JP4185687B2 - Proportional flow control valve - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車のパワーステアリング装置や産業機械等に用いられる電磁比例流量制御弁の改良に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、パワーステアリング装置に用いられる電磁比例流量制御弁として、例えば特開2001−163233号公報に開示されたものや、図6に示すものがある。
【0003】
これについて説明すると、電磁比例流量制御弁は、ポンプボディ8に挿入して取り付けられる円筒状のベース1と、ベース1に摺動可能に挿入されるシャフト2を備える。ベース1にはポンプの吐出側に連通する上流室21と、シャフト2との間で可変絞り部22を画成するバルブ穴16と、負荷側に連通する下流室23が形成される。ポンプから吐出される作動流体は、図中矢印で示すように上流室21、バルブ穴16、下流室23を通って負荷へと流れる。
【0004】
円柱状のシャフト2はベース1とスリーブ10に渡って一対の軸受3,9を介して摺動可能に介装される。シャフト2はその先端に円錐状の弁体部2aが形成され、この弁体部2aがバルブ穴16に挿入される。シャフト2が図において右方向に変位するのに伴って、弁体部2aとバルブ穴16との間で画成される可変絞り部22の開口面積Avが次第に大きくなる。
【0005】
シャフト2を開弁方向(図において右方向)に付勢するスプリング13と、閉弁方向(図において左方向)に付勢するスプリング14が設けられる。
【0006】
シャフト2の途中にプランジャ(可動鉄心)6が固定され、スリーブ10の外側にプランジャ6を駆動する電磁コイル15が設けられる。プランジャ6は電磁コイル15に生じるソレノイド推力Fsolによってシャフト2を閉弁方向(図において左方向)に駆動する。つまり、電磁コイル15に流れる電流Iが増えるのにしたがって、シャフト2がスプリング13,14のバネ力に抗して図において左方向に変位する。
【0007】
電磁比例流量制御弁は以上のように構成されて、シャフト2に対して電磁コイル15のソレノイド推力Fが閉弁方向に働き、スプリング13,14のバネ力、可変絞り部22の前後差圧ΔPによる力、可変絞り部22に発生する流体力が開弁方向に働き、これらの力がバランスする位置にシャフト2が移動し、これによって得られた可変絞り部22の開口面積Avおよび可変絞り部22の前後差圧ΔPに比例した制御流量Qcが流れる。
【0008】
ソレノイドバルブの吸引特性は、通常、入力電流を大きくすれば吸引力も大きくなり、吸着部からの距離(ストローク)によっても吸引力は変化する。しかしながら、ストロークによって吸引力が変化するのは好ましくないため、吸引部の形状を変化させることで吸引力がストロークに関係なく電流だけに比例するような特性とするのが一般的である。
【0009】
この関係を示したのが図7である。図7はシャフト2のストロークSに対する電磁コイル15のソレノイド推力Fの関係を電流Iの変化に基づいて示したものである。この図からわかるように、シャフト2のストロークSが変化してもソレノイド推力Fが一定に保たれ(水平吸引特性)、これにより、ソレノイド推力Fがシャフト2のストロークSに関係なく電流Iにだけ比例する。したがって、電流Iに応じて可変絞り部22を通過する流量を調節することができる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記図7の如く、ストロークSとソレノイド推力Fとの関係が全域においてフラット(水平吸引力特性)になるようにすると、電流Iとソレノイド推力Fの関係は図8に示すように、電磁コイル15に流れる電流Iが増えるのにしたがってソレノイド推力Fは急激に立ち上がる特性となる。
【0011】
このため、電磁コイル15の電流Iと制御流量Qcの関係においても、電磁コイル15に流れる電流Iが増えるのにしたがって制御流量Qcは急に減少する(図9)。
【0012】
このことは、低流量域において、僅かな電流値変動で大きな流量変動が発生してしまうことになり、このため、きめ細かな流量制御が困難になるという問題点が生じていた。
