JP3571109B2

JP3571109B2 - パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP3571109B2
Application number: JP11505295A
Authority: JP
Inventors: 真澄林; 良一長坂
Original assignee: KYB Corp
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 1995-04-17
Filing date: 1995-04-17
Publication date: 2004-09-29
Anticipated expiration: 2019-09-29
Also published as: JPH08282513A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、フローコントロールバルブを備えたパワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７〜図１０に、従来例を示す。
図７に示すようにポンプ１の吐出口１ａは、流路２を介してパワーシリンダ回路ＰＳに接続するとともに、この流路２の途中に可変絞り３を設けている。
さらに、この流路２には、フローコントロールバルブＦＶを設けている。このフローコントロールバルブＦＶは、ボディｂのスプール孔６にスプール７を摺動自在に組み込むとともに、スプール孔６内を圧力室８ａとパイロット室８ｂとに区画している。そして、上記圧力室８ａは、ポンプポート４とドレンポート５とに連通させている。上記ポンプポート４は可変絞り３の上流側に常時連通させている。一方ドレンポート５は、スプール７が図示のノーマル位置にあるとき、完全にふさがれるとともに、スプール７が、図面右方向に移動したとき、その移動量に応じた開度を維持するものである。上記パイロット室８ｂは、その中にスプリング９を設けるとともに、パイロット通路２９を介して前記可変絞り３の下流側に常時連通させている。
【０００３】
上記の回路図を具体的に示したのが図８〜図１０であり、ここでは、ポンプ１としてベーンポンプＶＰを用いている。
ポンプボディ１０及びカバー１１からなるハウジングＨに、軸穴１２を形成するとともに、軸穴１２内に設けた軸受１３によってシャフト１４を回転自在に支持している。シャフト１４は、ポンプボディ１０内に設けたロータ１５の回転軸となっている一方、このロータ１５には複数のベーン１６を放射状に組み込んでいる。
さらに、上記ロータ１５の周囲には、楕円形の内壁を有するカムリング１７を設けている。そして、シャフト１４が駆動すると、ロータ１５も回転するが、このときベーン１６がカムリング１７の内壁に沿って出たり入ったりする。つまり、各ベーン１６の先端がカムリング１７に密接したまま回転するとともに、これら各ベーン１６間のそれぞれが、独立した室を構成する。
そして、各室が収縮行程に入ったときに吐出口から流体を吐出する一方、各室が拡大行程に入ったとき、流体を吸入することになる。
なお、ロータ１５及びカムリング１７の側面にはサイドプレート１８を設けている。このサイドプレート１８の背面側には高圧室１９を形成するとともに、この高圧室１９にはポンプ吐出圧が導かれる。そして、この高圧室１９内の流体圧により、サイドプレート１８をロータ１５側に押しつけ、ローディングバランスを保つ。
【０００４】
ハウジングＨには、フローコントロールバルブＦＶを一体に設けている。つまり、フローコントロールバルブＦＶのボディｂを、ベーンポンプＶＰのハウジングＨと共用させている。
図１０はフローコントロールバルブＦＶの断面図で、このフローコントロールバルブＦＶには、可変絞り３も一体に組み込んでいる。
ハウジングＨに、ベーンポンプＶＰの吐出口に連通するポンプポート４と、タンクＴに連通するドレンポート５を形成するとともに、これらポート４、５に連通するスプール孔６を形成する。
スプール孔６内にはスプール７を摺動自在に組み込むとともに、スプール孔６を圧力室８ａとパイロット室８ｂとに区画している。そして、前記したように圧力室８ａは可変絞り３の上流側に連通し、パイロット室８ｂは可変絞り３の下流側に連通している。また、このパイロット室８ｂにはスプリング９を設け、その弾性力をスプール７の一端に作用させている。
そして、スプール７がスプリング９の弾性力及びパイロット室８ｂの圧力に抗して移動すると、その移動に応じてドレンポート５の開度が制御されることになる。
また、スプール孔６の他端側にコネクタ２０を挿入固定している。このコネクタ２０にはアクチュエータポート２０ａを形成する一方、コネクタ２０の先端には、貫通孔２１を有する部材２２を設けている。
