JP4013304B2

JP4013304B2 - 圧力制御弁

Info

Publication number: JP4013304B2
Application number: JP34943897A
Authority: JP
Inventors: 春彦宇野; 健太郎熊倉; 伸二杉原
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1997-12-18
Filing date: 1997-12-18
Publication date: 2007-11-28
Anticipated expiration: 2017-12-18
Also published as: JPH11182702A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポンプから吐出される流体の圧力を制御する圧力制御弁に関するもので、車両のオートマチックトランスミッション（以下、ＡＴと略す。）において、油圧制御に用いて有効である。
【０００２】
【従来の技術】
ＡＴにおいて、例えばシフトレバーをＤレンジ（ドライブレンジ）としてフットブレーキ等のブレーキにより車両を停止させた状態（以下、この状態をストール状態と呼ぶ。）では、周知のごとく、トルクコンバータにおけるトルク比（タービン軸トルクとポンプ軸トルクとの比）が最大となる。
【０００３】
このため、一般的にストール状態では、油圧クラッチに最大圧力（例えば２０ｋｇｆ／ｃｍ²）を供給している。一方、ストール状態ではない通常走行時においては、油圧クラッチに供給する圧力を最大圧力の半分以下の領域（例えば０〜１０ｋｇｆ／ｃｍ²）の圧力で制御している。
したがって、ＡＴ用の圧力制御弁には、図６の実線に示すように、ストール状態においては最大圧力を油圧クラッチに供給することができ、かつ、通常走行時においては最大圧力の半分以下の領域（以下、この領域を常用圧力域と呼ぶ。）の圧力を精度良く制御することができる性能（機能）が要求される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、従来では、図８に示すように、油圧ポンプ１から供給される油圧を常用圧力域まで減圧して圧力を制御する比例制御電磁弁２、および比例制御電磁弁２を迂回させて油圧ポンプから供給される油圧（最大圧力）を直接、油圧クラッチ３に供給する電磁切換弁４の２つの電磁弁によってＡＴ用の圧力制御装置を構成していた。
【０００５】
しかし、このＡＴ用の圧力制御装置では、油圧回路が複雑になるとともに圧力制御装置の大型化を招いてしまうという問題があった。
因みに、この問題に対して、最大圧力（２０ｋｇｆ／ｃｍ²）から最小圧力（０ｋｇｆ／ｃｍ²）までを、１つの比例制御電磁弁により制御するといった手段が考えられるが、この手段では、制御領域となる圧力の振幅が大きくなるので、図６の２点鎖線に示すように、比例制御電磁弁に供給する供給電流Ｉに対する吐出側の圧力Ｐ_OUTの変化率（＝ΔＰ_OUT／ΔＩ）が大きくなってしまう。
【０００６】
このため、この手段では、僅かな供給電流Ｉの変化に対して、圧力Ｐ_OUTが大きく変化してしまうので、圧力Ｐ_OUTの制御が困難となり、常用圧力域での圧力制御の精度が低下してしまうという問題が発生する。
本発明は、上記点に鑑み、常用圧力域の制御精度を低下させることなく、１つのアクチュエータによって、最大圧力と常用圧力域とを制御することができる圧力制御弁を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、以下の技術的手段を用いる。
