JP4082731B2 - 特に自動車の液圧式のブレーキ装置に用いられる電磁作動式の弁 - Google Patents

Description

従来の技術
本発明は、請求項第１項の上位概念に記載の形式の電磁作動式の弁から出発している。
このような形式の弁は既に公知である（ドイツ連邦共和国特許出願公開第４４１２６４８号明細書参照）。このような座弁は戻しばねの作用下で開放位置を占めていて、電磁操作されて、圧力媒体の貫流を遮断する位置に切換可能である。即ちこの公知の弁は、その構成から、安価な２ポート２位置弁の形の切換弁である。さらに閉鎖部材とプランジャとにおける構造的な手段によって、十分な大きさの圧力差が生じると、液圧力に基づき自動的に座弁の閉鎖位置から、体積流量を減少させる所定の部分閉鎖位置がとられる。従って公知の弁は、有利には例えば、スリップ制御された液圧式のブレーキ装置において使用可能であって、例えばブレーキスリップ制御装置の圧力が上昇した際に、制御状態及び騒音エミッションに関して最良の特性を得るために働く。
発明の効果
請求項１の特徴部に記載の本発明による弁はこれに対し利点を有している。即ちこの弁は、比例弁と類似の形式で、行程が小さい場合に磁力を制御することにより任意の多数の中間位置に移行することができ、この場合に比例弁のような手間のかかる構成を有してはいない。この作用形式は、主として戻しばねが、弁行程にわたってプランジャにかかる力の特性線を規定し、閉鎖部材に作用する液圧力は、流入孔と弁座の形状的な特性に基づき、比較的小さな影響しか与えていないことによる。従って本発明による弁は、ほぼ継続的な貫流制御を行うことができる。この弁は多くの使用例において比例弁のかわりに使用される。スリップ制御されたブレーキ装置では、本発明による弁を使用することにより、公知の弁の場合よりも、より良好な制御性能と、より小さな騒音放出量とが得られる。
請求項２以下に記載された手段により、請求項１に記載の弁の有利な別の構成及び改良形が得られる。
請求項２及び３に記載の構成により、弁の開放後に閉鎖部材若しくは弁座から圧力媒体噴流を規定のように引き剥がすことができる。従って不安定な流力はほぼ回避される。
請求項４記載の本発明による別の構成の有する利点は、閉鎖部材及び弁座から引き離された圧力媒体噴流のさらなる経過をそれ以上プランジャに与えないということである。流力による妨害影響はこれにより回避される。
請求項５記載の本発明による構成により、例えば座弁の閉鎖位置にある戻しばねのばね力を、プランジャに対して相対的にスリーブの位置を調節することにより調整することができる。
図面
本発明の実施例を、概略的に示した図面につき詳しく説明する。第１図は、座弁を備えた電磁作動式の弁の縦断面図であって、第１図の個別部分ＩＩを示す第２図は、閉鎖位置に位置する座弁を第１図よりも大きな縮尺で示す図であって、第３図は、閉鎖弁において弁開放行程にわたって作用する力を示すダイアグラムである。
実施例の説明
第１図に示した電磁作動式の弁１０は弁ケーシング１１を有している。この弁ケーシング１１によって弁１０は弁ブロック１２内に収容される。弁ブロック１２の外側では、弁ケーシング１１が磁極コア１３に続いている。この磁極コア１３上には、スリーブ状の弁ドーム１４が圧力密に固定されている。この弁ドーム１４と磁極コア１３とには、磁束を通すケーシング１５によって取り囲まれた環状の電磁コイル１６が被せ嵌められている。
弁ドーム１４内には、長手方向可動な磁気可動子１９が位置している。この磁気可動子１９はプランジャ２０に係合しており、このプランジャ２０にはスリーブ２１が押し嵌められている。このプランジャ２０とスリーブ２１とは、磁極コア１３と弁ケーシング１１とに設けられた長手方向孔２２内に長手方向摺動可能に配置されている。戻しばね２３は、可動子とは反対側で、スリーブ２１の端面側の支持面２４に係合している（第２図参照）。
