JP4151430B2

JP4151430B2 - Solenoid valve

Info

Publication number: JP4151430B2
Application number: JP2003043721A
Authority: JP
Inventors: 英樹東堂園
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2003-02-21
Filing date: 2003-02-21
Publication date: 2008-09-17
Anticipated expiration: 2023-02-21
Also published as: JP2004251404A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、油圧制御等の流体圧力の制御を行うソレノイドバルブに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子制御自動変速機のクラッチ油圧制御などにおいては、ソレノイドコイルへの通電量と制御圧が比例する、いわゆるリニアソレノイドバルブが好適に利用されている。そして、このようなリニアソレノイドバルブにおいては、少なくともソレノイドによる推力とソレノイドの推力に抗する抗力とを含む力の釣り合い（バランス）によってプランジャ及びプランジャに固定されたロッドのストローク位置をコントロールする方式が好適に採用されている。このような従来技術に係るソレノイドバルブについて図６を参照して説明する。図６は従来技術に係るソレノイドバルブの模式的断面図である。
【０００３】
従来技術に係るソレノイドバルブ２００は、ソレノイド部２００Ａとバルブ部２００Ｂとから構成される。ソレノイド部２００Ａにおいては、電磁力を利用してロッド２０１の駆動を行っている。ロッド２０１はバルブ部２００Ｂにおけるバルブスリーブ２０７の内部まで伸びる構成である。このロッド２０１は、ソレノイド部２００Ａ側の大径部２０１ａと、これに隣接する小径部２０１ｂと、これに隣接する最も先端側の大径部２０１ｃとを備えている。このような構成により、ロッド２０１のバルブ部２００Ｂ側は、大径部２０１ａ，２０１ｃがバルブスリーブ２０７の内周面に摺動可能に構成されたスプールとして機能する。
【０００４】
そして、ロッド２０１の先端側には、ロッド２０１を、ソレノイドの推力が作用する方向（図中左方向）に抗する方向（図中右側）に付勢するスプリング２０２が設けられている。また、バルブ部２００Ｂの先端には、スプリング２０２の端部を固定すると共に、スプリング２０２の位置を調整するアジャストスクリュ２０８が設けられている。
【０００５】
そして、バルブスリーブ２０７には、先端側から順に、供給ポート２０４，制御ポート２０５，ドレンポート２０６が設けられ、また、アジャストスクリュ２０８にもドレンポート２０３が設けられている。入力側となる供給ポート２０４は、供給圧力Ｐｏの流体が供給される開口部であり、出力側となる制御ポート２０５は、出力側の流体圧力を制御圧力Ｐｃに制御するために、流体を出力側に供給する開口部である。ドレンポート２０３，２０６は、余分な流体Ｄｒを排出するための開口部である。
【０００６】
ここで、ソレノイドによる推力をＦｓｏｌ，スプリング２０２による付勢力をＦｓｐ，スプールとして機能するロッド２０１における大径部２０１ａと大径部２０１ｃの受圧面積の差をＳとすると、力の釣り合いによって、
Ｐｃ＝（Ｆｓｏｌ−Ｆｓｐ）／Ｓ
の釣り合い式（バランス式）が成立する。
【０００７】
この釣り合い式から、制御圧力Ｐｃはソレノイド推力Ｆｓｏｌによって制御できることが分かる。また、ソレノイド推力Ｆｓｏｌはソレノイドのコイルに流す電流に比例し、また、スプリング２０２の付勢力Ｆｓｐは縮み量に比例することから、釣り合い式が成立する範囲においては、コイルに流す電流量と制御圧力Ｐｃは比例する関係にある。図４は従来技術に係るソレノイドバルブと以下に説明する本発明の実施の形態に係るソレノイドバルブにおける制御圧特性と、ドレンポートから排出される排出流量についての一例を示したグラフである。図４において実線Ａがコイルに流す電流（ソレノイド制御電流）と制御圧力Ｐｃとの関係を示しており、図中傾きを持った直線部分（おおよそ電流量が０．３Ａ〜０．９５Ａの部分）が、釣り合い式が成立する部分である。
【０００８】
従って、この釣り合い式が成立する範囲において、電流量を調整することによって、所望の制御圧力Ｐｃに制御することができる。
【０００９】
ところで、上記の通り、スプール弁は、スプールがバルブスリーブの内周面を摺動する構成である。そのため、スプールが好適に摺動するためには、スプールの外周面とバルブスリーブの内周面との間にクリアランスが必要となる。従って、スプール弁の場合には、一般的に、閉弁状態であってもクリアランスの部分から流体が漏れてしまうという特性を有する。上述したソレノイドバルブ２００においては、コイルへの非通電時においては、供給ポート２０４側は閉弁状態にあり、また、コイルへの通電が行われて、上記釣り合い式が保たれている間も供給ポート２０４側は略閉弁状態にあるが、上記クリアランスからの流体の漏れは避けられない。図４における点線Ｙは、従来技術に係るソレノイドバルブにおけるコイルに流す電流量と排出流量の関係を示したものである。図から、コイルに電流を流していない状態でも流体が排出されており、通電する電流量が小さい間でも、比較的多くの流体が排出されていることが分かる。
【００１０】
このように、ドレンポート２０３，２０６から排出される流体は、圧力制御に寄与されなかった余分な流量であるため、結果的にエネルギー損失となる。例えば、上記のソレノイドを、電子制御自動変速機のクラッチ油圧制御に適用した場合を例にして説明する。この場合、ポンプによって供給ポート２０３に対して、供給圧力Ｐｏである油を供給することになるが、ドレンポート２０３，２０６から排出された分の油は、無駄な油の供給となるため、無駄な油の供給分に費やしたポンプの駆動エネルギーがエネルギー損失となる。従って、この場合には、自動車の燃費がこのエネルギー損失分だけ悪化することになる。
【００１１】