請求項１に記載の発明では、スプール弁体（１０４）内に、第１圧力降下量が増大する向きの力をスプール弁体（１０４）に作用させるアクチュエータ（１０７）により駆動される弁手段（１１３）とを配設する。そして、この弁手段（１１３）は、アクチュエータ（１０７）がスプール弁体（１０４）に及ぼす力が所定値以上のときは、出力ポート（１０３）とフィードバック室（１０５）とを連通させ、かつ、フィードバック室（１０５）とドレーン側との連通を遮断し、アクチュエータ（１０７）がスプール弁体（１０４）に及ぼす力が所定値未満のときは、出力ポート（１０３）とフィードバック室（１０５）との連通を遮断し、かつ、フィードバック室（１０５）を前記ドレーン側に連通させることを特徴とする。
【０００８】
これにより、後述するように、常用圧力域の制御精度を低下させることなく、１つのアクチュエータによって、最大圧力と常用圧力域とを制御することができる。
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は本実施形態に係る圧力制御弁１００の断面図であり、１０１は、ポンプ（図７参照）の吐出側に接続される流入ポート１０２、および流入ポート１０２に流入した作動油（流体）を流出する出力ポート１０３が形成された、略円筒状のスリーブ（ケーシング）である。
【００１０】
このスリーブ１０１内には、スリーブ１０１に対して摺動変位する略円柱状のスプール（弁体）１０４が配設されており、このスプール１０４がその長手方向に摺動することにより、両ポート１０２、１０３間の第１圧力降下量、および出力ポートと後述する排出ポート１０９ａとの第２圧力降下量を調節することにより、出力ポート１０３における出力油圧が調節される。なお、本実施形態では、スプール１０４が、図１の左側に向かって摺動変位するほど、流入ポート１０２および出力ポート１０３間の圧力降下量が大きくなるように構成されている。
【００１１】
また、スプール１０４のうち、両ポート１０２、１０３、および後述するフィードバック室（以下、Ｆ／Ｂ室と略す。）１０５に対応する部位は、その他の部位に比べて径寸法が小さくなるように、スプール１０４の全周（外周）に渡って凹部１０４ａ、１０４ｂが形成されており、後述するように、スプール１０４が摺動して凹部１０４ａが両ポート１０２、１０３間に渡るように位置したとき、圧力制御弁１００の吐出圧が最大となる。
【００１２】
また、１０５はスプール１０４に形成されたフィードバック通路（第２通路手段）１０６を介して出力ポート１０３側の作動油が導かれるＦ／Ｂ室であり、このＦ／Ｂ室１０５（凹部１０４ｂ）を挟んでスプール１０４の長手方向一端側（紙面左側）のスリーブ１０１の内径Ｄ₁およびスプール１０４の径寸法ｄ₁は、Ｆ／Ｂ室１０５（凹部１０４ｂ）を挟んで他端側（紙面右側）のスリーブ１０１の内径Ｄ₂およびスプール１０４の径寸法ｄ₂より大きくなっている。
【００１３】
このため、Ｆ／Ｂ室１０５は、その内圧により第１圧力降下量が増大する向き（紙面左向き）の力（以下、この力を第１作用力Ｆ₁と呼ぶ。）をスプール１０４に作用させる第１作用手段として機能する。
因みに、凹部１０４ａを挟んで紙面両側のスリーブ１０１の内径およびスプール１０４の径寸法は等しいので、凹部１０４ａでは、第１作用力Ｆ₁のごとくスプール１０４を摺動変位させる力は発生しない。
【００１４】
また、スプール１０４の長手方向他端側（紙面右側）には、後述するロッド１１０を介してスプール１０４に第１圧力降下量が増大する向きの力（以下、この力を第２作用力Ｆ₂と呼ぶ。）を作用させるアクチュエータ（第２作用手段）１０７が配設されている。
