JP2007506045A - 比例圧力制御弁 - Google Patents

Abstract

磁石部分と弁部分とを備え、前記弁部分が、供給体積流用の入口開口と、充填体積流用の第１出口開口と、タンク体積流用の第２出口開口とを備え、球面弁座と、開口付き平形弁座と、この平形弁座の開口を貫流する流量を制御するための閉鎖部と、球面弁座と平形弁座との間に配置された分流体とを有している比例圧力制御弁である。供給体積流用の入口開口（６）が、弁部分の磁石部分とは反対の側の端面側端（１０）に、弁部分の長手軸線に対して同軸的に形成され、充填体積流用の出口開口（７）が、弁部分の側壁に弁部分の長手軸線に対して半径方向に形成され、これによって、入口開口から出口開口に流れる液体粒子が最大で９０°しか転向されない。分流体（５′）と球面弁座（４）との軸方向間隔、分流体（５′）の直径、壁厚および形状は、球面弁座（４）の貫流後に分流体（５′）を貫流する液体粒子が３０°より小さく転向されるように、選択されている。

Description

本発明は、特許請求の範囲請求項１の上位概念部分に記載の液圧回路における圧力レベルを調整するための比例圧力制御弁に関する。

従来、自動車における変速機、特に自動変速機において、液圧回路における圧力が必要に合わせて調整される。変速機構成部品への潤滑材供給に対して、液圧回路における圧力は低く保たれるが、速度段切換過程中には、例えば切換要素を急速に充填できるようにするために、その圧力は大きく増大されねばならない。

液圧回路における圧力の調整に対して、通常、クラッチ作動用の追従スライダを制御する圧力調整器が利用されている。その追従スライダの制御は、圧力調整器の内部で、特に磁鉄心と電磁石コイルと接極子とから成る比例磁石によって行われる。その場合、比例磁石において、電磁石コイル電流が出力量に比例して制御され、その接極子が、従ってクラッチを制御するための追従スライダが、電磁石コイル電流に応じて制御される。その結果生ずる圧力調整器の磁力-電流-特性曲線から、自動変速機の電気液圧式制御において、クラッチ適合にとって望まれる特性曲線が発生される。

特許文献１に電磁作動式液圧比例弁が記載されている。その液圧比例弁は、磁石部分および弁部分を備えている。その磁石部分は、電気制御される電磁石コイルと、その電磁石コイルの内部に突出した固定磁鉄心と、電磁石コイルで付勢され閉鎖素子に連結され移動可能に案内された接極子とから成っている。弁部分は、それぞれ少なくとも１つの入口通路、帰還通路、作動通路並びに弁座を有し、その弁座は、閉鎖素子と作用的に協働して、作動通路と帰還通路との間における圧力媒体接続を制御する。その閉鎖素子は少なくともその弁座の側における端部の領域に、本質的に円錐状の弁体を有し、その弁体の小さな端面が弁座の側に向けられている。その弁体は弁座と反対の側の端部に少なくとも１つの流れ切り縁を有している。

この実施形態により、液圧比例弁が、温度の影響および流れによる振動励起に対して、安定して振る舞うようにしようとされている。その比例弁の圧力-流れ特性曲線は、比例弁の気密特性および摩耗挙動が改善されるので、従来通常の圧力調整弁に比べて、一定した定常的経過を有する。

本件出願人出願の特許明細書である特許文献２に、異なった比例圧力制御弁が記載されている。その比例圧力制御弁は減圧機能と圧力保持機能を備えたサーボ弁として形成されている。その弁は、入口開口と出口開口とを備えたハウジングと、制御要素と、接極子ロッドと、比例磁石とから成っている。その比例磁石は、磁鉄心と接極子と磁石電磁石コイルから成っている。その比例圧力制御弁はその作動範囲においてほぼ一定した磁力を有する。接極子の保持位置において、接極子と磁鉄心との最小軸方向間隔は、保持位置におけるその両部品間の磁力が比例磁石の作動範囲における磁力より大きいように寸法づけられ、その場合、接極子はその磁力によって保持位置に固定される。