ここで、流体圧力の制御を行うソレノイドバルブとしては、スプール弁を用いたものの他にもポペット弁を用いたものがある。しかし、ポペット弁を用いたソレノイドバルブの場合には、通常、圧力制御を行っている間は、ドレンポートから流体を多量に排出する構成であるので、エネルギー損失が大きくなってしまう。これに対して、スプール弁を用いたソレノイドバルブの場合には、圧力制御中は、ドレンポート側の弁は閉じているため、上述したようにクリアランスからの漏れのみが排出されるため、ポペット弁を用いたソレノイドバルブに比べれば、エネルギー損失は小さい。
【００１２】
なお、油圧制御に関する従来技術としては、例えば、特許文献１，２がある。
【００１３】
【特許文献１】
特開２００２−２８６１５２号公報
【特許文献２】
特開平１０−２２０５９８号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的の一つとして、ドレンポートから排出される流体の流量の低減を図ることが挙げられる。また、本発明の目的の一つとして、排出流量の低減により、ソレノイドバルブが適用される装置におけるエネルギー損失の低減を可能とすることが挙げられる。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
【００１６】
本発明は、いわゆるバランス制御を利用したリニアソレノイドバルブである。そして、本発明は、供給ポートと制御ポートとドレンポートの３方向制御ソレノイドバルブにおいて、スプール弁とポペット弁を併用する構成を採用した。
【００１７】
すなわち、少なくともソレノイドによる推力と該ソレノイドの推力に抗する抗力とを含む力の釣り合いによって、ソレノイドに設けられたプランジャのストローク位置を調整して、弁の開閉状態を調整し、出力側の流体圧力の制御を行うソレノイドバルブであって、ソレノイドに設けられたコイルへの通電量と制御圧が比例する領域内で流体圧力の制御を行うソレノイドバルブにおいて、入力側の供給ポートと出力側の制御ポートとの間の弁が、弁体と、前記プランジに固定されたロッド先端の小径部を挿通自在とする貫通孔を有する弁座と、弁体を弁座方向に付勢して閉弁状態とするスプリングとを有し、ロッドの小径部によってスプリングの付勢力に抗して弁体を押圧して弁座から離間させる構成のポペット弁によって構成されると共に、前記制御ポートと余分な流体を排出するドレンポートとの間の弁が、ロッドをスプールとするスプール弁によって構成される。
【００１８】
そして、前記制御ポートと余分な流体を排出するドレンポートとの間の弁が、ロッドをスプールとするスプール弁によって構成され、前記コイルへの通電を行っておらずソレノイドの推力が発生していない間は、前記ポペット弁は閉弁状態にあり、かつ前記スプール弁は開弁状態にあり、前記コイルへの通電が行われてソレノイドの推力が発生し、かつ流体圧力が制御されるまでの間は、前記ポペット弁はロッドの先端の小径部によって弁体が押されて弁座から離間して開弁状態にあり、かつ前記スプール弁は閉弁状態にあり、供給ポートから制御ポートに流体が供給されて出力側の制御圧が高まり、所定の制御圧に近づくにつれて、ロッドに設けられた大径部が受ける圧力が高くなっていき、プランジャがソレノイドに設けられたセンターポストから離れていく方向に移動してポペット弁の弁体が弁座に近づいていき、前記コイルへの通電が行われてソレノイドの推力が発生し、かつ流体圧力が所定の制御圧に制御されている間は、前記ポペット弁は閉弁状態にあり、かつ前記スプール弁は閉弁状態にあり、ソレノイドの推力と、ロッドの大径部に作用する圧力と、ポペット弁の弁体を弁座に押圧するスプリングによる付勢力と、弁体に作用する供給圧との力の釣り合いによって制御されることを特徴とする。
【００１９】
このように構成すれば、コイルに対して通電を行っていない間は、供給ポートと制御ポートとの間がポペット弁により閉弁状態とされるため、ドレンポートから排出される流量は極めて削減される。また、コイルに対して通電を行っている間は、制御ポートとドレンポートとの間がスプール弁により閉弁状態とされるため、ドレンポートから排出される流量は、スプールが好適に摺動できるように設けられたクリアランス（隙間）からの漏れ量のみとなる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００２１】
（第１の実施の形態）
図１〜図４を参照して、本発明の第１の実施の形態に係るソレノイドバルブについて説明する。図１〜３は本発明の第１の実施の形態に係るソレノイドバルブの模式的断面図であり、図１は非通電時の状態を示し、図２は通電直後の釣り合いが保たれる前の状態を示し、図３は通電後の釣り合いが保たれている状態を示している。また、図４は従来技術に係るソレノイドバルブと本発明の実施の形態に係るソレノイドバルブにおける制御圧特性と、ドレンポートから排出される排出流量についての一例を示したグラフである。
【００２２】
本実施の形態に係るソレノイドバルブ１００は、ソレノイド部１００Ａとバルブ部１００Ｂから構成される。ソレノイド部１００Ａは、通電により磁界を発生する励磁手段となるコイル１と、コイル１によって発生した磁界により磁気回路が形成されることでセンターポスト３に磁気的に吸引されるプランジャ２と、プランジャ２の軸受部を有すると共に磁気回路の一部となるアッパープレート５と、プランジャ２に固定されたロッド４と、ロッド４の軸受８と、各部材を収容するためのケース６と、コイル１に通電するために外部電源と電気的接続を行うリード線７などを備えている。
【００２３】
プランジャ２と軸受８には、プランジャ２の応答性を高めるべく、流体圧力の抵抗を解消するために、それぞれ流体の流路となる溝２１，８１が設けられている。また、プランジャ２のセンターポスト３側の端部には、非通電時にセンターポスト３にプランジャ２が吸着されてしまうことを防止するためのシム１４が設けられている。ロッド４はバルブ部１００Ｂ側にまで伸びた構成であり、プランジャ２の挿通孔内に挿通されて固定された大径部４１と、その先端側に同軸上に設けられている中径部４２と、その先端側に同軸上に設けられている小径部４３とから構成されている。
【００２４】