一方、スプール１０４の長手方向一端側（紙面左側）には、第１圧力降下量が縮小する向きの弾性力（以下、この弾性力を第３作用力Ｆ₃と呼ぶ。）をスプール１０４に作用させるコイルバネ（第３作用手段）１０８が配設されており、このコイルバネ１０８は、スプール１０４の変位に依らず、比較的大きな略一定の第３作用力Ｆ₃（弾性力）をスプール１０４に作用させるべく、比較的小さなバネ定数に設定されている。
【００１５】
ここで、アクチュエータ１０７の概略構造を述べておく。
１０７ａは電磁力（電磁吸引力）を発生させる電磁コイル１であり、１０７ｂは電磁コイル１０７ａ内に配設された固定鉄心部（ストッパ部）である。また、１０７ｃはスリーブ１０１をアクチュエータ１０７に固定するとともに、固定鉄心部１０７ｂと共に磁路を形成するヨークハウジングであり、１０７ｄは電磁力により固定鉄心部１０７ｂに吸引されることにより、ロッド１１０に第２作用力Ｆ₂を作用させる可動鉄心である。
【００１６】
なお、可動鉄心１０７ｄは、固定鉄心部１０７ｂに吸引されるプランジャ１０７ｄ₁と、プランジャ１０７ｄ₁に圧入固定されるとともにロッド１１０に接触するシャフト１０７ｄ₂とから構成されている。
また、１０７ｅは可動鉄心１０７ｄに対して、スプール１０４の摺動方向と平行な方向の弾性力を作用させる板バネであり、１０７ｆはヨークハウジング１０７ｃの一端側（電磁コイル１０７ａを挟んでスプール１０４の反対側）を閉塞するエンドプレートである。
【００１７】
因みに、プランジャ１０７ｄ₁、固定鉄心１０７ｂ、およびヨークハウジング１０７ｃはＳ１０Ｃ等の炭素量が少ない鉄系の磁性材料にて構成され、シャフト１０７ｄ₂、板バネ１０７ｅおよびエンドプレート１０７ｆは、ステンレスや樹脂等の非磁性材料から構成されている。
ところで、スプール１０４には、フィードバック通路（以下、Ｆ／Ｂ通路と略す。）１０６に加えて、Ｆ／Ｂ室１０５内の作動油をポンプの吸入側（低圧側）に導くドレン通路（第１通路手段）１０９が形成されており、このドレン通路１０９には、ドレン通路１０９を開閉するロッド（第１調節弁体）１１０が摺動可能に配設されている。
【００１８】
なお、ドレン通路１０９には、ドレン通路１０９の径外方側に向けて陥没して、ロッド１１０と平行に延びる複数本の溝（図示せず）が形成されており、作動油は前記溝内を流通し、一方、ロッド１１０は溝の開口側に接触することにより案内される。
そして、ロッド１１０のうちシャフト１０７ｄ₂と反対側の端部は、図２に示すように、その先端側に向かうほど径寸法が小さくなるようなテーパ状（円錐状）に形成されており、このテーパ状に形成された部位（以下、この部位をロッド弁部と呼ぶ。）１１０ａが、ドレン通路１０９に形成された弁口（以下、この弁口を排出ポートと呼ぶ。）１０９ａにシャフト１０７ｄ₂側から接触することにより、ドレン通路１０９を閉じる。
【００１９】
また、ロッド弁部１１０ａの先端には、図３に示すように、排出ポート１０９ａから、Ｆ／Ｂ通路１０６に形成された弁口（以下、この弁口をＦ／Ｂ口と呼ぶ。）１０６ａまで貫通するロッド部１１０ｂが形成されており、このロッド部１１０ｂは、Ｆ／Ｂ口１０６ａより出力ポート１０３側に配設されてＦ／Ｂ口１０６ａを開閉する鋼球（第２調節弁体）１１１に接触している。
【００２０】
また、１１２はＦ／Ｂ口１０６ａを閉じる向きの弾性力を鋼球１１１に対して作用させる円錐コイルバネ（バネ手段）である。このため、鋼球１１１は、円錐コイルバネ１１２の弾性力（以下、この弾性力を開放力と呼ぶ。）と、ロッド１１０を介してアチュエータ１０７（シャフト１０７ｄ₂）より伝達される第２作用力Ｆ₂との釣り合いによって変位する。
【００２１】