また、本件出願人出願の特許明細書である特許文献３に、弁部分と、給出口開口と、オリフィスあるいは開口を制御するための少なくとも１つの閉鎖手段と、磁石部分とを備えた比例圧力制御弁が知られている。その磁石部分は、磁鉄心と、電磁石コイルと、移動可能に配置された接極子とを備えている。特に入口開口のオリフィスにおいて閉鎖手段を作動する作動要素が、その接極子と協働する。その作動要素は、調整過程中に少なくとも部分的にオリフィスの中に入り込む。オリフィスの液圧的有効横断面積は、主に、オリフィス長、オリフィス直径、オリフィス内における作動要素の直径によって決定される。

その比例圧力制御弁は、特に低温領域、即ち、液体が大きな粘性を有する時における弁部分内の最良の貫流に関して、および小さな流れ抵抗に関して、貫流を決定づける入口幾何学形状の最良の特性（仕様）を有し、即ち、オリフィス長とオリフィス直径との比が２．０より小さく決められ、その貫流を決定づけるオリフィスは特に、弁の入口開口に配置されている。これによって、その弁が特に大きな油粘性時に、即ち、低温時に小さな流れ損失を有することが達成され、弁の大きな貫流量および短い応答時間が得られ、これによって、その比例圧力制御弁は改善された動特性値を可能にする。

自動車の自動変速機において、とりわけ、流体トルクコンバータが発進要素として採用されている。特に変速機油が冷たいとき、その構成部品のエネルギ需要は非常に大きく、このために、車両の発進挙動が害される。変速機切換クラッチの応答挙動も零下温度領域において相応して遅らされ、このために、同様に不快感を受ける。
独国特許第１９９４３０６６号明細書 独国特許第１９９０４９０１号明細書 独国特許第１００３４９５９号明細書

本発明の課題は、自動車における流体式発進要素および変速機切換クラッチなしの自動変速機における負荷切換クラッチ、特に発進クラッチの動的制御特性の向上が達成される比例圧力制御弁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。本発明の有利な実施態様は従属請求項に記載されている。

即ち、本発明は、磁石部分と弁部分とを備え、前記弁部分が、供給体積流用の入口開口と、充填体積流用の第１出口開口と、タンク体積流用の第２出口開口とを有し、球面弁座と、開口付き平形弁座と、この平形弁座の開口を貫流する流量を制御するための閉鎖部と、球面弁座と平形弁座との間に配置された分流体とを更に備えた比例圧力制御弁から出発している。

本発明に基づいて、供給体積流用の入口開口が、磁石部分とは反対の側の弁部分の前側端部に、弁部分の長手軸線に対して同軸的に形成され、充填体積流用の出口開口が、弁部分の側壁に弁部分の長手軸線に対して半径方向に形成され、これによって、入口開口から出口開口に流れる液体粒子（Fluidteilchen）が最大で９０°しか転向されず、分流体と球面弁座との間の軸方向間隔と、分流体の直径、壁厚および形状とが、球面弁座の貫流後に分流体を貫流する液体粒子が３０°より小さい角度で転向されるように選択されている、ことを提案する。

本発明に基づいて形成された比例圧力制御弁は、従来通常の減圧弁に比べて小さな流れ抵抗を有し、流体式発進要素ないし変速機切換クラッチなしの自動変速機における発進クラッチである負荷切換クラッチの動的制御特性の向上を保証する、という利点を有している。さらに、応答時間が短くなり、クラッチと発進要素とから成るシステムの遮断周波数を増大させ、これによって、零下温度でも瞬時の摩擦結合が可能とされる、という利点を有する。

以下の図に示された有利な実施例の説明から、本発明の詳細および利点が理解できる。

そのような比例圧力制御弁は当該技術者において良く知られているので、以下において、本発明の理解にとって必要な部分だけについて説明する。

比例圧力制御弁１は、（図１の上部に詳細に図示されていない）磁石部分と、閉鎖部２の作動部分１を有している。磁石部分は、通常、磁鉄心と電磁石コイルと可動接極子を有し、この可動接極子によって、閉鎖部２の作動部分１が移動される。閉鎖部２は平形弁座３に突き当たり、その際、平形弁座３に設けられた貫通開口１６を閉鎖する。