バルブ部１００Ｂは、ケース６に固定されたバルブスリーブ１３と、鋼球で構成された弁体９と、ロッド４の先端の小径部４３を挿通自在とする貫通孔を有する弁座１１と、弁体９を弁座１１方向に付勢するスプリング１０と、バルブスリーブ１３の先端部分にストローク調整可能に取り付けられてスプリング１０の位置を調整するアジャストスクリュ１２とを備えている。弁座１１に設けられた貫通孔の弁体９側の開口端は、ソレノイド部１００Ａ側に向かって縮径するテーパ面１１ａが形成されている。そして、弁体９が、このテーパ面１１ａに着座することによって弁を閉じる仕組みとなっている。このように、これらの弁体９と弁座１１によってポペット弁ＰＶを構成している。
【００２５】
また、アジャストスクリュ１２には供給ポート１２ａが設けられている。そして、バルブスリーブ１３には、先端側から順に、制御ポート１３ｂとドレンポート１３ａが設けられている。なお、ドレンポート１３ａには、ソレノイド部１００Ａ内部と連通する連通孔１３ｃが設けられている。入力側となる供給ポート１２ａは、供給圧力Ｐｏの流体が供給される開口部であり、出力側となる制御ポート１３ｂは、出力側の流体圧力を制御圧力Ｐｃに制御するために、流体を出力側に供給する開口部である。ドレンポート１３ａは、余分な流体Ｄｒを排出するための開口部である。
【００２６】
バルブスリーブ１３における制御ポート１３ｂとドレンポート１３ａとの間の領域における内周面１３ｄの内径は、ロッド４の大径部４１の外径に対してクリアランス分だけ大きく設定されている。これにより、コイル１に対して通電することで、プランジャ２がセンターポスト３側に移動して、これに伴ってロッド４も移動すると、ロッド４の大径部４１は、上記内周面１３ｄ内に摺動自在に入り込む。このようにロッド４の大径部４１が内周面１３ｄに入り込むと、制御ポート１３ｂとドレンポート１３ａ間は閉弁状態となる。すなわち、ロッド４とバルブスリーブ１３の内周面１３ｄによってスプール弁ＳＶを構成している。なお、ロッド４の大径部４１がバルブスリーブ１３の内周面１３ｄに入り込む量（オーバーラップ量）は０．０１ｍｍ〜２ｍｍ程度、望ましくは０．１ｍｍ〜０．３ｍｍ程度に設定すると好適である。このように設定すれば、プランジャ２及びロッド４のストローク量を抑制しつつ、弁の開閉を適切に行うことができる。
【００２７】
次に、本実施の形態に係るソレノイドバルブ１００の動作について説明する。
【００２８】
プランジャ２は、コイル１に通電していない状態では、センターポスト３から離間する方向に位置する構成となっている。すなわち、本実施の形態では、ロッド４の大径部４１が流体圧力を受けることによって、プランジャ２がセンターポスト３から離間する方向に位置するように構成されている。ただし、流体圧力だけでは不十分な場合には、スプリング等を設けて、プランジャ２をセンターポスト３から離間させる構成とすることもできる。
【００２９】
図１はコイル１に通電していない状態を示している。図示のように、プランジャ２はセンターポスト３から離間している。この状態においては、ロッド４の小径部４３の先端は、弁体９から離れた位置にある。従って、弁体９はスプリング１０に押圧されて、弁体９は弁座１１のテーパ面１１ａに着座しており、ポペット弁ＰＶは閉弁状態にある。一方、ロッド４の大径部４１は、バルブスリーブ１３の内周面１３ｄには入り込んでおらず、スプール弁ＳＶは開弁状態にある。
【００３０】
そして、コイル１に通電することによって、コイル１の周りのアッパープレート５，プランジャ２，センターポスト３，ケース６などを通る磁気回路が形成され、プランジャ２はセンターポスト３に磁気的に吸引される。
【００３１】
図２はコイル１への通電開始直後の状態（釣り合いが保たれる前の状態）を示している。
【００３２】
プランジャ２がセンターポスト３に磁気的に吸引されると、これに伴って、ロッド４も移動し、ロッド４の小径部４３の先端が、弁体９をスプリング１０の付勢力に抗して押圧して、弁体９を弁座１１から離間させる。従って、ポペット弁ＰＶは開弁状態となる。一方、ロッド４の大径部４１は、バルブスリーブ１３の内周面１３ｄには入り込み、スプール弁ＳＶは閉弁状態となる。
【００３３】
そして、ポペット弁ＰＶが開弁状態となることで、供給ポート１２ａから流体が供給されて制御ポート１３ｂへと流体は流れていく。これにより、出力側の流体圧力が高まり、所望の制御圧に近付くにつれて、ロッド４の大径部４１が受ける圧力が高くなっていき、ロッド４は徐々にソレノイド推力に抗して、プランジャ２がセンターポスト３から離れていく方向に移動していく。
【００３４】
図３はコイル１に通電した後に、出力側の流体圧力が所望の制御圧力になった状態（釣り合いが保たれた状態）を示している。
【００３５】
この状態においては、ポペット弁ＰＶは閉弁状態であり、かつ、スプール弁ＳＶも閉弁状態となる。実際には、供給圧力Ｐｏや制御圧力Ｐｃ等の圧力変動に応じてロッド４や弁体９は適宜移動し、一定の通電量の下では制御圧力Ｐｃが常時一定となるようにポペット弁ＰＶは弁の開閉を繰り返している。つまり、制御圧力Ｐｃが所望の圧力である間は、ポペット弁ＰＶの弁は閉じた状態となり、圧力変動が生じると、ポペット弁ＰＶの弁が開いて圧力を修正することになる。
【００３６】
ここで、ソレノイドによる推力をＦｓｏｌ，スプリング１０による付勢力をＦｓｐ，弁体９の受圧面積をＳ１，ロッド４の大径部４１の受圧面積をＳ２（Ｓ２＞Ｓ１），供給圧力Ｐｏ，制御圧力Ｐｃとすると、力の釣り合いによって、
Ｐｃ＝（Ｆｓｏｌ−Ｆｓｐ−Ｐｏ・Ｓ１）／（Ｓ２−Ｓ１）
の釣り合い式（バランス式）が成立する。
【００３７】
この釣り合い式から、制御圧力Ｐｃはソレノイド推力Ｆｓｏｌによって制御できることが分かる。ただし、本実施の形態に係るソレノイドバルブ１００においては、この釣り合い式から分かるように、制御圧力Ｐｃは供給圧力Ｐｏの影響を受ける。そのため、供給圧力Ｐｏの変動に応じて、ソレノイド推力Ｆｓｏｌを調整して、つまりコイル１への通電量を調整して、制御圧力Ｐｃをコントロールする必要がある。従って、本実施の形態においても、供給圧力Ｐｏの変動に応じて、コイルへの通電量を適宜調整する必要は生じるものの、従来技術に係るリニア方式のソレノイドバルブと同様に、釣り合い式が成立する範囲においては、コイルに流す電流量と制御圧力Ｐｃは比例する関係にある。従来技術に係るソレノイドバルブと同様に、図４において実線Ａがコイルに流す電流（ソレノイド制御電流）と制御圧力Ｐｃとの関係を示しており、図中傾きを持った直線部分（おおよそ電流量が０．３Ａ〜０．９５Ａの部分）が、釣り合い式が成立する部分である。