なお、図１中、１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃは大気に開放されたドレーン（図示せず）側に連通するポートである。
ここで、以下に述べる作動説明の理解を容易にするために、スプール１０４、ロッド１１０および鋼球１１１に作用する力について確認しておく。
１．スプール１０４に作用する力のうち第１圧力降下量が大きくなる向きの力第１作用力Ｆ₁および第２作用力Ｆ₂
２．スプール１０４に作用する力のうち第１圧力降下量が小さくなる向きの力第３作用力Ｆ₃
３．ロッド１１０に作用する力のうち排出ポート１０９ａを閉じる向きの力第２作用力Ｆ₂
４．ロッド１１０に作用する力のうち排出ポート１０９ａを開く向きの力鋼球１１１を介して作用する開弁力
５．鋼球１１１に作用する力のうちＦ／Ｂ口１０６ａを閉じる向きの力開弁力
６．鋼球１１１に作用する力のうちＦ／Ｂ口１０６ａを開く向きの力ロッド１１０を介して作用する第２作用力Ｆ₂
７．ロッド１１０に作用する力のうち排出ポート１０９ａを開く向きの力鋼球１１１を介して作用する開弁力
８．鋼球１１１に作用するのうちＦ／Ｂ口１０６ａを閉じる向きの力開弁力
９．鋼球１１１に作用するのうちＦ／Ｂ口１０６ａを開く向きの力ロッド１１０を介して作用する第２作用力Ｆ₂
次に、圧力制御弁１００の作動を述べる。
【００２２】
１．常用圧力域（０〜１０ｋｇｆ／ｃｍ²）における作動（図３、５参照）
アクチュエータ１０７（電磁コイル１０７ａ）に供給すると、その供給電流値に応じて第２作用力Ｆ₂が発生する。そして、第２作用力Ｆ₂が開弁力を上回ると、Ｆ／Ｂ口１０６ａが開くとともに排出ポート１０９ａが閉じる。
このため、Ｆ／Ｂ室１０５内に吐出ポート１０２側の作動油が導かれるので、Ｆ／Ｂ室１０５内の圧力が上昇するとともに第１作用力Ｆ₁が発生し、第１圧力降下量が増大する向きにスプール１０４が摺動変位する。
【００２３】
そして、排出ポート１０９ａが閉じた状態、すなわちロッド弁部１１０ａ排出ポート１０９ａに接触した状態で供給電流値がさらに増大していくと、その供給電流値の増大に伴う第２作用力Ｆ₂の増加分は、ロッド１１０および排出ポート１０９ａを介してスプール１０４に作用するので、第２作用力Ｆ₂の増加に応じてスプール１０４が第１圧力降下量が増大する向きに摺動変位する。
【００２４】
２．最大圧力（２０ｋｇｆ／ｃｍ²）における作動（図２、４参照）
供給電流値が小さくなり、開弁力が第２作用力Ｆ₂を上回ると、Ｆ／Ｂ口１０６ａが閉じるとともに排出ポート１０９ａが開くので、第１作用力Ｆ₁が消滅する。
そして、この状態における第２作用力Ｆ₂は第３作用力Ｆ₃ に比べて小さいので、スプール１０４は、第２作用力Ｆ₂の大きさ（供給電流値）によらず、第１圧力降下量が縮小する向きに摺動変位する。
【００２５】
以上に述べたように、本実施形態では、ロッド１１０、鋼球１１１、両通路１０６、１０９および円錐コイルバネ１１２により、第２作用力Ｆ₂（電磁吸引力）が所定値以下になったときに、Ｆ／Ｂ室１０５の圧力を開放する弁手段１１３を構成している。
次に、本実施形態の特徴を述べる。
【００２６】
本実施形態によれば、前述のごとく、常用圧力域については供給電流値Ｉに応じて第１圧力降下量を調節し、最大圧力を供給するときには、Ｆ／Ｂ室１０５の圧力を開放することにより、供給電流値によらずスプール１０４を摺動変位させて第１圧力降下量を縮小させるので、供給電流Ｉに対する吐出側の圧力Ｐ_OUTの変化率（＝ΔＰ_OUT／ΔＩ）が大きくなってしまうことを防止できる（図６の実線参照）。したがって、常用圧力域の制御精度を低下させることなく、最大圧力と常用圧力域とを制御することができる。
【００２７】
