関連した凹部とを外周上に備えている。バルブハウジング１０は半径周方向において、図１において示されるように上から下に向かって、タンクポートT、ユーティリティポートA、及び流体ポンプ１６（図４参照）用のポンプポートPを有する。加えて、バルブハウジング１０の内部を縦方向に移動する調整ピストン１８が、ポンプポートPのユーティリティポートAへの接続そしてまたユーティリティポートAのタンクポートTへの接続を自由に選択するために提供されている。

全体として２２で付番された、ポンプポートPと、パイロットバルブのサーボチャンバ２０との間の流体導通接続を達成するために、調整ピストン１８は全体バルブの縦方向２６において調整ピストン１８の中心を通って延びている接続チャネル２４を供えていて、接続チャネル２４の下端部は斜めに曲がっていて従ってポンプポートPの方向に向いている。加えて、問題のパイロットバルブ２２は、全体として２８と付番された特に比例磁石システムの形状の磁石システムにより作動される。これらの磁石システム２８は一様に電流が貫流するように巻き線型コイル（図示されていない）を有し、プラグ接続構成部品３０を有する。比例磁石システム２８がプラグ接続構成部品３０により電流を供給されると、巻き線型コイル（図示されていない）は操作タペット３２により制御され、その結果図１に示されるような方向において下方へ移動し、従ってパイロットバルブ２２は図１において示されるような閉鎖位置に正しく位置している。磁石システム２８の個々の構造及びその操作方法は先行技術において周知でありこの時点では詳述しない。

パイロットバルブ２２のサーボチャンバ２０の方向において、接続チャネル２４はスクリーン３４を有する。防護スクリーン３６は、流体が流れる方向においてスクリーン３４から上流部分に取付けられているが、いわゆるディフューザ３８はスクリーン３４から下流部分に備えられている。ディフューザ３８は、スクリーン３４から導入された油流れを迂回することを一次的な目的の役割とし、その結果この流れはパイロットバルブ２２の閉鎖あるいはバルブ構成部品４０に直接的に突当たることはなく、所定のバルブ状態において何らかの故障を起すことはできない。加えて、原理的には比例圧力バルブ用の変形物を創出したり、あるいは高いポンプ圧力（一次圧力）に特に良く適合する追加のスクリーン穴（示されていない）付きディフューザを使用したりする可能性がある。防護スクリーン３６は流体の流れから付着物質をろ過することを可能にする。

前述のサーボチャンバ２０は、バルブハウジング１０に固定されるようにバルブハウジングに取付けられたバルブシート４２の一部であり、バルブシート４２は中心チャネル４４によりサーボチャンバ２０に接続されている。図１において示されるように、このバルブシート４２は、パイロットバルブ２２のバルブ構成部品４０と密閉するよう接触され、図１において示されるサーボチャンバ２０の方向においてスプリング力下のバルブ構成部品４０を閉鎖位置に移動できるようになっている。バルブシート自体４２との接触のために、バルブ構成部品４０は、図１の方向に示されるように、だんだん細くなる閉鎖あるいはバルブチップをその前面下端上に供えている。このチップはバルブガイドプレート４６の一体構成部品であり、両側でプレシャースプリング４８，５０と係合する。第一のプレシャースプリング４８は、問題のバルブガイドプレート４６と操作タペット３２の下端部上のフランジ状拡がりとの間に延びている。スプリング力に関しては第一のプレシャースプリング４８より弱い第二のプレシャースプリング５０は、バルブガイドプレート４６とバルブシート４２の上側との間でその二つの自由端部まで延びている。これらのプレシャースプリング４８，５０をよりよく制御するために、バルブガイドプレート４６は、図１において示されるように、円筒型のガイドあるいは接触付属部品を両側に供えている。

バルブガイドプレート４５の制御のために、バルブハウジング１０の内部に、円筒型スリーブの一種として設計され、バルブハウジングに堅く接続されているガイド構成部品５２が提供されている。比例磁石システム２８をバルブハウジング１０上に取付けまた固定しているねじ込み式構成部品５４は、ガイド構成部品５２と磁石システム自体２８との間にある。加えて、操作タペット３２は、このねじ込み式構成部品５４の内部のその一方の自由端部上のフランジ状拡がりにより制御される。ガイド構成部品５２はまた、環状チャネルとして設定されている流通区画５６もその固定バルブシート４２により区切っている。この流通区画５６に取外せないよう接続されバルブハウジング１０を貫通して延びていて、また他の端部を接続区画６０に連通している流体導通経路５８がある。またこの接続区画６０は、バルブハウジング１０の外周と、バルブハウジング１０が組み込まれかつバルブハウジング１０のタンクポートTに通じているバルブユニットあるいは機械構成部品（示されていない）の内周とにより区切られている。