【００３８】
従って、この釣り合い式が成立する範囲において、電流量を調整することによって、所望の制御圧力Ｐｃに制御することができる。ただし、本実施の形態では、上記の通り、供給圧力Ｐｏが制御圧力Ｐｃに影響するため、供給圧力Ｐｏの変動に応じて、コイルへの通電量を適宜調整する必要がある。このように、本実施の形態では、供給圧力Ｐｏの変動に応じて、コイルへの通電量を調整する必要があることから、従来技術に係るスプール弁を採用したリニアソレノイドバルブにおいて、その一部を単にポペット弁に変更しただけでは、リニアソレノイドバルブの機能は発揮されない。
【００３９】
例えば、電子制御自動変速機のクラッチ油圧制御に、従来技術に係るスプール弁を採用したリニアソレノイドバルブを適用する場合には、ポンプによって一定の供給圧力で油を供給しておき（図４に示す例の場合には、供給圧力は０．６ＭＰａである）、この供給圧力は特に監視しなくても、出力側を所望の制御圧力に制御することができる。これに対して、本実施の形態に係るソレノイドバルブを適用する場合には、ポンプによって一定の供給圧力を供給する場合においても、周囲の環境条件等によって供給圧力は多少変動する。従って、常時供給圧力を圧力検知センサ等によって監視しておき、供給圧力の変動に応じて、コイル１に流す電流量を調整する必要がある。
【００４０】
以上のように、本実施の形態の場合には、供給ポート１２ａと制御ポート１３ｂとの間の弁を、ポペット弁ＰＶによって構成した。ここで、ポペット弁は弁体と弁座が密着して閉弁する構成であり、クリアランスを有するスプール弁に比べてシール性に優れるという一般的特性を有する。従って、本実施の形態に係るソレノイドバルブ１００は、従来技術に係るスプール弁を採用したリニアソレノイドバルブに比べて、ポペット弁ＰＶが閉弁状態にあるときのシール性が優れており、排出流量を低減することが可能となる。図４における実線Ｘは、本実施の形態に係るソレノイドバルブにおけるコイルに流す電流量と排出流量の関係を示したものである。図から、コイル１に電流を流していない状態では、排出流量を略０とすることができ、また、通電する電流量が小さい間の排出流量についても低減できることが分かる。
【００４１】
また、本実施の形態の場合には、制御ポート１３ｂとドレンポート１３ａとの間の弁を、スプール弁ＳＶによって構成した。そして、制御中はスプール弁ＳＶを閉弁状態とするため、排出流量はスプール弁ＳＶのクリアランス部分からの漏れ量のみに抑えることができる。従って、従来技術に係るポペット弁によるデューティ制御を採用したソレノイドバルブのように、制御中はドレンポート側の弁を開放させる構成に比べて、本実施の形態に係るソレノイドバルブにおける制御中の排出流量は少ない。
【００４２】
以上のことから、例えば自動車の電子制御自動変速機のクラッチ油圧制御に適用した場合には、コイル１に電流を流していない状態（例えば、アイドリング時等の変速が不要な状態）及び通電量が小さい状態における無駄な油の排出流量を削減でき、燃費を向上させることができる。
【００４３】
（第２の実施の形態）
図５には、本発明の第２の実施の形態が示されている。本実施の形態では、ポペット弁の構成が上記第１の実施の形態の構成とは異なるものを示す。その他の構成および作用については第１の実施の形態と同一なので、同一の構成部分については、その説明は省略する。図５は本発明の第２の実施の形態に係るソレノイドバルブの模式的断面図である。
【００４４】
本実施の形態に係るソレノイドバルブ１００ａにおけるポペット弁ＰＶは、ソレノイド部に向かって縮径するテーパ面を有する円錐台部を備えた弁体１５と、ロッドの先端を挿通自在とする貫通孔を有する弁座１６とから構成されている。そして、弁座１６に設けられた貫通孔の弁体１５側の開口端部に弁体１５が着座することによって弁を閉じる仕組みとなっている。本実施の形態においても、弁体１５が弁座１６に密着してシールするため、シール性に優れている。
【００４５】
以上より、本実施の形態においても、上記第１の実施の形態の場合と同様の効果を得ることができることは言うまでもない。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ドレンポートから排出される流体の流量の低減を図ることができる。また、これにより、ソレノイドバルブが適用される装置におけるエネルギー損失の低減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るソレノイドバルブの模式的断面図（非通電時の状態）である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係るソレノイドバルブの模式的断面図（通電直後の釣り合いが保たれる前の状態）である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係るソレノイドバルブの模式的断面図（通電後の釣り合いが保たれている状態）である。
【図４】従来技術に係るソレノイドバルブと本発明の実施の形態に係るソレノイドバルブにおける制御圧特性と、ドレンポートから排出される排出流量についての一例を示したグラフである。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係るソレノイドバルブの模式的断面図である。
【図６】従来技術に係るソレノイドバルブの模式的断面図である。
【符号の説明】
１コイル
２プランジャ
２１溝
３センターポスト
４ロッド
４１大径部
４２中径部
４３小径部
５アッパープレート
６ケース
７コネクタ
８軸受
８１溝
９弁体
１０スプリング
１１弁座
１１ａテーパ面
１２アジャストスクリュ
１２ａ供給ポート
１３バルブスリーブ
１３ａドレンポート
１３ｂ制御ポート
１３ｃ連通孔
１３ｄ内周面
１４シム
１５弁体
１６弁座
１００，１００ａソレノイドバルブ
１００Ａソレノイド部
１００Ｂバルブ部
Ｐｏ供給圧力
Ｐｃ制御圧力
ＰＶポペット弁
ＳＶスプール弁[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a solenoid valve that controls fluid pressure such as hydraulic control.