【０００５】
一方、スプール７の先端にはロッド部材２３を固定するとともに、このロッド部材２３を上記貫通孔２１に貫通させる。そして、これらロッド部材２３、その大径部２３ａ及び貫通孔２１のそれぞれが相まって可変絞り３を構成する。なお、この可変絞り３は、図１０に示すノーマル状態、つまりスプリング９によってスプール７が、ロッド部材２３を介してストッパ２２ａに当接しているときに、その開度が最大となる。
また、スプール７がスプリング９に抗して移動し、ロッド部材２３の大径部２３ａが貫通孔２１に近づくにつれ、その開度が小さくなる。
可変絞り３の下流側であるアクチュエータポート２０ａ側の流体を、圧力感知孔２４→環状溝２５→通路口２６→通路２７→小孔２８からなるパイロット通路２９を通ってパイロット室８ｂに導くとともに、その圧力をスプール７の一端に作用させている。
なお、スプール７のパイロット室８ｂ側には、スプリング３１、ボールサポート３２、ボールポペット３３、及びシート部材３４からなるリリーフバルブを設けている。
【０００６】
次に、このパワーステアリング装置の作用を説明する。
ベーンポンプＶＰのシャフト１４は図示していないエンジンに連結されており、エンジンを始動するとシャフト１４に連結するロータ１５が回転する。したがって、エンジン回転数が上昇すればするほど、ベーンポンプＶＰの吐出量が多くなる。
そして、この吐出流体は、フローコントロールバルブＦＶの圧力室８ａに導かれるとともに、アクチュエータポート２０ａからパワーステアリング回路ＰＳに供給される。
このとき、可変絞り３前後には圧力差が発生する。そして、その上流側の圧力が圧力室８ａ側のスプール７の端面に作用し、下流側の圧力がパイロット通路２９を介して、パイロット室８ｂ側のスプール７の端面に作用する。
しかし、可変絞り３前後の差圧がある大きさになるまで、つまり、あるポンプ吐出量に達するまでは、スプリング９が保持するイニシャル荷重でスプール７が移動せず、ポンプポート４とドレンポート５を遮断した状態を保つ。したがって、ポンプ吐出量のすべてがパワーステアリング回路ＰＳに供給される（図６の特性線Ｋの区間ａ）。
【０００７】
そして、エンジン回転数が高くなって、つまり、ポンプ吐出量が多くなって、可変絞り３前後の差圧がある大きさ以上になると、スプール７はスプリング９に抗して移動する。そして、スプール７に作用する圧力差とスプリング９の弾性力とがつりあう位置でスプール７は止まるとともに、この位置に応じた開度でポンプポート４とドレンポート５を連通することになる。
また、エンジン回転数Ｎが高くなればなるほど、パワーステアリング回路ＰＳへの供給量Ｑは少なくなる特性を有するが、それは次の理由からである。すなわち、ポンプ吐出量が多くなると、可変絞り３前後の差圧が大きくなるので、スプールは図１０の左方向に移動する。スプール７がこのように移動すれば、ロッド部材２３の大径部２３ａが貫通孔２１に突入するので、その可変絞り３の開度がいっそう小さくなる。しかも、大径部２３ａの一部が貫通孔２１内に入ったときと、その全部が貫通孔２１内に入ったときとでは、そのチョーク効果が異なる。したがって、大径部２３ａが貫通孔２１内に入れば入るほど、その前後の差圧が大きくなる。
【０００８】
このようにして図６の特性線Ｋの区間ｂで示すように、エンジン回転数Ｎが所定の値よりも高くなると、パワーステアリング回路ＰＳに供給される流量が減少し、そのアシスト力を小さくする。
しかも、エンジン回転数Ｎは、車速に比例するので、結局、車速に応じたアシスト力を付与することができる。
なお、最大供給量Ｑ_１は、必要とされる最大のアシスト力を基準に設定しておけばよい。
また、パワーステアリング回路ＰＳへ供給される最高圧は、リリーフバルブによって決められている。つまり、パワーステアリング回路ＰＳの負荷圧が異常に上昇すると、パイロット室８ｂの圧力も大きくなるとともに、この圧力がボールポペット３３に作用する。そして、この圧力がスプリング３２によって決められているリリーフ設定圧より大きくなると、ボールポペット３３を押し開いてパイロット室８ｂとドレンポート５を連通する。
【０００９】
上記のようにパイロット室８ｂとドレンポート５が連通すると、圧力感知孔２４に流れが生じ、そこに圧力損失が発生する。そのためにパイロット室８ｂ内の圧力が急激に低下するとともに、スプール７は図１０の左に移動してポンプポート４とドレンポート５の開度を大きくし、供給圧を低くする。