また、１つの電磁コイル１０７ａ（アクチュエータ１０７）にて最大圧力と常用圧力域とを制御することができるので、圧力制御弁（圧力制御装置）の製造原価低減を図りつつ、小型化を図ることができる。延いては、圧力制御弁１００の車両への搭載性を向上させることができる。
また、ドレン通路１０９を開く同時にＦ／Ｂ通路１０６を閉じるので、Ｆ／Ｂ室１０５内の圧力を確実に開放することができる。したがって、第１圧力降下量が縮小する向きに確実にスプール１０４を摺動変位させることができるので、圧力制御弁１００の信頼性を向上させることができる。
【００２８】
ところで、本発明に係る圧力制御弁１００はＡＴ用の油圧制御（図７参照）のみならず、４輪駆動車のトルク配分制御用の油圧クラッチや、油圧クラッチ内蔵型のデフレンシャル装置等、その他の圧力制御機構に対しても適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る圧力制御弁の断面図である。
【図２】最大圧力における制御圧調節手段の状態を示すの拡大図である。
【図３】常用圧力域における制御圧調節手段の状態を示すの拡大図である。
【図４】常用圧力域における圧力制御弁の状態を示す断面図である。
【図５】最大圧力における圧力制御弁の状態を示す断面図である。
【図６】供給電流と吐出ポート側の圧力との関係を示すチャートである。
【図７】ＡＴ用の油圧制御装置を示す概念図である。
【図８】（ａ）は従来の圧力制御装置を示す概念図であり、（ｂ）は比例制御電磁弁の供給電流と吐出ポート側の圧力との関係を示すチャートである。
【符号の説明】
１０１…スリーブ（ケーシング）、１０２…流入ポート、
１０３…出力ポート、１０４…スプール弁体、１０５…Ｆ／Ｂ室、
１０６…Ｆ／Ｂ通路、１０７…アクチュエータ、１０８…コイルバネ、
１０９…ドレン通路、１１０…ロッド、１１１…鋼球、
１１２…円錐コイルバネ（バネ手段）、１１３…弁手段。

Claims

流体の圧力を制御する圧力制御弁であって、
ポンプの吐出側に接続される流入ポート（１０２）、制御圧力を出力する出力ポート（１０３）、および大気圧に開放されたドレーンへ接続される排出ポート（１０９ａ）が形成されたケーシング（１０１）と、
前記ケーシング（１０１）内に摺動自在に配設され、前記流入ポート（１０２）と前記出力ポート（１０３）との間の第１圧力降下量、および前記出力ポート（１０３）と前記排出ポート（１０９ａ）との間の第２圧力降下量を調節することにより、前記出力ポート（１０３）における制御圧力を調節するスプール弁体（１０４）と、
電磁コイル（１０７ａ）および前記電磁コイル（１０７ａ）の内側に配設されたアーマチャ（１０７ｄ2 ）を有し、前記第１圧力降下量が増大する向きの力を前記スプール弁体（１０４）に作用させるアクチュエータ（１０７）と、
前記スプール弁体（１０４）と前記ケーシング（１０１）とによって形成され、前記第１圧力降下量が増大する向きの力を前記スプール弁体（１０４）に作用させるフィードバック室（１０５）と、
前記スプール弁体（１０４）内に配設され、前記アクチュエータ（１０７）により駆動される弁手段（１１３）とを備え、
前記弁手段（１１３）は、
前記アクチュエータ（１０７）が前記スプール弁体（１０４）に及ぼす力が所定値以上のときは、前記出力ポート（１０３）と前記フィードバック室（１０５）とを連通させ、かつ、前記フィードバック室（１０５）と前記ドレーン側との連通を遮断し、
前記アクチュエータ（１０７）が前記スプール弁体（１０４）に及ぼす力が所定値未満のときは、前記出力ポート（１０３）と前記フィードバック室（１０５）との連通を遮断し、かつ、前記フィードバック室（１０５）を前記ドレーン側に連通させることを特徴とする圧力制御弁。