戻しばね２３は、弁ケーシング１１内にプレス嵌めされた、長手方向で貫通孔を有する弁体２５に支持されている。この弁体２５は弁１０の圧力媒体入口２６に結合されている。この圧力媒体入口２６は弁ブロック１２に設けられた管路孔２７に連通されている。
弁体２５はプランジャ側で、最大９０度の円錐頂角αを有する中空円錐状の弁座２８を有している（第２図参照）。この弁座２８の中央には、直径Ｄ₁を有した、圧力媒体入口２６に接続されている流入孔２９が開口されている。この弁座２８は、半径方向外側で鋭角を成して端面３０で終わっている。この端面３０は弁体２５を弁室３１に対して制限しており、弁体２５、弁座２８、スリーブ２１を備えたプランジャ２０、磁気可動子１９が位置する軸線に対して垂直に延びている。弁室３１は横方向孔３２に接続されている。この横方向孔３２は、弁１０の圧力媒体出口３３を形成していて、弁ブロック１２に設けられた管路孔３４に連通されている。長手方向孔２２と弁ドーム１４とは、圧力媒体を通すように弁室３１に結合されている。従って磁気可動子１９と、スリーブ２１を備えたプランジャ２０とは、周囲で圧力媒体に取り囲まれている。
弁座２８と、球欠の形の閉鎖部材３７とは協動する。この閉鎖部材３７は端面側で、弁室３１内のプランジャ２０の、直径が減少している円筒状の区分３８に形成されている。弁座２８の円錐頂角αと閉鎖部材３７の曲率半径Ｒとは互いに、弁座のシール直径Ｄ₂が、流入孔２９の直径Ｄ₁に一致するか、又は僅かに大きいように形成されている。プランジャ区分３８の直径Ｄ₃は、これに対して弁座２８のシール直径Ｄ₂に少なくともほぼ一致している。即ちプランジャ区分３８は、シール直径Ｄ₂よりも僅かに大きい。閉鎖部材３７からプランジャ区分３８への移行部は鋭角に形成されている。閉鎖部材３７を含むプランジャ区分３８の長さＬは、弁座のシール直径Ｄ₂に相応する。プランジャ区分３８は、弁座２８に相応する円錐形状を備えた移行部３９の後方でプランジャ２０に移行する。さらに、第２図からわかるように、端面３０における弁座２８の開口部は、弁座のシール直径Ｄ₂の少なくとも２倍に相当する直径Ｄ₄を有している。
弁体２５の弁座２８と、プランジャ２０の閉鎖部材３７とは座弁４１を形成する。この座弁４１は、電磁コイル１６の通電が不足している場合は、戻しばね２３の作用に基づき通流位置を占める。通電されると、弁１０は座弁４１の閉鎖位置に切り換え可能である。従ってこの電磁作動式の弁１０は、２ポート２位置弁の形の切換弁である。この切換弁は、冒頭で述べたドイツ連邦共和国特許出願公開第４４１２６４８号明細書に記載されたように、及びドイツ連邦共和国特許出願公開第４１１９６６２号明細書において回路図と作用とが詳しく説明されているように、自動車の液圧式のブレーキ装置において使用可能である。このような弁の使用時には、弁１０の圧力媒体入口２６はブレーキ装置の圧力発生装置としてのマスタブレーキシリンダに、圧力媒体出口３３は圧力消費装置としてのホイールブレーキに接続されている。
従来の切換弁が、本発明による弁と異なる点は例えば、組み付け時にプランジャ２０のもとで比較的簡単に取り扱うことができるように、比較的大きな直径を有するボールを閉鎖部材３７として使用するために、閉鎖弁のもとで９０度よりも大きな円錐頂角αが選択されている点である。さらに従来の座弁では、閉鎖部材３７の球面とプランジャ２０との間の移行部がエッジなしに形成されるように意図されている。さらに従来の弁では磁気可動子は、閉鎖位置への移行時に磁力が急に増加するように形成されている。
これに対し本発明による弁１０は、次のような特徴を有する。
座弁４１の閉鎖位置（第２図参照）では、流入する圧力Ｐ₁が、プランジャ区分３８の、シール直径Ｄ₂によって限定される作用面に作用し、開放力をプランジャ２０に加える。弁室３１と弁ドーム１４内に形成される流出側の圧力Ｐ₂は、圧力Ｐ₁よりも低く、所定の力でプランジャ２０に閉鎖させるように加えられる。従って、これら両力の結果として生じる液圧力Ｆ_Pが、プランジャ２０に、開放させるように作用する。圧縮コイルばねとして形成された戻しばね２３も、所定の力Ｆ_Fで開放するようにプランジャ２０に作用する。