そして、パワーステアリング回路ＰＳの回路圧がリリーフ設定圧より小さくなると、再びボールポペット３３がシート面３４ａに着座するので、パワーステアリング回路ＰＳの最高圧を一定に保つことができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のパワーステアリング装置では、操舵アシスト力を付与するのに必要な流量を、常にパワーステアリング回路ＰＳに供給している。
しかしながら、車両走行時にパワーステアリング装置を使用する頻度は、運転時間の約２０％程度である。そして、ハンドルの中立時あるいは微小操舵時などは、全運転時間の８０％を占めるといわれているが、これらの運転状況では、パワーステアリング装置のアシスト力を必要としない。
このように、運転時間の大部分を占めるアシスト力不要時にも、従来の装置では、アシスト力を付与するための必要流量をパワーステアリング回路ＰＳに供給してしまう。そのために無駄な圧力損失が、可変絞り３や、ポンプ１とパワーシリンダ回路ＰＳを接続する流路２、あるいはパワーステアリング回路ＰＳで発生してしまうことになる。
そして、これらの圧力損失の分だけ大きなポンプ駆動トルクを必要とし、無駄なエネルギーを消費してしまうとともに、圧力損失が生じる際に油温が上昇してしまう恐れもあった。
この発明の目的は、アシスト力が不要な時には、パワーステアリング回路側へ供給する流量を抑えることで圧力損失を少なくし、無駄なエネルギーを消費することがないパワーステアリング装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明は、エンジンの回転数に応じて吐出量が変化するポンプと、ポンプをパワーステアリング回路に接続する流路と、この流路途中に設けた絞りと、パワーステアリング回路への供給流量を制御するフローコントロールバルブとを備え、このフローコントロールバルブは、ボディと、ポンプ吐出口に接続したポンプポートと、タンクに連通するドレンポートと、上記ボディに摺動自在に組み込んだスプールと、このスプールの一端に形成し、かつ、ポンプポートと連通する圧力室と、上記スプールを挟んで圧力室の反対側に設けた第１パイロット室と、この第１パイロット室に設けるとともに、スプールに作用させたスプリングとからなり、絞りの上流側の圧力を圧力室に導き、下流側の圧力を第１パイロット室に導き、絞り前後の差圧が所定圧以上になったとき、圧力室の圧力が、スプリングのバネ力及び第１パイロット室の圧力作用に打ち勝って、スプールを移動させるとともに、そのスプールの位置に応じた開度でポンプポートとドレンポートとを連通させる構成にしたパワーステアリング装置を前提にするものである。
【００１２】
この発明は、上記の装置を前提にしつつ、第１パイロット室内でスプールと移動体とを対向させるとともに、それら両者間にスプリングを介在させ、しかも、この移動体にピストン部を形成し、このピストン部でドレン室と第２パイロット室とを区画し、上記ドレン室は上記第１パイロット室との連通を遮断する構成にする一方、この移動体内に切換スプールを組み込むとともに、この切換スプールは、そのノーマル位置で第２パイロット室をドレン室に連通させる一方、第１パイロット室の圧力が設定圧以上になったとき、切換スプールが移動して、第２パイロット室とドレン室との連通を遮断するとともに、第１パイロット室と第２パイロット室とを連通させる構成にし、かつ、第１パイロット室に臨ませた移動体の受圧面に対して、第２パイロット室に臨ませた移動体の受圧面の面積を大きく設定したことを特徴とする。
【００１３】
【作用】
この発明は、上記のように構成したので、ステアリング操作をしていないときには、その負荷圧が上昇しないので、第１パイロット室内の圧力も設定圧以下を維持する。第１パイロット室が設定圧以下を保てば、切換スプールもノーマル位置を維持して、第２パイロット室をドレン室に連通させる。したがって、移動体は第１パイロット室に設けたスプリングの作用で終端位置を維持し、スプリングは最大に伸びた状態を維持する。つまり、そのイニシャル荷重を制御可能範囲内で最小に保つ。しかも、このイニシャル荷重は任意の値に設定可能である。
上記のようにイニシャル荷重が制御可能範囲内で最小に保たれている状態では、可変絞りの前後にわずかな差圧が発生しても、スプールはスプリングに抗して移動し、圧力室をドレンポートに連通させる。したがって、このときの流量は、イニシャル荷重が最小の状態にあるスプリングのバネ力によって決まることになる。
また、ステアリング操作をすれば、当然のこととして、その負荷圧が上昇するとともに、第１パイロット室内の圧力も上昇する。第１パイロット室内の圧力が設定圧以上になると、切換スプールが移動して、第１パイロット室と第２パイロット室とを連通させ、第１パイロット室と第２パイロット室とを同圧にする。このように両パイロット室が同圧になれば、移動体の受圧面の面積差によって、移動体がスプリングに抗して移動し、そのスプリングのイニシャル荷重を大きくする。スプリングのイニシャル荷重が大きくなれば、当然のこととして流量も上昇することになる。