[0002]
[Prior art]
In a clutch hydraulic pressure control of an electronically controlled automatic transmission, a so-called linear solenoid valve in which the energization amount to the solenoid coil is proportional to the control pressure is preferably used. In such a linear solenoid valve, a method of controlling the stroke position of the plunger and the rod fixed to the plunger by a balance (balance) of the force including at least the thrust by the solenoid and the resistance against the thrust of the solenoid is preferable. Has been adopted. Such a conventional solenoid valve will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a conventional solenoid valve.
[0003]
The solenoid valve 200 according to the prior art includes a solenoid part 200A and a valve part 200B. In the solenoid unit 200A, the rod 201 is driven using electromagnetic force. The rod 201 is configured to extend to the inside of the valve sleeve 207 in the valve portion 200B. The rod 201 includes a large-diameter portion 201a on the solenoid portion 200A side, a small-diameter portion 201b adjacent to the large-diameter portion 201b, and a large-diameter portion 201c closest to the tip. With such a configuration, the valve portion 200 </ b> B side of the rod 201 functions as a spool configured such that the large diameter portions 201 a and 201 c can slide on the inner peripheral surface of the valve sleeve 207.
[0004]
A spring 202 that urges the rod 201 in a direction (right side in the figure) that opposes the direction in which the solenoid thrust acts (left direction in the figure) is provided on the distal end side of the rod 201. In addition, an adjustment screw 208 that fixes the end of the spring 202 and adjusts the position of the spring 202 is provided at the tip of the valve portion 200B.
[0005]
The valve sleeve 207 is provided with a supply port 204, a control port 205, and a drain port 206 in order from the distal end side, and a drain port 203 is also provided on the adjustment screw 208. The supply port 204 on the input side is an opening through which the fluid of the supply pressure Po is supplied, and the control port 205 on the output side outputs fluid in order to control the fluid pressure on the output side to the control pressure Pc. It is the opening part supplied to the side. The drain ports 203 and 206 are openings for discharging excess fluid Dr.
[0006]
Here, when the thrust by the solenoid is Fsol, the biasing force by the spring 202 is Fsp, and the difference in pressure receiving area between the large diameter portion 201a and the large diameter portion 201c in the rod 201 functioning as a spool is S,
Pc = (Fsol−Fsp) / S
The balance formula is established.
[0007]
From this balance equation, it can be seen that the control pressure Pc can be controlled by the solenoid thrust Fsol. Further, since the solenoid thrust Fsol is proportional to the current flowing through the coil of the solenoid, and the biasing force Fsp of the spring 202 is proportional to the amount of contraction, the amount of current flowing through the coil and the control pressure are within the range where the balance equation is established. Pc is in a proportional relationship. FIG. 4 is a graph showing an example of the control pressure characteristics and the discharge flow rate discharged from the drain port in the solenoid valve according to the prior art and the solenoid valve according to the embodiment of the present invention described below. In FIG. 4, a solid line A indicates the relationship between the current (solenoid control current) flowing through the coil and the control pressure Pc, and a straight line portion having an inclination in the drawing (a portion where the current amount is approximately 0.3 A to 0.95 A). However, this is the part where the balance formula is established.
[0008]
Therefore, the desired control pressure Pc can be controlled by adjusting the amount of current within the range where this balance equation is established.
[0009]
By the way, as described above, the spool valve has a configuration in which the spool slides on the inner peripheral surface of the valve sleeve. Therefore, in order for the spool to slide suitably, a clearance is required between the outer peripheral surface of the spool and the inner peripheral surface of the valve sleeve. Therefore, the spool valve generally has a characteristic that fluid leaks from the clearance portion even in the closed state. In the solenoid valve 200 described above, when the coil is not energized, the supply port 204 side is in a closed state, and the coil is energized to supply the coil while the balance type is maintained. Although the port 204 side is in a substantially closed state, fluid leakage from the clearance is unavoidable. The dotted line Y in FIG. 4 shows the relationship between the amount of current flowing through the coil and the discharge flow rate in the solenoid valve according to the prior art. From the figure, it can be seen that the fluid is discharged even when no current flows through the coil, and a relatively large amount of fluid is discharged even when the amount of current to be applied is small.
[0010]
As described above, the fluid discharged from the drain ports 203 and 206 has an excessive flow rate that has not been contributed to the pressure control, resulting in energy loss. For example, the case where the above-described solenoid is applied to clutch hydraulic pressure control of an electronically controlled automatic transmission will be described as an example. In this case, the oil at the supply pressure Po is supplied to the supply port 203 by the pump. However, the oil discharged from the drain ports 203 and 206 serves as a wasteful supply of oil. The drive energy of the pump spent for supplying the necessary oil is energy loss. Therefore, in this case, the fuel consumption of the automobile is deteriorated by this energy loss.
[0011]
Here, as a solenoid valve for controlling the fluid pressure, there is a solenoid valve using a poppet valve in addition to a spool valve. However, in the case of a solenoid valve using a poppet valve, energy loss is increased because a large amount of fluid is normally discharged from the drain port during pressure control. On the other hand, in the case of a solenoid valve using a spool valve, the valve on the drain port side is closed during pressure control, so only the leakage from the clearance is discharged as described above. Energy loss is small compared to solenoid valves using
[0012]
In addition, there exist patent document 1, 2 as a prior art regarding hydraulic control, for example.