【0013】
本発明は上記の問題点を鑑みてなされたものであり、低流量側の作動領域にてきめ細かい流量制御を実現できる電磁比例流量制御弁を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
第1の発明は、圧力源側と負荷側を連通するバルブ穴と、バルブ穴に対して軸方向に変位可能に支持されるシャフトと、シャフトを軸方向に付勢するスプリングと、ソレノイド推力によってスプリングに抗してシャフトに連結したプランジャを駆動する電磁コイルとを備え、シャフトの変位に伴ってバルブ穴との間で画成される可変絞り部の開口面積を可変とする電磁比例流量制御弁に適用する。
【0015】
そして、シャフトのまわりに磁気回路を構成する部材の内周面にこの内周面より大きい内径を持って環状に窪む磁界調整凹部を形成し、この磁界調整凹部が部材のプランジャを収容する凹部に対してプランジャを吸着する部位に開口し、電磁コイルに流れる同一の電流Iに対してシャフトがバルブ穴に近づくのにしたがって電磁コイルのソレノイド推力Fが次第に小さくなる構成としたことを特徴とするものとした。
【0017】
第2の発明は、第1の発明において、シャフトのまわりに磁気回路を構成する部材に環状の磁界調整テーパ部を形成したことを特徴とするものとした。
【0018】
【発明の作用および効果】
第1の発明によると、ストロークSに対してソレノイド推力Fを吸着側で落ち込ませるような特性、すなわち、シャフトがバルブ穴に近づくにしたがってソレノイド推力Fが次第に小さくなる構成としたため、電流Iとソレノイド推力Fとの関係で、電流値Iの増加に伴ってソレノイド推力Fの急激な立ち上がりを抑制できるとともに、電流値Iと制御流量Qcの関係においても、電流増加に伴う制御流量Qcの急な減少が抑止される。
【0019】
これにより、低流量側の作動領域にて電流値Iに対する制御流量Qcの変化が小さく抑えられ、微小流量の制御を正確に行うことが可能となる。この結果、例えばパワーステアリング装置の微小なアシスト力の制御が可能となり、ステアリングを中立に保つ適度なステアリングの剛性感が得られ、操舵フィーリングの向上がはかられる。
【0020】
そして、磁界調整凹部の内径を変えることでストロークSに対する吸着側のソレノイド推力Fを変化させることができるため、吸着側でソレノイド推力Fが小さくなるように磁界調整凹部の内径を調整すれば上記と同様の効果が得られる。
【0021】
第2の発明によると、磁界調整テーパ部の傾斜角度を変えることでストロークSに対する吸着側のソレノイド推力Fを変化させることができるため、吸着側でソレノイド推力Fが小さくなるように磁界調整テーパ部の傾斜角度を調整すれば上記第1の発明と同様の効果が得られる。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【0023】
図1は自動車のパワーステアリング装置の油圧回路図である。これについて説明すると、電磁比例流量制御弁32はポンプ31をパワーステアリングシステム36に接続している。電磁比例流量制御弁32の前後差圧ΔP(=P1−P2)は圧力補償弁33によって略一定に保たれる。電磁比例流量制御弁32に電流Iが流れると、前後差圧ΔPに応じた開度調整が行われ、その開度に応じた制御流量Qcが流れる。リリーフ弁35は回路の最高圧を決定するもので、安全弁として機能し、オリフィス34は回路の応答性、安定性に寄与する。
【0024】
このパワーステアリング装置では、非操舵時に、パワーステアリングシステム36の負荷圧P2が低くなっているので、電磁比例流量制御弁32の上流側の圧力も低く、この電磁比例流量制御弁32は最小開度を保っている。パワーステアリングシステム36は、その最小開度で決められた最低流量のみが供給され、パワーステアリングシステム36に供給される制御流量を少なくして、エネルギーロスを低減している。
【0025】
これに対して、操舵時には、パワーステアリングシステム36の負荷圧P2が高くなるので、電磁比例流量制御弁32がその開度を大きくする。パワーステアリングシステム36は、電磁比例流量制御弁32の開度に応じて制御された流量Qが供給され、必要とされるアシスト力を付与する。
【0026】
