JP4056563B2 - 自動車の液圧的なブレーキ装置のための電磁操作される弁 - Google Patents

Description

従来技術
本発明は請求項１に記載した形式の電磁操作される弁を先行技術とする。
この種の弁は既に公知であり（ドイツ連邦共和国特許公開第４４１２６４８号明細書）、その座弁は戻しばねの作用下でその開放位置を占め、かつ電磁操作されて、圧力媒体の通流を阻止する位置へ切換え可能である。要するに、この公知の弁はその構造からしてコスト的に有利な２ポート２位置方向制御弁の形態の切換弁である。さらに、閉鎖部材及びタペットについての構造的な手段によって、圧力差が十分に大きい場合には液圧にもとづいて自動的に座弁の閉鎖位置から、容積流れを減少させる部分閉鎖位置へ調整される。それゆえ、この公知の弁は制動スリップ制御の圧力形成時に制御の品位と騒音放出とに関して適切なふるまいを得るために例えばスリップ制御式液圧ブレーキ装置で有利に使用可能である。
発明の利点
これに対して、請求項に記載の特徴要件を備えた本発明にもとづく弁が有する利点は、この弁が比例弁に類似していてそれにもかかわらず比例弁の無駄な構造を有することなく磁力の制御により小さな行程でも任意に多くの中間位置を経過することにある。この作動の仕方は大体において、閉鎖部材に作用する液圧的な力が弁座及び閉鎖部材の形状にもとづき行程に依存して変化することに起因する。それゆえ、本発明にもとづく弁によれば、著しく連続的な通流制御が得られる。多くの使用例では、比例弁の代わりにこの弁を使用することができる。スリップ制御式ブレーキ装置では本発明にもとづく弁の使用により、公知の弁に比して高い制御品位とわずかな騒音放出とが得られる。
従属請求項に記載した手段によれば、請求項１に記載された弁の有利な変化実施例及び改善が可能である。
請求項２に記載された構成により、圧力媒体噴流の規定された剥離が得られる。それゆえ、不安定な流れ力が著しく回避される。
図面
本発明の１実施例が図面に簡単に示され、かつ以下の記述で詳細に説明される。第１図は座弁を備えた電磁操作される弁の縦断面図を示し、第１図からの詳細ＩＩとしての第２図は閉鎖位置に在る座弁を第１図に比して拡大して示し、第３図は弁開放行程にわたり座弁に作用する力の線図を示す。
実施例の記述
第１図に示された電磁操作される弁１０は弁ケーシング１１を備えており、弁はこの弁ケーシングにより弁ブロック１２内に収容されている。弁ケーシング１１は弁ブロック１２の外部でホールコア１３へ続いている。ポールコア１３上にはスリーブ状の弁ドーム１４が圧密に固定されている。この弁ドーム及びポールコア上には、磁気伝導性のケーシング１５により囲われたリング状のマグネットコイル１６が差しはめられている。
弁ドーム１４内には縦方向運動可能なマグネット可動子１９が配置されている。このマグネット可動子はタペット２０をつかんでおり、タペットはポールコア１３及び弁ケーシング１１の縦孔２１内に収容されている。縦方向運動可能なタペット２０には可動子とは逆の側に戻しばね２２が係合している。
戻しばね２２は、縦方向の貫通孔を備えていて弁ケーシング１１内へ圧入された弁体２３に支持されている。弁体は弁１０の圧力媒体入口２４に連通しており、圧力媒体入口は弁ブロック１２の案内孔２５に連絡している。
弁体２３はタペット側に、最大１１０°の円錐角α（第２図）を有する中空円錐形の弁座２８を備えている。弁座２８内には、直径Ｄ_１を有していて圧力媒体入口２４に連通した流入孔２９が同軸的に開口している。弁座２８は半径方向外側でシャープな縁を介して、弁体２３を弁室３１へ向かって制限している端面３０へ移行しており、この端面は弁体２３、弁座２８、タペット２０及びマグネット可動子１９が共有する１軸線に対して直角に延びている。弁室３１は横孔３２に連通しており、横孔は弁１０の圧力媒体出口３３を形成していて弁ブロック１２の案内孔３４に連通している。縦孔２１及び弁ドーム１４は圧力媒体を誘導するように弁室３１に連通している。それゆえ、マグネット可動子１９及びタペット２０は圧力媒体により囲まれている。
弁座２８には球セグメントの形状の閉鎖部材３７が協働している。閉鎖部材３７は弁室３１内に位置する減径した円筒形のタペット部分３８の端面側に形成されている。弁座２８の円錐角αと閉鎖部材３７の曲率半径Ｒは、弁座のシール直径Ｄ_２が流入孔２９の直径Ｄ_１の少なくとも１．３倍になるように互いに規定されている。これに対して、タペット部分３８の直径Ｄ_３は少なくとも近似的に弁座２８のシール直径Ｄ_２に相応しており、要するにタペット部分３８はわずかにシール直径に比して大きい。閉鎖部材３７からタペット部分３８への移行部はシャープな縁状に形成されている。さらに、第２図から分かるように、弁座２８の出口はほぼタペット部分３８の直径Ｄ_３の領域内に位置している。
弁体２３の弁座２８とタペット２０の閉鎖部材３７は座弁４１を形成しており、この座弁はマグネットコイル１６の無通電状態では戻しばねの作用にもとづき通流位置を占める。通電時に弁１０は座弁４１の閉鎖位置へ切換えられる。それゆえ、この電磁操作される弁１０は原理的には２ポート２位置方向制御弁の形態の切換弁である。この弁は冒頭に引用した印刷物ドイツ連邦共和国特許公開第４４１２６４８号明細書において暗示され、かつ印刷物ドイツ連邦共和国特許公開第４１１９６６２号明細書において回路図及び機能に関して記載されているような、自動車の液圧的ブレーキ装置で使用可能である。この種の使用に際しては、弁１０の圧力媒体入口２４が、ブレーキ装置の圧力発生器としてのマスタブレーキシリンダに、かつ圧力媒体出口が、圧力により作動させられるホイールブレーキに結合される。