[0013]
[Patent Document 1]
JP 2002-286152 A [Patent Document 2]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-220598
[Problems to be solved by the invention]
One of the objects of the present invention is to reduce the flow rate of the fluid discharged from the drain port. Further, as one of the objects of the present invention, it is possible to reduce energy loss in a device to which a solenoid valve is applied by reducing the discharge flow rate.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
The present invention employs the following means in order to solve the above problems.
[0016]
The present invention is a linear solenoid valve utilizing so-called balance control. And this invention employ | adopted the structure which uses together a spool valve and a poppet valve in the three-way control solenoid valve of a supply port, a control port, and a drain port.
[0017]
That is, by adjusting the stroke position of the plunger provided in the solenoid by adjusting the force including at least the thrust by the solenoid and the resistance against the thrust of the solenoid, the valve open / close state is adjusted, and the fluid pressure on the output side In the solenoid valve that controls the fluid pressure in a region where the energization amount to the coil provided in the solenoid is proportional to the control pressure, the supply port on the input side and the control port on the output side A valve seat having a valve body, a valve seat having a through-hole through which a small-diameter portion of a rod fixed to the plunge can be inserted, and a valve body urged in the valve seat direction to close the valve to a spring, with configured by the configuration of the poppet valve to be spaced from the valve seat to press the valve body against the urging force of the spring by the small-diameter portion of the rod The valve between the drain port for discharging the control port and the excess fluid is constituted by a spool valve that the rod and spool.
[0018]
The valve between the control port and the drain port for discharging excess fluid is constituted by a spool valve having a rod as a spool, and the coil is not energized and no solenoid thrust is generated. Between the time when the poppet valve is closed and the spool valve is open, the coil is energized, the solenoid thrust is generated, and the fluid pressure is controlled. In the poppet valve , the valve body is pushed by the small diameter portion at the tip of the rod and is opened from the valve seat , and the spool valve is in the closed state, and fluid is supplied from the supply port to the control port. As the control pressure on the output side is increased and approaches the predetermined control pressure, the pressure received by the large diameter portion provided on the rod increases, and the center where the plunger is provided on the solenoid The valve body of the poppet valve to move in a direction away from the strike approach the valve seats, the thrust of the solenoid is generated by energization of the coil is performed, and fluid pressure is controlled to a predetermined control pressure during and has, said poppet valve is in a closed state, and the spool valve Ri closed near the thrust of the solenoid, the pressure acting on the large diameter portion of the rod, the valve the valve body of the poppet valve It is controlled by the balance of the force of the urging force by the spring that presses against the seat and the supply pressure that acts on the valve body .
[0019]
With this configuration, the flow rate discharged from the drain port is greatly reduced because the gap between the supply port and the control port is closed by the poppet valve while the coil is not energized. The Further, since the spool valve is closed between the control port and the drain port while the coil is energized, the spool can be suitably slid at the flow rate discharged from the drain port. Thus, only the amount of leakage from the clearance (gap) provided in this way is obtained.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Exemplary embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention only to those unless otherwise specified. Absent.
[0021]
(First embodiment)
A solenoid valve according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3 are schematic cross-sectional views of the solenoid valve according to the first embodiment of the present invention, in which FIG. 1 shows a non-energized state, and FIG. 2 shows a balance immediately after energization is maintained. FIG. 3 shows a state in which the balance after energization is maintained. FIG. 4 is a graph showing an example of the control pressure characteristics and the discharge flow rate discharged from the drain port in the solenoid valve according to the prior art and the solenoid valve according to the embodiment of the present invention.
[0022]
The solenoid valve 100 according to the present embodiment includes a solenoid unit 100A and a valve unit 100B. The solenoid unit 100A includes a coil 1 serving as an exciting unit that generates a magnetic field by energization, a plunger 2 that is magnetically attracted to the center post 3 by forming a magnetic circuit by the magnetic field generated by the coil 1, and a plunger 2 The upper plate 5 which is a part of the magnetic circuit, the rod 4 fixed to the plunger 2, the bearing 8 of the rod 4, the case 6 for housing each member, and the coil 1 are energized. For this purpose, a lead wire 7 and the like for electrical connection with an external power source are provided.
[0023]
The plunger 2 and the bearing 8 are provided with grooves 21 and 81 that serve as fluid flow paths, respectively, in order to eliminate fluid pressure resistance in order to increase the response of the plunger 2. A shim 14 is provided at the end of the plunger 2 on the side of the center post 3 to prevent the plunger 2 from being adsorbed to the center post 3 when power is not supplied. The rod 4 is configured to extend to the valve portion 100B side, and includes a large-diameter portion 41 inserted and fixed in the insertion hole of the plunger 2, and a medium-diameter portion 42 provided coaxially on the tip side thereof. , And a small-diameter portion 43 provided coaxially on the tip side.
[0024]
The valve portion 100B includes a valve sleeve 13 fixed to the case 6, a valve body 9 made of a steel ball, a valve seat 11 having a through-hole through which the small diameter portion 43 at the tip of the rod 4 can be inserted, A spring 10 that urges the body 9 toward the valve seat 11 and an adjustment screw 12 that is attached to the tip portion of the valve sleeve 13 so as to be adjustable in stroke and adjusts the position of the spring 10 are provided. The opening end of the through hole provided in the valve seat 11 on the valve body 9 side is formed with a tapered surface 11a that is reduced in diameter toward the solenoid portion 100A side. The valve body 9 closes the valve by being seated on the tapered surface 11a. Thus, the poppet valve PV is constituted by the valve body 9 and the valve seat 11.
[0025]
The adjustment screw 12 is provided with a supply port 12a. The valve sleeve 13 is provided with a control port 13b and a drain port 13a in order from the tip side. The drain port 13a is provided with a communication hole 13c communicating with the inside of the solenoid unit 100A. The supply port 12a on the input side is an opening through which the fluid at the supply pressure Po is supplied, and the control port 13b on the output side outputs fluid in order to control the fluid pressure on the output side to the control pressure Pc. It is the opening part supplied to the side. The drain port 13a is an opening for discharging excess fluid Dr.