図において、符号４は通常の球面弁座、符号５は分流体、符号６は供給圧力ｐの供給体積流（体積流量）用の入口開口、符号７はクラッチに対する作動圧力Ａの充填体積流用の出口開口、符号８は大気圧力Ｔのタンク体積流用の出口開口、符号９，９′はそれぞれ細かいメッシュの濾網である。一方の濾網９は少なくとも１つの出口開口７にはめ込まれ、他方の濾網９′は入口開口６にはめ込まれている。

さらに図１には、減圧弁を通る液体粒子の経路を明瞭にするために、液体粒子から成る幾つかの流線が示されている。供給体積流用の入口開口６に流入する液体粒子は、符号１１が付された経路に従って流れ、球面弁座４から出た後、経路１２に従って出口開口８からタンクに向けて流れるか、あるいは、符号１３が付された経路に従って出口開口７からクラッチに向けて流れる。

その際に次の流れ抵抗が生ずる。即ち、
− 代表的には１６０μｍのメッシュ幅を有する濾網９、
９０°の流れ転向、
（経路１１における）球面弁座４；
− ２７０°の流れ転向、
符号１４が付された狭い流れ断面積、
（経路１３における）同様に代表的には１６０μｍのメッシュ幅を有する濾網９′；
− ９０°の流れ転向、
分流体５における二度の９０°の流れ転向、
平形弁座３、
（経路１２における）タンク、
でそれぞれ流れ抵抗が生ずる。

図２には、本発明に基づく比例圧力制御弁が示され、その場合、図１と同一部分には同一符号が付されている。供給圧力ｐの供給体積流用の入口開口６は、弁部分の磁石部分とは反対側の前側端部１０に、弁部分の長手軸線に対して同軸的に形成されている。また、クラッチに対する作動圧力Ａの充填体積流用の出口開口７は、弁部分の側壁に、その弁部分の長手軸線に対して半径方向に形成されている。

平形弁座３の下側に、流れを最適化する方式にて、薄壁の分流体５′がはめ込まれている。この分流体５′は、閉鎖部２に対する作動部分１によって貫通され、大きな横孔１５が設けられている。ここで「薄壁」とは、分流体５′の壁厚が０．１５・ＮＷ（「・」は乗算記号。以下同様。）より小さいことを意味する。この関係で「大きな」とは、横孔の直径が０．５０・ＮＷより大きいことを意味する。

なおここで、「ＮＷ」は、平形弁座１３における開口１６の直径として規定される呼び径である。

流れを一層最適化する方式にて、分流体５′と球面弁座４と間のの軸方向間隔は、１．０・ＮＷより大きく、分流体５′の直径は１．３・ＮＷより小さくされている。

図２にはさらに、本発明に基づいて形成された比例圧力制御弁における最良の流れ経過を明瞭にするために、液体粒子から成る流線が示されている。その場合、入口開口６に流入する液体粒子は経路１１に従って流れ、球面弁座４を真っ直ぐに通過して流れる。その後、液体粒子は経路１３に従って１つ又は複数の出口開口７に向けて流れるか、あるいは、経路１２に従って流れ、分流体５′および平形弁座３における開口６をほぼ真っ直ぐに貫流する。その場合、出口開口７を通ってクラッチに導かれる充填体積流は、９０°の流れ転向しか行われない。また、経路１２における液体粒子は、タンク体積流用の出口開口８に向けて９０°の流れ転向しか行われずに流れる。

この実施態様において次の流れ抵抗しか存在しない。即ち、
− 濾網９′、
（経路１１における）球面弁座４；
− ９０°の流れ転向、
（経路１３における）濾網９；
− 分流体５′のほぼ真っ直ぐな貫流、
平形弁座３、
（経路１２における）タンク
でそれぞれ流れ抵抗が生ずる。