ところで、この種のパワーステアリング装置にあっては、電磁比例流量制御弁32の低流量側で電流値変動に対する制御流量Qcの変動を小さくして、アシスト力をきめ細かに調節したいという要求がある。
【0027】
図2は、上記パワーステアリング装置の電磁比例流量制御弁32に本発明を適用したものである。以下、これについて説明するが、前記図6に示す従来例と同一構成部には同一符号を付してその説明を省略する。
【0028】
電磁比例流量制御弁32は、前記従来例と基本的に同様に構成され、バルブ穴16が開口するベース1と、ベース1に対して軸受3,9を介して軸方向に変位可能に支持されるシャフト2と、電磁コイル15のソレノイド推力Fsolによってシャフト2を駆動するプランジャ6とを備える。円筒状のベース1はポンプボディ8に挿入して取り付けられる。
【0029】
シャフト2はその先端に略円錐状の弁体部2aが形成され、この弁体部2aがバルブ穴16に挿入され、弁体部2aとバルブ穴16との間で画成される可変絞り部22が形成される。シャフト2が軸方向に変位するのに伴って、可変絞り部22の開口面積Avが増減する。
【0030】
図3はシャフト2のストロークSに対する電磁コイル15のソレノイド推力Fの関係を電流Iの変化に応じて示す特性図である。図3において実線で示す線が電流Iの電流値毎にソレノイド推力FがストロークSに応じて変化する様子を示している。
【0031】
そして本発明の要旨とするところであるが、上記図3に示すように、電磁コイル15に流れる同一の電流Iに対して、シャフト2がバルブ穴16(吸着部)に近づくのにしたがって電磁コイル15のソレノイド推力Fが次第に小さくなる構成とする。すなわち、シャフト2がバルブ穴16に近づいた吸着側の作動領域では、シャフト2がバルブ穴16に近づくのにしたがってソレノイド推力Fが次第に低下し、弁体部2aがバルブ穴16に接する吸着部(ストロークS=0)でソレノイド推力Fが最も小さくなる。
【0032】
ただし、シャフト2がバルブ穴16から離れた反吸着側の作動領域では、従来と同様に、シャフト2のストロークSが変化してもソレノイド推力Fが一定に保たれる。
【0033】
これにより、反吸着側のストローク領域では、ソレノイド推力FがストロークSに関係なく電流Iにだけ比例するため、電流Iに応じて可変絞り部22を通過する流量が調節される。
【0034】
図4は電磁コイル15の電流Iとソレノイド推力Fの関係を示す特性図である。図3に示す特性とすることによって、この図に見られるように電磁コイル15に流れる電流Iの増加とともにソレノイド推力Fも一次的に比例して増加する。
【0035】
具体的には、ベース1のシャフト2に対峙する内周面に環状に窪む磁界調整凹部1aを形成し、この磁界調整凹部1aの内径dが先端側(図中左側)の内周面の内径より大きくなる構成とした。
【0036】
また、これとは別にベース1のスリーブ10に対峙する環状の磁界調整テーパ部1bを形成し、その傾斜角度θを大きくするように任意に設定してもよい。
【0037】
なお、上記磁界調整凹部1aを形成するとともに、磁界調整テーパ部1bを形成してもよいのはもちろんである。
【0038】
以上の如く、磁界調整凹部1aの内径dや磁界調整テーパ部1bの傾斜角度θを任意に設定することで、図3に示すソレノイド推力Fの特性を得ることができる。
【0039】
図5は電磁コイル15の電流Iと制御流量Qcの関係を示す特性図である。この図においても、図3、図4の特性に起因して、制御流量Qcが電流Iに対して比例的に減少する。
【0040】
この制御流量Qcの特性が得られるように、シャフト2の弁体部2aは円錐状に形成され、シャフト2が図2において右方向に変位するのに伴って、弁体部2aとバルブ穴16との間で画成される可変絞り部22の開口面積Avが一次的に比例して大きくなる。
【0041】
以上のように電磁比例流量制御弁32は構成されており、次に作用について説明する。
【0042】
シャフト2に対して電磁コイル15のソレノイド推力Fが閉弁方向に働き、スプリング13,14のバネ力、可変絞り部22の前後差圧ΔPによる力、可変絞り部22に発生する流体力が開弁方向に働き、これらの力がバランスする位置にシャフト2が移動し、これによって得られた可変絞り部22の開口面積Avおよび可変絞り部22の前後差圧ΔPに比例した制御流量Qcが流れる。