[0026]
The inner diameter of the inner peripheral surface 13 d in the region between the control port 13 b and the drain port 13 a in the valve sleeve 13 is set to be larger than the outer diameter of the large diameter portion 41 of the rod 4 by the clearance. Thereby, when the coil 2 is energized and the plunger 2 moves to the center post 3 side and the rod 4 also moves along with this, the large-diameter portion 41 of the rod 4 is in the inner peripheral surface 13d. Enter into the slidable. As described above, when the large diameter portion 41 of the rod 4 enters the inner peripheral surface 13d, the control port 13b and the drain port 13a are closed. That is, the spool 4 is constituted by the rod 4 and the inner peripheral surface 13 d of the valve sleeve 13. The amount (overlap amount) of the large diameter portion 41 of the rod 4 entering the inner peripheral surface 13d of the valve sleeve 13 is preferably set to about 0.01 mm to 2 mm, and preferably about 0.1 mm to 0.3 mm. . If set in this way, the valve can be appropriately opened and closed while suppressing the stroke amount of the plunger 2 and the rod 4.
[0027]
Next, the operation of the solenoid valve 100 according to the present embodiment will be described.
[0028]
The plunger 2 is configured to be positioned away from the center post 3 when the coil 1 is not energized. That is, in the present embodiment, the plunger 2 is positioned in a direction away from the center post 3 when the large-diameter portion 41 of the rod 4 receives fluid pressure. However, when the fluid pressure alone is insufficient, a spring or the like can be provided to separate the plunger 2 from the center post 3.
[0029]
FIG. 1 shows a state where the coil 1 is not energized. As shown, the plunger 2 is spaced from the center post 3. In this state, the tip of the small diameter portion 43 of the rod 4 is located away from the valve body 9. Therefore, the valve body 9 is pressed by the spring 10, the valve body 9 is seated on the tapered surface 11a of the valve seat 11, and the poppet valve PV is in a closed state. On the other hand, the large-diameter portion 41 of the rod 4 does not enter the inner peripheral surface 13d of the valve sleeve 13, and the spool valve SV is in an open state.
[0030]
When the coil 1 is energized, a magnetic circuit passing through the upper plate 5, the plunger 2, the center post 3, the case 6 and the like around the coil 1 is formed, and the plunger 2 is magnetically attracted to the center post 3. .
[0031]
FIG. 2 shows a state immediately after the start of energization of the coil 1 (a state before the balance is maintained).
[0032]
When the plunger 2 is magnetically attracted to the center post 3, the rod 4 also moves, and the tip of the small diameter portion 43 of the rod 4 presses the valve element 9 against the urging force of the spring 10. Then, the valve body 9 is separated from the valve seat 11. Accordingly, the poppet valve PV is opened. On the other hand, the large-diameter portion 41 of the rod 4 enters the inner peripheral surface 13d of the valve sleeve 13, and the spool valve SV is closed.
[0033]
Then, when the poppet valve PV is opened, the fluid is supplied from the supply port 12a and the fluid flows to the control port 13b. As a result, the fluid pressure on the output side increases and the pressure received by the large-diameter portion 41 of the rod 4 increases as the pressure approaches the desired control pressure. The rod 4 gradually resists the solenoid thrust, and the plunger 2 Move away from the center post 3.
[0034]
FIG. 3 shows a state in which the fluid pressure on the output side becomes a desired control pressure after the coil 1 is energized (a state in which a balance is maintained).
[0035]
In this state, the poppet valve PV is closed, and the spool valve SV is also closed. Actually, the rod 4 and the valve body 9 appropriately move according to pressure fluctuations such as the supply pressure Po and the control pressure Pc, and the poppet valve PV is always constant so that the control pressure Pc is always constant under a constant energization amount. Repeated opening and closing of the valve. That is, while the control pressure Pc is a desired pressure, the valve of the poppet valve PV is closed, and when the pressure fluctuation occurs, the valve of the poppet valve PV is opened to correct the pressure.
[0036]
Here, the thrust by the solenoid is Fsol, the urging force by the spring 10 is Fsp, the pressure receiving area of the valve element 9 is S1, the pressure receiving area of the large-diameter portion 41 of the rod 4 is S2 (S2> S1), the supply pressure Po, the control pressure If it is Pc,
Pc = (Fsol-Fsp-Po · S1) / (S2-S1)
The balance formula is established.
[0037]
From this balance equation, it can be seen that the control pressure Pc can be controlled by the solenoid thrust Fsol. However, in the solenoid valve 100 according to the present embodiment, the control pressure Pc is affected by the supply pressure Po, as can be seen from this balance equation. Therefore, it is necessary to control the control pressure Pc by adjusting the solenoid thrust Fsol, that is, adjusting the energization amount to the coil 1 according to the fluctuation of the supply pressure Po. Accordingly, in the present embodiment as well, although it is necessary to appropriately adjust the energization amount to the coil in accordance with the fluctuation of the supply pressure Po, the balanced equation is established as in the linear solenoid valve according to the prior art. In the range, the amount of current flowing through the coil and the control pressure Pc are in a proportional relationship. Similar to the solenoid valve according to the prior art, the solid line A in FIG. 4 shows the relationship between the current flowing through the coil (solenoid control current) and the control pressure Pc. 0.3A to 0.95A) is the portion where the balance equation is established.
[0038]
Therefore, the desired control pressure Pc can be controlled by adjusting the amount of current within the range where this balance equation is established. However, in the present embodiment, as described above, since the supply pressure Po affects the control pressure Pc, it is necessary to appropriately adjust the energization amount to the coil according to the fluctuation of the supply pressure Po. As described above, in the present embodiment, since it is necessary to adjust the energization amount to the coil in accordance with the fluctuation of the supply pressure Po, a part of the linear solenoid valve employing the spool valve according to the prior art is used. The function of the linear solenoid valve cannot be demonstrated simply by changing the to a poppet valve.