【００１４】
【実施例】
図１〜図５に示した実施例は、スプール７と対向して移動体３５を設けるとともに、この移動体３５内に切換スプール３６を設けた点に特徴があり、その他は従来と同様である。そこで、以下には、従来と相違する点を中心に説明するとともに、従来と同様の構成要素に関しては、同一符号を用い、その詳細な説明を省略する。
図１は回路図であり、図２及び図３は非操舵時の状態を示し、図４及び図５は操舵時の状態を示すものである。
この実施例におけるフローコントロールバルブＦＶは、通路２９を介して可変絞り３の下流側に接続した第１パイロット室８ｂ内において、スプール７と移動体３５とを対向させている。そして、この両者の対向部間にスプリング９を介在させている。
【００１５】
上記のようにした移動体３５には、その中央部分にピストン部３７を形成し、このピストン部３７で、第２パイロット室３８とドレン室３９とを区画している。そして、ドレン室３９には、停止段部３９ａを形成し、ピストン部３７がこの停止段部３９ａに接した状態でそれ以上移動できないようにしている。
第２パイロット室３８は、移動体３５を挟んで第１パイロット室８ｂと反対側に設けている。また、ドレン室３９は、図示のようにタンクＴに連通させるとともに、第１パイロット室８ｂとの連通は遮断されている。そして、第１パイロット室８ｂ側に面した移動体の一方の受圧面３５ａに対して、第２パイロット室に面した他方の受圧面３５ｂ（ピストン部３７の受圧面も含む）の受圧面積を大きくしている。
上記移動体３５には、その軸線上にスプール孔４０を形成しているが、第１パイロット室８ｂ側であるスプール孔４０の一端が開放され、第２パイロット室３８側である他端がふさがれている。このようにしたスプール孔４０に切換スプール３６を摺動自在に組み込んでいる。したがって、この切換スプール３６の一端には、第１パイロット室８ｂの圧力が作用するものである。
さらに、この移動体３５には、環状溝４１を形成し、この環状溝４１と第２パイロット室３８とを、通孔４２を介して連通させている。
上記切換スプール３６は、２つのランド部４３、４４を形成するとともに、これらランド部４３、４４間を環状凹部４５としている。そして、この切換スプール３６の外方のランド部４４側には、スプリング４６のバネ力を作用させている。
【００１６】
なお、上記環状凹部４５は、その移動位置に関係なく、通路４７を介して常にドレン室３９に連通する。また、切換スプール３６には連通孔４８を形成し、スプリング４６を設けた室を環状凹部４５を介してドレン室３９に連通させている。
上記のようにした切換スプール３６は、図示のノーマル位置において、そのランド部４３で、第１パイロット室８ｂと環状溝４１との連通を遮断する一方、第２パイロット室３８を、環状凹部４５及び通路４７を介してドレン室３９に連通させる。
この状態から第１パイロット室８ｂの圧力が、スプリング４６で定めた設定圧以上になると、切換スプール３６がスプリング４６に抗して移動し、第１パイロット室８ｂと環状溝４１とを連通させる。また、この環状溝４１は通孔４２を介して第２パイロット室３８にも連通しているので、結局、第１パイロット室８ｂと第２パイロット室３８とが連通することになる。
したがって、第１パイロット室８ｂ及び第２パイロット室３８のそれぞれに、可変絞り３の下流側の圧力が導かれることになる。
両パイロット室８ｂ、３８に圧力が導かれると、移動体３５の受圧面３５ａと３５ｂとの受圧面積の違いにより、移動体３５がスプリング９に抗して移動することになる。
【００１７】
次に、この実施例の作用を説明する。
ポンプ１を駆動すると、その圧力流体が、圧力室８ａに導かれるとともに、可変絞り３を介してパワーステアリング回路ＰＳにも導かれる。
そして、非操舵時であれば、パワーステアリング回路ＰＳの負荷圧、言い換えれば、可変絞り３の下流側の圧力が、スプリング４６で定めた圧力以上に上昇しない。そのために、移動体３５が図示のノーマル位置を保ち、第１パイロット室８ｂ内のスプリング９のイニシャル荷重を小さく設定する。
このようにスプリング９のイニシャル荷重が小さく設定されるので、圧力室８ａの圧力作用が、第１パイロット室８ｂ内のスプリング９のバネ力に打ち勝って、スプール７がスプリング９に抗して移動する。このようにスプール７が移動すれば、ドレンポート５が開くので、その分、ポンプ１の負担も小さくなる。