【0043】
電磁コイル15に流れる電流Iが増えると、ソレノイド推力Fが大きくなり、シャフト2がスプリング13,14のバネ力に抗して図2において左方向に変位する。これに伴って、可変絞り部22の開口面積Avが小さくなり、制御流量Qcが減少し、パワーステアリング装置のアシスト力が減少する。
【0044】
一方、電磁コイル15に流れる電流Iが減ると、ソレノイド推力Fが小さくなり、シャフト2がスプリング13,14のバネ力によって図2において右方向に変位する。これに伴って、可変絞り部22の開口面積Avが大きくなり、制御流量Qcが増加し、パワーステアリング装置のアシスト力が増す。
【0045】
本発明は、図3に示すように、ストロークSに対してソレノイド推力Fを吸着側で落ち込ませるような特性、すなわち、シャフト2がバルブ穴16に近づくにしたがってソレノイド推力Fが次第に小さくなる構成としたため、電流Iとソレノイド推力Fとの関係で、電流値Iの増加に伴ってソレノイド推力Fの急激な立ち上がりを抑制できるとともに、電流値Iと制御流量Qcの関係においても、電流増加に伴う制御流量Qcの急な減少が抑止される。
【0046】
そして、図5に示すように、電磁コイル15に流れる電流Iが増えるのにしたがって可変絞り部22を通過する流量を一次的に減少させ、低流量側の作動領域にて電流値Iに対する制御流量Qcの変化が小さく抑えられることにより、微小流量の制御を正確に行うことが可能となる。
【0047】
これにより、電磁コイル15に流れる電流Iが増える低流量側の作動領域にて電流値Iの僅かな変動で大きな流量変動が生じることが回避され、微小流量の制御を正確に行うことが可能となる。この結果、パワーステアリング装置の微小なアシスト力の制御が可能となり、ステアリングを中立に保つ適度なステアリングの剛性感が得られ、操舵フィーリングの向上がはかられる。
【0048】
なお、弁体部2aの断面形状は、前記実施の形態のように略三角形のテーパ状限らず、略半円形にしたり、略楕円形としてもよい。
【0049】
本発明は上記の実施の形態のようにパワーステアリング装置に用いられる電磁比例流量制御弁に限らず、産業機械等に用いられる電磁比例流量制御弁に適用しても良く、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態を示すパワーステアリング装置の油圧回路図。
【図2】同じく電磁比例流量制御弁の断面図。
【図3】同じくシャフトのストロークSとソレノイド推力Fの関係を示す特性図。
【図4】同じく電流Iとソレノイド推力Fの関係を示す特性図。
【図5】同じく電流Iと制御流量Qcの関係を示す特性図。
【図6】従来例を示す電磁比例流量制御弁の断面図。
【図7】同じくシャフトのストロークSとソレノイド推力Fの関係を示す特性図。
【図8】同じく電流Iとソレノイド推力Fの関係を示す特性図。
【図9】同じく電流Iと制御流量Qcの関係を示す特性図。
【符号の説明】
1 ベース
1a 磁界調整凹部
1b 磁界調整テーパ部
2 シャフト
2a 弁体部
10 スリーブ
13、14 スプリング
15 電磁コイル
16 バルブ穴
22 可変絞り部
32 電磁比例流量制御弁[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an improvement in an electromagnetic proportional flow control valve used for a power steering device of an automobile, an industrial machine or the like.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as an electromagnetic proportional flow control valve used in a power steering device, for example, there is one disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-163233 and one shown in FIG.