弁４１が閉鎖位置から開放される際に、低い方の圧力レベルＰ２が僅かに、流入孔２９の方向に進出する。しかしこの流入孔２９は、弁座２８のシール直径Ｄ₂にほぼ相当するので、圧力Ｐ₁によってプランジャ区分３８の作用面に加えられる開放力が極端に減少することはない。従ってＰ₁とＰ₂との間に一定の圧力差が生じるという前提のもと、結果として生じる液圧力Ｆ_Pは、弁開放行程が増大することにより、僅かな負の勾配率で単調に下降するように減少する。これに対し、プランジャ２０における力の収支のために戻しばね２３は重要な意味を有する。即ちこの戻しばね２３は比較的高いばね剛性を有していて、従ってばね力Ｆ_Fは、弁開放行程Ｈが増大するにつれ大きな負の勾配率で単調に下降する。座弁４１の閉鎖時には、このような特性は相応するように逆になる。
加法により互いに結合された力Ｆ_P＋Ｆ_Fの、弁開放行程Ｈにわたって描かれた特性線（経過Verlauf）が、第３図にダイアグラムで示されている。このダイアグラムでは、横座標が行程Ｈを示しており、縦座標が力Ｆを示している。このような合力の特性線は、比較的大きな負の勾配率を有している。この合力の特性線は、主として戻しばね２３の特性に応じたものであり、液圧力Ｆ_Pの弁開放行程Ｈにわたって生じる変化とは殆ど無関係であるので、弁１０の本発明による作用のためには、ばね力を極めて正確に調整する必要がある。このことは、プランジャ区分３８が弁座２８に係合している場合に、スリーブ２１がプランジャ２０に対して相対的に、座弁４１の行程が０の場合に必要な大きさのばね力が得られるまで摺動されることにより行われる。プランジャ２０とスリーブ２１との間のプレス結合に基づき、このような調整は耐久性のあるものである。
座弁４１の形状により、ダイアグラムに示された特性線の経過Ｆ_P＋Ｆ_Fが外乱影響をほぼ与えられないことが確実にされる。即ち弁座２８の円錐頂角αが比較的小さいことにより、座弁４１において圧力媒体噴流が僅かに変向される。これにより脈動力は殆ど生じない。このような脈動力は特に大きな貫流のもとで生じる。従って弁特性の、差分圧力及び圧力媒体温度との関連性は僅かである。さらに、閉鎖部材３７とプランジャ区分３８との間の鋭角的な移行部により、圧力媒体流がここで引き離され、従って閉鎖部材３７に均一に流力が加えられることになる。安定的な圧力媒体流のためには、弁体２５の端面３０における弁座２８の鋭角的な開口部も貢献している。従って戻しばね２３の巻き条に対する圧力媒体流の作用は、外乱影響をほぼ受けない。さらに、軸方向で後置された移行区分３９は、プランジャ２０に対する圧力媒体噴流の発生をほぼなくす。
上述の液圧力Ｆ_Pとばね力Ｆ_Fとは反対の方向に、電磁コイル１６の励磁によって形成される、閉鎖弁４１の閉鎖方向で作用する磁力Ｆ_Mが向けられる。この磁力Ｆ_Mは、座弁４１を液圧力Ｆ_P及びばね力Ｆ_Fに抗して閉鎖位置に移行させ、この位置で保持するために所定の大きさに達していなくてはならない。第３図のダイアグラムに示された磁力Ｆ_Mの特性線が示しているように、専門家により周知の方法によって、磁気回路が形成されている際には、所定の励磁電流Ｉ＝一定の場合に磁力Ｆ_Mは弁開放行程Ｈにわたって同様に単調に下降する延びを有しているが、この場合、力特性線Ｆ_P＋Ｆ_Fの負の勾配率よりも小さな負の勾配率を有する。特性線Ｆ_Mの緩やかな傾きは、例えば磁気回路を相応に形成することにより得られる。特に、弁１０の閉鎖状態で、磁気可動子１９と磁極１３との間に比較的大きな残留エアギャップが残っている場合に又は、磁気可動子と磁極コアとがプランジャ型段部（Tauchstufe）として形成されている場合に得られる。図示した磁力特性線は、所定の励磁電流Ｉ＝一定の場合を表している。励磁電流がずれることにより、縦座標の方向で延長される特性線が形成可能である。変化された励磁電流は、電流制御、パルス幅変調（ＰＷＭ）、及び別の公知の方法によって調節可能である。