したがって、タンクポートTと流通区画５６との間の恒久的な接続はその結果、流体導通経路５８により達成される。図１において示されるように、流体導通経路５８は、比例圧力制御弁のねじ込み式経路１２の高さで、操作タペット３２の方向にだんだん細くなっている、バルブハウジングを貫通して延びている複数の個々のチャネル形状である。図１の方向において図示するようにタンクポートTの方向を指し示しているこれらの個々のチャネルの端部は、ねじ込み式経路１２の下端部の下の外部あるいは接続区画６０と連通している。前述したようにパイロットバルブ２２のこの構造に基づいて、パイロットバルブ２２はしたがって比例圧力制御弁として形成される。

図１においても示されるように、バルブハウジング１０を備えた調整ピストン１８は、サーボチャンバ２０に向き合っていないその一方の端部上の制動チャンバ６２に隣接している。この制動チャンバ６２にエネルギーアキュムレータ、特にサーボチャンバ２０の方向に向かって調整ピストン１８を移動するプレシャースプリング６４の形状のエネルギーアキュムレータが取付けられている。制動チャンバ６２は、調整ピストン１８に取付けられた制動スクリーン６６によって調整ピストン１８を囲んでいる環状空間６８に接続されていて、この環状空間はバルブ本体１０の内側により外部に対して区切られている。この環状空間６８は、バルブハウジング１０において調整ピストン１８の縦方向位置あるいは変移位置の関数として、タンクポートTをユーティリティポートAにあるいはユーティリティポートAをポンプポートPに自由に選択して接続する。制動チャンバ６２はバルブハウジング１０の内側により両側を囲まれ、また調整ピストン１８により一方の側をまた調整ピストン１８用のリフト止め７０により反対側を区切られている。リフト止め７０は、調整ピストン１８に向き合っている自由側面からなる適切な形状であって、またこのリフト止め７０は比例圧力制御弁の一方の側でバルブハウジング１０の端部をも形成する。

本発明に記載の比例圧力制御弁の構造設計の基本的特徴を説明してきたので、このバルブの機能を、添付図１−３を用いて検討する。

電流が比例磁石システム２８を通って流れないかぎり、流体媒体（油）はポンプポートPからタンクポートTへ流動する。バルブがこの状態にあるとき、それ故、図１において示されるパイロットバルブ２２は開放され、また制御弁１８の上部止めはバルブシート４２の下側と接触状態になるよう移動する。この切換え位置において、油は、ポンプポートPから調整ピストン１８を通って、具体的には接続チャネル２４を経由し、また防護スクリーン３６の組み合わせであるスクリーン３４とディフューザ３８を通ってそしてそこからパイロット調整の開放された圧力制限バルブ（パイロットバルブ）２２を経由してタンクに向かって流動する。第二のプレシャースプリング５０の力は、中心チャネル４４を経由しているポンプ圧力との併用においては、第一のプレシャースプリング４８の作用に対抗してバルブ構成部品４０と一体のバルブガイドプレート４６を持ち上げるに十分である。流体媒体はそれから、中心チャネル４４を経由して流通区画５６に到達し、そしてここから流体導通経路５８を経由してタンクポートTとともにタンクへ通ずる接続区画６０に流入する。個々の体積流量は、パイロット調整油の流量または漏出量として確定される。

電流が上流の電子システム（示されていない）により比例磁石システム２０に付加されるとき、パイロットバルブ２２の閉鎖あるいはバルブ構成部品４０は、バルブシート４２のシート端部と接触するよう移動し、それによってポンプポートPとタンクポートTとの間の体積流量を遮断している。個々の切換え状態は、図２において示される。サーボチャンバ２０はそれ故、流体媒体で充填され、その結果このチャンバの圧力が増大する。この圧力は、調整ピストン１８の上部前面側に作用し、また下部のリフト止め７０の方向において圧縮中の第三のプレシャースプリング６４の力に抗して、調整ピストンを移動する。サーボチャンバ２０の圧力はその結果、調整圧力に一致する。