そして、非操舵時の最大供給流量を、従来と比較して示したのが図６で、この実施例の非操舵時の最大供給流量Ｑ₂が、従来の最大供給流量Ｑ₁よりも小さくなっているのがわかる。
また、操舵時には、その負荷圧が上昇するが、その上昇した圧力が第１パイロット室８ｂにも導かれる。このときの圧力が、スプリング４６で定めた設定圧以上になれば、切換スプール３６がスプリング４６に抗して移動し、第１パイロット室８ｂと第２パイロット室３８とを連通させる。
【００１８】
したがって、移動体３５は、その受圧面３５ａと３５ｂとの受圧面積差によって、スプリング９を縮める方向に移動するが、このときの移動体３５の最大移動量は、それが停止段部３９ａに接触するまでである。このように移動体３５が移動すれば、スプリング９のイニシャル荷重が大きく設定されることになる。イニシャル荷重が大きくなれば、その分、スプール７が、圧力室８ａ内の圧力作用で移動するストローク量も相対的に小さくなり、ドレンポート５から流出する流量が少なくなる。
上記のことから明らかなように、この実施例によれば、非操舵時には、ポンプ１の最大供給流量Ｑ₂を、操舵時の最大供給流量Ｑ₁よりも少なくしているので、
非操舵時のエネルギー損失を少なくできる。
しかし、操舵時には、最大供給流量Ｑ₁を確保して、パワーステアリング回路ＰＳ側がパワー不足にならないようにしている。
【００１９】
【発明の効果】
この発明のパワーステアリング装置では、操舵アシスト力が不要のとき、パワーステアリング回路側へ供給する流量を抑えることができる。したがって、絞りやパワーシリンダ回路で発生する圧力損失を抑えることができ、その分ポンプを駆動させるためのトルクも小さくすることができる。
そして、操舵アシスト力が必要な時には、必要な流量をパワーステアリング回路側に供給することができる。
このように、操舵アシスト力が不要のときには、圧力損失を抑えることができるので、無駄なエネルギーを消費することがなく、また油温の上昇を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例を示すパワーステアリング装置の回路図である。
【図２】非操舵時のフローコントロールバルブの断面図である。
【図３】非操舵時の移動体を示す部分拡大断面図である。
【図４】操舵時のフローコントロールバルブの断面図である。
【図５】操舵時の移動体を示す部分拡大断面図である。
【図６】非操舵時における供給流量特性を示したグラフである。
【図７】従来例のパワーステアリング装置の回路図である。
【図８】ベーンポンプの断面図である。
【図９】図８のＩＸ−ＩＸ線断面図である。
【図１０】フローコントロールバルブの断面図である。
【符号の説明】
１ポンプ
２流路
３可変絞り
４ポンプポート
５ドレンポート
７スプール
８ａ圧力室
８ｂパイロット室
９スプリング
３５移動体
３６切換スプール
３７ピストン部
３８第２パイロット室
３９ドレン室

Claims

エンジンの回転数に応じて吐出量が変化するポンプと、このポンプをパワーステアリング回路に接続する流路と、この流路途中に設けた絞りと、パワーステアリング回路への供給流量を制御するフローコントロールバルブとを備え、このフローコントロールバルブは、ボディと、上記絞りの上流側に接続した圧力室と、この圧力室をタンクに連通するドレンポートと、上記ボディに摺動自在に組み込んだスプールと、このスプールを挟んで圧力室の反対側に設けた第１パイロット室と、この第１パイロット室に設けてスプールにバネ力を作用させたスプリングとからなり、上記絞りの上流側の圧力を圧力室に導き、下流側の圧力を第１パイロット室に導き、絞り前後の差圧が所定圧以上になったとき、圧力室の圧力が、スプリングのバネ力及び第１パイロット室の圧力作用に打ち勝って、スプールを移動させるとともに、そのスプールの位置に応じた開度でドレンポートとを開く構成にしたパワーステアリング装置において、上記第１パイロット室内でスプールと移動体とを対向させるとともに、それら両者間にスプリングを介在させ、しかも、この移動体にピストン部を形成し、このピストン部でドレン室と第２パイロット室とを区画し、上記ドレン室は上記第１パイロット室との連通を遮断する構成にする一方、この移動体内に切換スプールを組み込むとともに、この切換スプールは、そのノーマル位置で第２パイロット室をドレン室に連通させる一方、第１パイロット室の圧力が設定圧以上になったとき、切換スプールが移動して、第２パイロット室とドレン室との連通を遮断するとともに、第１パイロット室と第２パイロット室とを連通させる構成にし、かつ、第１パイロット室に臨ませた移動体の受圧面に対して、第２パイロット室に臨ませた移動体の受圧面の面積を大きく設定したパワーステアリング装置。