従来の切換弁が本発明にもとづく弁、特に座弁４１の構成と異なる点は次の通りである。すなわち、流入孔２９が従来の弁ではほぼシール直径Ｄ_２に相応する直径Ｄ_１を有している。シール直径が弁の閉鎖のために必要な磁力の大きさを規定しているため、従来の座弁では、与えられた磁力において、シール直径の適合によって最大の通流量の獲得が努められる。さらに、従来の座弁では、タペット２０への組付け時に球が一層容易に操作できるという理由で閉鎖部材３７として大きな直径を有する球を使用することができるように、円錐角αが９０°より大きく選択される。さらに、従来の座弁では、閉鎖部材３７の球面とタペット２０との間の移行部を縁なしに形成することが努められる。最後に、従来の弁における磁気回路の一般的な設計では閉鎖位置への移行時に磁力が累進的に増大する。
これに対して本発明にもとづく弁１０が相違する点は次の通りである。
座弁４１の閉鎖位置（第２図）で、流入側の圧力Ｐ１はタペット部分３８のシール直径Ｄ_２から計算された作用面へ作用して、開放力をタペット２０に及ぼす。弁室３１及び弁ドーム１４内に支配する流出側の圧力Ｐ_２は圧力Ｐ_１より低く、かつ力により閉鎖方向でタペット２０へ作用する。これらの両方の液圧成分としての圧力Ｐ _１ と圧力Ｐ _２ とから合成された液圧Ｆ_Ｐがタペット２０を開放させる方向で作用する。コイル圧縮ばねとして形成された戻しばね２２もばね力Ｆ_Ｆにより開放方向でタペット２０へ作用する。
弁開放行程が次第に増大すると、流入孔内の測定可能な圧力と流出孔内の測定可能な圧力との圧力差が低下する。それに応じて、合成された液圧Ｆ _Ｐ が、次第に増大する弁開放行程Ｈに亘って単調に低下する。戻しばね２２の一般的には直線的な特性曲線は弁開放行程Ｈにわたり同様に低下する。座弁４１の閉鎖過程時には、この関係が相応して逆転する。
加算された液圧力Ｆ _Ｐ及びばね力Ｆ_Ｆの、弁開放行程Ｈにわたる特性曲線は第３図で線図によって示されており、この線図では横軸に弁開放行程Ｈが、縦軸に力Ｆがプロットされている。この合成力Ｆ_Ｐ＋Ｆ_Ｆは比較的急勾配で低下する特性曲線を有している。このことが主として弁開放行程Ｈにわたる液圧Ｆ_Ｐの変化に依存し、戻しばね２２の特性にはわずかにしか依存していないため、弁１０は、マグネット可動子１９及びタペット２０を座弁４１の閉鎖位置から通流位置へ移動させるのに十分な大きさに無難に設定可能であるわずかなばね強さを有するばねを備えることができる。
座弁４１のこの形状付与は、線図で再現した合力Ｆ_Ｐ＋Ｆ_Ｆ の特性曲線が外乱の影響から著しく自由であることを保証する。要するに、弁座２８の円錐角αが比較的小さいことにより、座弁４１内での圧力媒体噴流の比較的わずかな偏向が得られる。このことにより、特に通流量が大きい場合に生じる衝撃力が小さくなる。それゆえ、圧力差及び圧力媒体温度への弁特性の依存性がわずかである。さらに、閉鎖部材３７とタペット部分３８とがシャープな縁を介して移行していることにより、圧力媒体流が常時そのところで剥離し、これにより閉鎖部材３７への均一な流れ力をもたらすことが保証される。弁体２３の端面３０のところでの弁座２８のシャープな縁状の出口もまた圧力媒体流の安定に寄与している。それゆえ、戻しばね２２の、弁室３１内に位置する線輪への圧力媒体流の作用は妨害影響から著しく自由である。
上述の液圧Ｆ_Ｐ及びばね力Ｆ_Ｆに抗して、マグネットコイル１６の励磁により発生して座弁４１の閉鎖方向で作用する磁力Ｆ_Ｍが作用する。第３図の線図で示す特性曲線が示すように、当業者の慣用手段によれば、規定された励磁電流Ｉ＝コンスタントの場合に弁開放行程Ｈにわたる磁力Ｆ_Ｍは同様に単調に低下する特性曲線を示すが、しかし数値的には合力Ｆ_Ｐ＋Ｆ_Ｆの特性曲線に比して比較的わずかなネガティブな傾きを有することができる。磁力Ｆ _Ｍ の特性曲線のこのフラットな傾きは、特に弁１０の閉鎖位置でマグネット可動子１９とポールコア１３との間に比較的大きな残留空気隙間が残されている場合、又はマグネット可動子及びポールコアがプランジャタイプとして形成されている場合に、例えば磁気回路の適当な構成により獲得可能である。図示の磁力特性曲線は規定された励磁電流Ｉ＝コンスタントのために代表的である。励磁電流が変化すると、縦軸の方向に変位した特性曲線が得られる。励磁電流変化は電流制御、パルス幅変調及びその他の公知方法により調整可能である。
両方の特性曲線Ｆ_Ｐ＋Ｆ_ＦとＦ_Ｍは、線図において開放方向に働く液圧力Ｆ_Ｐプラスばね力Ｆ_Ｆと閉鎖方向に働く磁力Ｆ_Ｍとの間でバランスが得られる点で交差している。この点は作動点ＡＰとして記載されており、この作動点では座弁４１が行程ｈで安定な位置を占める。線図で二重矢印の方向で電流制御によって変位させられる磁力特性曲線は作動点を他の弁開放行程へ移動せしめる。それゆえ、本発明にもとづく弁１０は切換弁としてのその構造にもかかわらず、比例弁のように流れに依存して、可変の弁開放行程により無段に制御可能である。この制御可能性は少なくとも小さな弁開放行程で与えられる。
弁座２８が９０°及びこれより小さな円錐角αを有し、弁座２８のシール直径Ｄ_２が流入孔２９の直径Ｄ_１の少なくとも１．５倍である場合に、弁１０の電磁的な部分のための制御及び構造的費用に関連した特に有利な比が得られる。
本発明にもとづく弁１０は自動車の液圧式ブレーキ装置で例えば制動スリップ制御又は駆動スリップ制御のために、又は液圧式サーボ圧力源を備えたブレーキ装置でホイールブレーキシリンダ内の制動圧の直接的な制御のために使用可能である。ブレーキ装置が適当なセンサ及び電子制御装置を装備している場合、この弁１０により有利な形式で無段の圧力制御及び容積流れ制御が可能である。さらにまた、この弁は圧力制限弁としても使用可能であり、その場合、流れ制御により応動圧がコンスタントに、又は使用に依存して変化可能に調整される。