制動チャンバ６２の圧力がサーボチャンバ２０の圧力より低いならば、調整ピストンは消費機器（consumer device）ポートAがポンプポートPに接続されるような位置を占有する。個々の切換え状態は図３において再現される。ユーティリティポートAにかかる圧力は、制動スクリーン６６を経由して制動区画へ伝えられ、また調整ピストン１８の前面側のそこへサーボチャンバ２０の圧力レベルに対抗する力として作用する。制動チャンバ６２の圧力が調整圧力に到達するならば、調整ピストン１８は、ポンプポートと、ユーティリティもしくは消費機器（consumer device）ポートAとの間の接続が抑制されるように移動する。調整ピストン１８は二つの圧力レベルが互いに平衡にある位置に移動し、またポンプポートPとユーティリティポートAとの間で開放している窓を形成する。したがって、磁石システム２８の電気制御信号に直接的に関係する圧力は、ユーティリティポートAで達成される。確定された二次圧力の調整の結果として、多量の油が制動チャンバ６２とユーティリティポートAとの間の制動スクリーン６６を経由して定常的に往復移動する。その結果、制御プロセスはこの調整プロセスの際の混乱を起させる振動を阻止するような方法で制動される。

本発明に記載の比例圧力制御弁は、継手の出願に特に有利に使用されるものである。油を充填する迅速なプロセス及び継手を迅速に空にすることを確保できるように高い動力及び低い圧力損失のための主な必要事項が、この出願のために設定される。これはこのバルブ形態により直接的に達成される。また加えて本発明に記載のバルブにかかる負荷は完全に除去される、即ち、電気制御信号が磁石システム２８から完全に解除されるとき、ユーティリティポートAにかかる調整圧力は０バールの値に減少する。ほかの通例のサーボプレシャーバルブを用いると、個々の主要ステージ（調整ピストン）は引張下のプレシャースプリングによりその端部位置へ戻され、その結果、開示されたバルブはいつも、磁石システムに電気制御信号がない状態で引張下のスプリング力に相当する圧力レベルにある。この状態は流体で操作される継手の公開において問題を生ずる。

このことを明確にするように、本発明に記載の比例圧力制御弁の使用方法が、流体で操作される継手用の添付図４と５とを用いて極めて詳細に説明される。挿絵及び図４は、比例圧力制御弁が連結先７２、７４、７６と流体ポンプ１６との間で接続されることを示す。継手は特に、機械のシャフトと変速機シャフトなどの二つのシャフトを接続する役割をする。個々の流体継手の場合には、シリンダ空間７２は、本発明に記載の比例圧力制御弁の作動により流体ポンプ１６の加圧ラインあるいは圧力ポートPに接続される。バネ負荷ピストン７４は、示されていないディスクパックを共に押圧する。
シリンダ空間７２はしたがって、比例圧力制御弁の逆戻りの結果として空にされ、またプレシャースプリング形態７６はピストン７４をその最初の位置へ押し戻し、それは図４において示される。本プロセスにおいては、残存している流体媒体はユーティリティポートＡを経由してタンクＴの方向に強制的に排出される。

図５の説明図は、連結の手順を示す。継手は最初に油（流体媒体）で急速に充填される。これはｔ_１−ｔ_２の時間間隔の間に起る；ピストン７４は、このプロセスの結果として正確にディスクパックを圧縮することを開始する。このプロセスは短時間の非常に大きな体積流量を伴う。この状態はｔ_２−ｔ_３の時間間隔の間で維持される。また本プロセスはｔ_３−ｔ_４の時間間隔の間で緩やかに再開される。比例圧力制御弁の操作の結果として、受けている圧力は緩やかに直線的に増大する、その結果機械の圧力は変速機の列へ均一に導通される。時刻ｔ₅で、継手の圧力は磁石システム２８の電気制御信号が停止する結果として排除され、その結果圧縮されたディスクパックは、プレシャースプリング形態７６の、切換え状態においてポートＡで圧力は０の値と見なすと既に図示されているので、直ちに可能になるなにかの追加的な影響を受けて、ピストン７４をその最初の位置へ押し戻す。

図１は、本発明に記載の比例圧力制御弁を、各種の切換えあるいは作動状態において、一部は側面図また一部は縦方向断面図として示している。図２は、本発明に記載の比例圧力制御弁を、各種の切換えあるいは作動状態において、一部は側面図また一部は縦方向断面図として示している。図３は、本発明に記載の比例圧力制御弁を、各種の切換えあるいは作動状態において、一部は側面図また一部は縦方向断面図として示している。図４は、図１−３において示された比例圧力制御弁の使用方法を、マルチディスククラッチの場合の出願のために、単純化した接続図として示している。図５は、図４において示される形態に従って、継手―バルブ形態のための連結サイクルの過程を示している。