[0039]
For example, when a linear solenoid valve employing a spool valve according to the prior art is applied to clutch hydraulic pressure control of an electronically controlled automatic transmission, oil is supplied at a constant supply pressure by a pump (shown in FIG. 4). In the case of the example, the supply pressure is 0.6 MPa), and the output side can be controlled to a desired control pressure without particularly monitoring this supply pressure. On the other hand, when the solenoid valve according to the present embodiment is applied, even when a constant supply pressure is supplied by a pump, the supply pressure slightly varies depending on the surrounding environmental conditions and the like. Therefore, it is necessary to always monitor the supply pressure with a pressure detection sensor or the like and adjust the amount of current flowing through the coil 1 according to the fluctuation of the supply pressure.
[0040]
As described above, in the case of the present embodiment, the valve between the supply port 12a and the control port 13b is configured by the poppet valve PV. Here, the poppet valve is configured such that the valve body and the valve seat are in close contact with each other, and has a general characteristic that the sealing performance is superior to a spool valve having a clearance. Therefore, the solenoid valve 100 according to the present embodiment has better sealing performance when the poppet valve PV is in the closed state than the linear solenoid valve employing the spool valve according to the prior art, and the discharge flow rate is reduced. It becomes possible to reduce. The solid line X in FIG. 4 shows the relationship between the amount of current flowing through the coil and the discharge flow rate in the solenoid valve according to the present embodiment. From the figure, it can be seen that the discharge flow rate can be substantially zero in a state where no current flows through the coil 1, and the discharge flow rate can be reduced while the amount of current to be applied is small.
[0041]
In the case of the present embodiment, the valve between the control port 13b and the drain port 13a is constituted by the spool valve SV. Since the spool valve SV is closed during the control, the discharge flow rate can be suppressed only to the amount of leakage from the clearance portion of the spool valve SV. Therefore, compared to the configuration in which the drain port side valve is opened during control, such as the solenoid valve employing duty control by the poppet valve according to the prior art, the discharge flow rate during control in the solenoid valve according to the present embodiment. There are few.
[0042]
From the above, for example, when applied to clutch hydraulic pressure control of an electronically controlled automatic transmission of an automobile, a state in which no current is passed through the coil 1 (for example, a state in which no shifting is required during idling, etc.) The waste oil discharge flow rate in a small state can be reduced, and fuel consumption can be improved.
[0043]
(Second Embodiment)
FIG. 5 shows a second embodiment of the present invention. In the present embodiment, the configuration of the poppet valve is different from that of the first embodiment. Since other configurations and operations are the same as those of the first embodiment, description of the same components will be omitted. FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a solenoid valve according to a second embodiment of the present invention.
[0044]
The poppet valve PV in the solenoid valve 100a according to the present embodiment has a valve body 15 having a truncated cone portion having a tapered surface that decreases in diameter toward the solenoid portion, and a through-hole through which the tip of the rod can be inserted. It comprises a valve seat 16. The valve body 15 is closed when the valve body 15 is seated at the opening end of the through hole provided in the valve seat 16 on the valve body 15 side. Also in this embodiment, since the valve body 15 is in close contact with the valve seat 16 and sealed, the sealing performance is excellent.
[0045]
From the above, it goes without saying that the present embodiment can provide the same effects as those of the first embodiment.
[0046]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the flow rate of the fluid discharged from the drain port can be reduced. This also makes it possible to reduce energy loss in a device to which the solenoid valve is applied.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a solenoid valve according to a first embodiment of the present invention (state when not energized).
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the solenoid valve according to the first embodiment of the present invention (a state immediately before the balance is maintained immediately after energization).
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the solenoid valve according to the first embodiment of the present invention (a state in which the balance after energization is maintained).
FIG. 4 is a graph showing an example of control pressure characteristics and a discharge flow rate discharged from a drain port in a solenoid valve according to a conventional technique and a solenoid valve according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a solenoid valve according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a solenoid valve according to the prior art.
[Explanation of symbols]
1 Coil 2 Plunger 21 Groove 3 Center post 4 Rod 41 Large diameter portion 42 Medium diameter portion 43 Small diameter portion 5 Upper plate 6 Case 7 Connector 8 Bearing 81 Groove 9 Valve body 10 Spring 11 Valve seat 11a Tapered surface 12 Adjusting screw 12a Supply port 13 Valve sleeve 13a Drain port 13b Control port 13c Communication hole 13d Inner circumferential surface 14 Shim 15 Valve body 16 Valve seat 100, 100a Solenoid valve 100A Solenoid part 100B Valve part Po Supply pressure Pc Control pressure PV Poppet valve SV Spool valve

Claims

Control of the fluid pressure on the output side by adjusting the stroke position of the plunger provided in the solenoid by adjusting the stroke position of the plunger provided in the solenoid by balancing the force including at least the thrust by the solenoid and the resistance against the thrust of the solenoid A solenoid valve for performing
In the solenoid valve that controls the fluid pressure in a region where the energization amount to the coil provided in the solenoid is proportional to the control pressure,
A valve between the supply port on the input side and the control port on the output side includes a valve body, a valve seat having a through-hole through which a small diameter portion at the tip of the rod fixed to the plunge can be inserted, and the valve body as a valve. And a poppet valve configured to press the valve body against the urging force of the spring by a small diameter portion of the rod and separate the valve body from the valve seat. With
The valve between the control port and the drain port for discharging excess fluid is constituted by a spool valve having a rod as a spool,
While the coil is not energized and no solenoid thrust is generated, the poppet valve is in a closed state, and the spool valve is in an open state,
Until the coil is energized to generate solenoid thrust and the fluid pressure is controlled, the poppet valve is pushed away from the valve seat by the small diameter portion of the tip of the rod. The spool valve is in a closed state, the fluid is supplied from the supply port to the control port, the control pressure on the output side increases, and it is provided on the rod as it approaches the predetermined control pressure. The pressure that the large diameter part receives increases, the plunger moves in a direction away from the center post provided on the solenoid, and the valve body of the poppet valve approaches the valve seat,
While the coil is energized to generate solenoid thrust and the fluid pressure is controlled to a predetermined control pressure, the poppet valve is closed and the spool valve is closed near is, the thrust of the solenoid, the pressure acting on the large diameter portion of the rod, the biasing force of the spring that presses the valve body of the poppet valve to the valve seat, the force balance between the supply pressure acting on the valve body A solenoid valve that is controlled .