[0003]
This will be described. The electromagnetic proportional flow control valve includes a
[0004]
The
[0005]
A
[0006]
A plunger (movable iron core) 6 is fixed in the middle of the
[0007]
The electromagnetic proportional flow control valve is configured as described above, and the solenoid thrust F of the
[0008]
As for the suction characteristics of the solenoid valve, normally, if the input current is increased, the suction force increases, and the suction force also changes depending on the distance (stroke) from the suction portion. However, since it is not preferable that the suction force is changed by the stroke, it is general to change the shape of the suction portion so that the suction force is proportional to only the current regardless of the stroke.
[0009]
FIG. 7 shows this relationship. FIG. 7 shows the relationship of the solenoid thrust F of the
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, if the relationship between the stroke S and the solenoid thrust F is flat throughout the entire area (horizontal attractive force characteristics) as shown in FIG. 7, the relationship between the current I and the solenoid thrust F is electromagnetic as shown in FIG. As the current I flowing through the
[0011]
For this reason, also in the relationship between the current I of the
[0012]
This causes a large flow rate fluctuation due to a slight current value fluctuation in a low flow rate region, and this causes a problem that fine flow rate control becomes difficult.
[0013]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide an electromagnetic proportional flow control valve capable of realizing fine flow control in an operation region on a low flow side.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention, there is provided a valve hole communicating with a pressure source side and a load side, a shaft supported so as to be axially displaceable with respect to the valve hole, a spring for urging the shaft in the axial direction, and a solenoid thrust An electromagnetic proportional flow control valve having an electromagnetic coil that drives a plunger that is coupled to the shaft against a spring, and that can vary the opening area of a variable throttle portion that is defined between the valve hole and the displacement of the shaft Applies to
[0015]
Then, a magnetic field adjustment recess having an inner diameter larger than the inner peripheral surface and recessed in an annular shape is formed on the inner peripheral surface of the member constituting the magnetic circuit around the shaft, and the magnetic field adjustment recess accommodates the plunger of the member. plunger opening at a site for adsorbing against, characterized in that the solenoid thrust F of the electromagnetic coil was gradually decreases constructed in accordance with the shaft approaches the valve hole relative to the same current I flowing through the electromagnetic coil It was supposed to be.
[0017]
According to a second invention, in the first invention, an annular magnetic field adjustment taper portion is formed on a member constituting the magnetic circuit around the shaft.
[0018]
Operation and effect of the invention
According to the first aspect of the present invention, the solenoid thrust F drops on the suction side with respect to the stroke S, that is, the solenoid thrust F gradually decreases as the shaft approaches the valve hole. In relation to the thrust F, the sudden rise of the solenoid thrust F can be suppressed as the current value I increases, and also in the relation between the current value I and the control flow rate Qc, the control flow rate Qc rapidly decreases as the current increases. Is suppressed.
[0019]
Thereby, the change of the control flow rate Qc with respect to the current value I is suppressed to be small in the operating region on the low flow rate side, and it becomes possible to accurately control the minute flow rate. As a result, for example, it is possible to control a small assist force of the power steering apparatus, an appropriate steering rigidity feeling that keeps the steering neutral can be obtained, and the steering feeling can be improved.
[0020]
Then, I am possible to change the solenoid thrust F of the suction side with respect to the stroke S by changing the inside diameter of the magnetic field adjusting recess, and said by adjusting the inner diameter of the magnetic field adjusting recess as solenoid thrust F is reduced by the suction side Similar effects can be obtained.