Claims

バルブハウジング（１０）と調整ピストン（１８）を備えた比例圧力制御弁であって：
前記バルブハウジング（１０）は少なくとも三つの流体導通継手、特にポンプポート（P）、ユーティリティポート（A）、及びタンクポート（T）の形状のポートを有していて、前記制御弁は、ユーティリティポートAへのポンプポート（Ｐ）の接続及びタンクポート（T）へのユーティリティポート（Ａ）の接続を自由に選択するようにバルブハウジング（１０）内部を縦方向に移動できるようになっていて、前記調整ピストン（１８）は接続チャネル（２４）付パイロットバルブ（２２）のサーボチャンバ（２０）とポンプポート（P）との間の流体導通接続の達成のために備えられていて、前記パイロットバルブ（２２）は磁石システム（２８）、特に比例磁石システムにより作動できるようにされている前記比例圧力制御弁において；
前記パイロットバルブ（２２）が開放されたとき、このパイロットバルブ（２２）が、接続チャネル（２４）とタンクポート（T）との間のバルブハウジング（１０）を一部貫通している流体導通経路（５８）を開放し、タンクポート（T）は同時に流体を導通するようにユーティリティポート（A）に接続されていることを特徴とする；
比例圧力制御弁。
接続チャネル（２４）は、パイロットバルブ（２２）のサーボチャンバ（２０）の方向において、上流部分を接続したスクリーン（３４）、好ましくは防護スクリーン（３６）付のスクリーン（３４）及び/又は下流部分を接続したディフユ―ザ（３８）を有する、請求項１に記載の比例圧力制御弁。
サーボチャンバ（２０）は、固定されるようにバルブハウジング（１０）に取付けられたバルブシート（４２）の一部であって、前記バルブシート（４２）は、流体を導通するようにサーボチャンバ（２０）に接続され、また閉鎖を達成するようパイロットバルブ（２２）のバルブ構成部品（４０）と接触するように移動でき、また前記パイロットバルブ（２２）の前記バルブ構成部品（４０）は、スプリング力によりサーボチャンバ（２０）の方向のその閉鎖位置へ移動できる、請求項１あるいは２に記載の比例圧力制御弁。
調整ピストンが、バルブハウジング（１０）と共にサーボチャンバ（２０）に向き合っていない前記調整ピストンの一端上で、制動チャンバ（６２）を区切り、前記制動チャンバにおいてはフォースアキュムレータ、特にプレシャースプリング（６４）の形状のフォースアキュムレータが、調整ピストン（１８）をサーボチャンバ（２０）の方向に向かって移動する、請求項１−３のいずれか一項に記載の比例圧力制御弁。
制動チャンバ（６２）は、調整ピストン（１８）に取付けられた制動スクリーン（６６）を経由して環状空間（６８）に接続され、また前記環状空間（６８）によってタンクポート（T）は、バルブハウジング（１０）においての調整ピストン（１８）の縦方向位置の関数として、ユーティリティポート（A）とあるいはユーティリティポート（A）はポンプポート（P）と、自由に選択して連通する、請求項４に記載の比例圧力制御弁。
制動チャンバ（６２）は、バルブハウジング（１０）により囲まれており、そしてその一方の側面は調整ピストン（１８）により、またその反対側面は調整ピストン（１８）用のリフト止め（７０）により囲まれていて、また前記リフト止め（７０）は、その一方の自由側面で外部からバルブハウジング（１０）を閉鎖している、請求項４あるいは５に記載の比例圧力制御弁。
パイロットバルブ（２２）が比例圧力制御弁として形成されている、請求項１−６のいずれか一項に記載の比例圧力制御弁。
パイロットバルブ（２２）のバルブ構成部品（４０）が、ガイド構成部品（５２）において縦方向に移動できるようにプレシャースプリング（４８，５０）の形状の二つのフォースアキュムレータの間で導通され、そして前記ガイド構成部品（５２）は、固定されるよう取付けられ、また流体導通経路（１０）が恒久的に接続される流通区画に隣接するバルブシートを備えている、請求項３−７のいずれか一項に記載の比例圧力制御弁。
全ての流体導通ポート（A、P、T）がバルブハウジング（１０）を貫通して半径方向に延びている、請求項１−８のいずれか一項に記載の比例圧力制御弁。
継手のシリンダ空間（７２）がディスクパックの圧縮のためにバルブを経由して流体ポンプ（１６）に接続されている、流体で作動できる継手用の請求項１−９のいずれか一項に記載の比例圧力制御弁。