公知の特性線Ｆ_P＋Ｆ_FとＦ_Mとは、ダイアグラムにおいて所定の点で交わっている。この点において一方では開放しようとする液圧力Ｆ_P及びばね力Ｆ_Fと、他方では閉鎖しようとする磁力Ｆ_Mとの間の均衡が形成される。このような点は作業点ＡＰとして示されている。この点では行程ｈのもとで座弁４１が安定した位置を占めている。電流制御によりダイアグラムの両方向矢印の方向で変位した磁力特性線では、作業点が別の弁開放行程上に移動される。従って本発明による弁１０は、切換弁としての構成にもかかわらず、比例弁と類似して、電流に応じて可変の開口行程でもって無段階式に制御可能である。このような制御可能性は、弁開放行程が小さい場合でも与えられる。
本発明による弁１０は、自動車の液圧式のブレーキ装置、例えばブレーキスリップ制御装置又はトラクションコントロールにおいて、又はホイールブレーキシリンダにおけるブレーキ圧を直接制御するための液圧式サーボ圧力源を備えたブレーキ装置において使用可能である。弁１０によって有利には、ブレーキ装置に、相応のセンサ及び制御電子装置が設けられているならば、無段階式の圧力制御及び体積流制御を行うことができる。電流制御により反応圧を、一定の値又は使用に応じて可変な値に調節することにより、弁１０は圧力制限弁としても使用可能である。

Claims (5)

1. 特に自動車の液圧式のブレーキ装置に用いられる電磁作動式の弁（１０）であって、
   （イ）圧力媒体入口（２６）と圧力媒体出口（３３）との間に座弁（４１）が設けられており、
   （ロ）該座弁（４１）が中空円錐状の弁座（２８）と、球欠の形の閉鎖部材（３７）とを有しており、
   （ハ）前記弁座（２８）の中央には、前記圧力媒体入口（２６）に接続された流入孔（２９）が開口しており、
   （ニ）前記閉鎖部材（３７）が、プランジャ（２０）の円筒状区分（３８）の端面に形成されていて、前記円筒状の区分（３８）と閉鎖部材（３７）との間の移行部が鋭い角を成しており、
   （ホ）前記プランジャ（２０）には、閉鎖するように座弁（４１）に作用する磁気可動子（１９）と、開放するように座弁（４１）に作用する戻しばね（２３）とが係合している形式のものにおいて、
   （ヘ）弁座（２８）のシール直径（Ｄ２）が、流入孔（２９）の直径（Ｄ１）と同じか、これより僅かに大きくて、
   （ト）弁座（２８）の円錐頂角（α）が最大でも９０度であって、
   （チ）弁（１０）の磁気回路が、磁気可動子（１９）に加えられて閉鎖部材（３７）に伝達される磁力が無段階式に可変であるように形成されており、この場合、磁力の経過を描く特性線は、弁開放行程が増大するにつれ単調に下降し、
   （リ）圧力媒体と戻しばね（２３）とにより形成される、閉鎖部材（３７）における力（Ｆ_P＋Ｆ_F）が、弁開放行程（Ｈ）の増加に伴い単調に低下する特性線を有し、この特性線の負の勾配率が、磁力特性線の負の勾配率よりも大きいように規定されていることを特徴とする、特に自動車の液圧式のブレーキ装置に用いられる電磁作動式の弁。
2. プランジャ区分（３８）の直径（Ｄ₃）が、弁座（２８）のシール直径（Ｄ₂）に少なくともほぼ相当する、請求項１記載の弁。
3. 弁座（２８）が、少なくとも該弁座（２８）のシール直径（Ｄ₂）の２倍に相当する直径（Ｄ₄）で、鋭角状に自由に開口されている、請求項１記載の弁。
4. プランジャ区分（３８）が、少なくとも弁座（２８）のシール直径（Ｄ₂）に相当する長さ（Ｌ）をおいて、弁座に相当する円錐形状を備えた移行部（３９）で終わっている、請求項１記載の弁。
5. プランジャ（２０）が、プレス嵌めされたスリーブ（２１）を支持していて、該スリーブ（２１）が、戻しばね（２３）のための支持面（２４）を有している、請求項１記載の弁。

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