[0021]
According to the second invention, since the solenoid thrust F on the suction side with respect to the stroke S can be changed by changing the inclination angle of the magnetic field adjustment taper portion, the magnetic field adjustment taper portion so that the solenoid thrust F is reduced on the suction side. If the inclination angle is adjusted, the same effect as in the first invention can be obtained.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0023]
FIG. 1 is a hydraulic circuit diagram of a power steering apparatus for an automobile. To explain this, the electromagnetic proportional flow control valve 32 connects the
[0024]
In this power steering apparatus, since the load pressure P 2 of the
[0025]
In contrast, at the time of steering, the load pressure P 2 of the
[0026]
By the way, in this type of power steering device, there is a demand to finely adjust the assist force by reducing the fluctuation of the control flow Qc with respect to the fluctuation of the current value on the low flow side of the electromagnetic proportional flow control valve 32.
[0027]
FIG. 2 shows the application of the present invention to the electromagnetic proportional flow control valve 32 of the power steering device. This will be described below, but the same components as those in the conventional example shown in FIG.
[0028]
The electromagnetic proportional flow control valve 32 is configured basically in the same manner as the conventional example, and is supported so as to be displaceable in the axial direction via the
[0029]
The
[0030]
FIG. 3 is a characteristic diagram showing the relationship of the solenoid thrust F of the
[0031]
Then, as the gist of the present invention, as shown in FIG. 3, the
[0032]
However, in the operating region on the anti-adsorption side where the
[0033]
Thereby, in the stroke region on the anti-adsorption side, the solenoid thrust F is proportional only to the current I regardless of the stroke S, so that the flow rate passing through the
[0034]
FIG. 4 is a characteristic diagram showing the relationship between the current I of the
[0035]
Specifically, a magnetic field adjustment recess 1a that is recessed in an annular shape is formed on the inner peripheral surface facing the
[0036]
Alternatively, an annular magnetic field adjustment taper portion 1b facing the
[0037]
Needless to say, the magnetic field adjustment concave portion 1a may be formed and the magnetic field adjustment taper portion 1b may be formed.
[0038]
As described above, the characteristics of the solenoid thrust F shown in FIG. 3 can be obtained by arbitrarily setting the inner diameter d of the magnetic field adjustment recess 1a and the inclination angle θ of the magnetic field adjustment taper portion 1b.
[0039]
FIG. 5 is a characteristic diagram showing the relationship between the current I of the
[0040]
The valve body portion 2a of the
[0041]
The electromagnetic proportional flow control valve 32 is configured as described above, and the operation will be described next.
[0042]
The solenoid thrust F of the
[0043]
When the current I flowing through the
[0044]
On the other hand, when the current I flowing through the
[0045]
As shown in FIG. 3, the present invention has such a characteristic that the solenoid thrust F drops on the suction side with respect to the stroke S, that is, the solenoid thrust F gradually decreases as the
[0046]
Then, as shown in FIG. 5, as the current I flowing through the
[0047]
As a result, it is possible to avoid a large flow rate fluctuation due to a slight fluctuation of the current value I in the operating region on the low flow rate side where the current I flowing through the
[0048]
The cross-sectional shape of the valve body 2a is not limited to a substantially triangular taper as in the above-described embodiment, but may be a substantially semicircular shape or a substantially elliptical shape.
[0049]
The present invention is not limited to the electromagnetic proportional flow control valve used in the power steering apparatus as in the above-described embodiment, but may be applied to an electromagnetic proportional flow control valve used in an industrial machine or the like. It is clear that various changes can be made within the scope.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a hydraulic circuit diagram of a power steering apparatus showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view of an electromagnetic proportional flow control valve.
FIG. 3 is a characteristic diagram showing the relationship between the shaft stroke S and the solenoid thrust force F;
4 is a characteristic diagram showing the relationship between current I and solenoid thrust F. FIG.
FIG. 5 is a characteristic diagram showing the relationship between current I and control flow rate Qc.
FIG. 6 is a sectional view of an electromagnetic proportional flow control valve showing a conventional example.
FIG. 7 is a characteristic diagram showing the relationship between the shaft stroke S and the solenoid thrust force F;
FIG. 8 is a characteristic diagram showing the relationship between current I and solenoid thrust F.
FIG. 9 is a characteristic diagram showing the relationship between current I and control flow rate Qc.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (2)
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