流れ抵抗を一層小さくする方式において、入口開口６ないし出口開口７にはめ込まれている濾網９′、９に対してそれぞれ少なくとも１９０μｍのメッシュ幅が選択され、作動圧力Ａでクラッチに向かう充填体積流の出口開口７の総面積に対して、４・呼び面積（呼び面積の４倍）より大きな値が選択される。その「呼び面積」は１・ＮＷ^２・π／４として規定されている。従って、充填体積流用の出口開口７に向けて、図１の狭い流れ断面積に比べて非常に広い流れ断面積が用立てられる。

液体粒子から成る流線に対する図２に示された経路１１、１２から、球面弁座４の貫流後に分流体５′に向けて移動して分流体５′を貫流する液体粒子の転向角が３０°より小さいことが明らかに理解できる。タンク体積流用の１つあるいは複数の出口開口８に向けて移動する液体粒子の転向角は最大９０°である。球面弁座４の貫流後に出口開口７に向けて移動する液体粒子も同様に最大９０°しか転向されない。

この本発明に基づくあらゆる流れ最良化処置は、クラッチと制御要素とから成る上述したシステムにおいて、例えば−２０℃の温度で、圧力調整弁の遮断周波数を３倍以上増大させる。これは、クラッチの所望の改善された制御特性を生じさせ、並びに、実際の用途において作動されるような短い応答時間を生じさせる。

従来通常の比例圧力制御弁の弁部分の断面図。 本発明に基づいて形成された比例圧力制御弁の弁部分の断面図。

符号の説明

１ 作動部分
２ 閉鎖手段
３ 平形弁座
４ 球面弁座
５、５′ 分流体
６ 入口開口
７ 出口開口
８ 出口開口
９、９′ 濾網
１０ 端面側端
１１ 流線
１２ 流線
１３ 流線
１４ 流れ断面積
１５ 横孔
１６ 開口

Claims (8)

1. 磁石部分と、弁部分とを備え、
   前記弁部分が、供給体積流用の入口開口と、充填体積流用の第１出口開口と、タンク体積流用の第２出口開口とを有し、
   球面弁座と、開口付き平形弁座と、この平形弁座の開口を貫流する流量を制御するための閉鎖部と、球面弁座と平形弁座との間に配置された分流体とを更に備えた比例圧力制御弁において、
   供給体積流用の入口開口（６）が、磁石部分とは反対側の弁部分の前側端部（１０）に、弁部分の長手軸線に対して同軸的に形成され、
   少なくとも充填体積流用の出口開口（７）が、弁部分の側壁に弁部分の長手軸線に対して半径方向に形成され、
   分流体（５′）と球面弁座（４）との間の軸方向間隔と、分流体（５′）の直径、壁厚および形状とが、球面弁座（４）の貫流後に分流体（５′）を貫流する液体粒子が３０°より小さい角度で転向されるように選択されている、ことを特徴とする比例圧力制御弁。
2. 平形弁座（３）における開口（１６）の直径をＮＷとしたとき、分流体（５′）と球面弁座（４）との間の軸方向間隔が１・ＮＷより大きい、ことを特徴とする請求項１記載の比例圧力制御弁。
3. 分流体（５′）の直径が１．３・ＮＷより小さい、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の比例圧力制御弁。
4. 分流体（５′）の壁厚が０．１５・ＮＷより小さい、ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の比例圧力制御弁。
5. 分流体（５′）が横孔（１５）を備えている、ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の比例圧力制御弁。
6. 横孔（１５）の直径が０．５・ＮＷより大きい、ことを特徴とする請求項５記載の比例圧力制御弁。
7. 入口開口（６）および少なくとも１つの出口開口（７）に、メッシュ幅が少なくとも１９０μｍの濾網（９、９′）がはめ込まれている、ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の比例圧力制御弁。
8. １・ＮＷ^２・π／４を呼び面積としたとき、充填体積流用の出口開口（７）の総面積が、４・呼び面積より大きい、ことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の比例圧力制御弁。

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