Claims (2)

1. 自動車の液圧式ブレーキ装置のための電磁操作される弁であって、
   圧力媒体入口（２４）と圧力媒体出口（３３）との間に座弁（４１）が設けられており、
   この座弁（４１）が中空円錐形の弁座（２８）と、球セグメントの形状の閉鎖部材（３７）とを備えており、
   弁座（２８）には中央に、圧力媒体入口（２４）に連通した流入孔（２９）が開口しており、
   閉鎖部材（３７）が、タペット（２０）の円筒形部分（３８）の端面へのシャープな縁状の移行部分を備えており、
   タペット（２０）には、閉鎖方向で座弁（４１）に作用するマグネット可動子（１９）と、開放方向で作用する戻しばね（２２）とが係合している形式のものにおいて、
   弁座（２８）のシール直径（Ｄ_２）が流入孔（２９）の直径（Ｄ_１）の少なくとも１．３倍の大きさを有しており、
   弁座（２８）の円錐角（α）が最高で１１０°であり、
   マグネット可動子（１９）に作用して閉鎖部材（３７）へ伝達される磁力（Ｆ_Ｍ）が無段に可変であり、その場合、その磁力特性曲線が弁開放行程（Ｈ）の増大につれて単調に低下しており、
   圧力媒体と戻しばねとにより由来して閉鎖部材（３７）に作用する合力（Ｆ_Ｐ＋Ｆ_Ｆ）が、弁開放行程（Ｈ）の増大につれて単調に低下する特性曲線を有しており、その傾きの絶対値が磁力特性曲線の傾きに比して大きく、
   弁座（２８）がシール直径（Ｄ２）よりもわずかに大きくなるように、タペット部分の直径（Ｄ_３）の領域内にこの弁座（２８）の円錐形面と端面（３０）とにより形成されるシャープな縁状が設けられていることを特徴とする、自動車の液圧式ブレーキ装置のための電磁操作される弁。
2. タペット部分（３８）の直径（Ｄ_３）が少なくともほぼ弁座（２８）のシール直径（Ｄ_２）に相応していることを特徴とする請求項１記載の弁。

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