JP4756323B2 - 油圧ドライブシステム及びその改良された制御バルブアセンブリ - Google Patents

Description

本発明は、車両作動サイクルの一部の間はポンプとして、また、車両作動サイクルの他の一部の間はモータとして作動するポンプ−モータユニットを含むタイプの油圧ドライブシステムに関するものである。更に具体的には、本発明は、ポンプ−モータユニットの作動の「モード」、すなわち、そのユニットがポンプモードで作動するか、モータモードで作動するかを制御するための改良された制御バルブアセンブリ（「モード」バルブ）に関するものである。

本発明のモード制御バルブアセンブリは、殆どの車両作動サイクル中、主車両変速機として有効に作動するそのようなドライブシステムを含む様々なタイプの油圧システムに利用することができるが、本発明は、車両用油圧回生ブレーキシステムを含む油圧ドライブシステムに使用するとき、特に有利であり、これに関連して説明する。

回生ブレーキ機能を有する車両油圧ドライブシステムでは、例示に過ぎないが、後輪駆動タイプの車両であると仮定すると、主な駆動トルクは、エンジンから一般的な機械式変速機を介して伝達され、そして、一般的なドライブラインによってリアドライブホイールに伝達される。制動中（すなわち、「減速−加速」サイクルの制動部分の間）、移動する車両の運動エネルギーは、ポンプモードで作動するように指令された油圧ポンプ−モータユニットによって変換され、このポンプ−モータユニットは、高圧アキュムレータをチャージ（加圧）する。その後、車両が加速されるとき、油圧ポンプ−モータユニットは、そのモータモードで作動するように指令されて、高圧アキュムレータに蓄圧された高圧がポンプ−モータユニットに導通される。ポンプ−モータユニットによって発生して出力トルクが車両ドライブ−ラインに伝達されて、車両の推進を補助することから、このようなシステムに関して「油圧アシスト」という用語が時々使用される。

当該技術の当業者には理解されるように、車両に回生ブレーキシステムを設ける主な理由が、全体として車両の燃料効率が改善するためであるから、油圧ドライブシステムが、できるだけ効率的に作動することが重要である。具体的には、モード制御バルブアセンブリ（上述のようにポンプ−モータユニットがポンプモードで作動されるか、モータモードで作動されるかを制御する）が油圧の非効率の大きな原因にならないことが重要である。例えば、長時間、ポンプ−モータユニットがゼロ吐出で、ドライブラインからクラッチ離脱されているとき、全システム効率に関しては、モードバルブアセンブリからシステムリザーバへ流れる加圧流体の継続的なパイロット流れ、また、その時間中に実行される機能に役立たない油圧出力があることは許されない。

しかしながら、また、システム性能全体に関して、具体的には「応答性」（作動速度）に関して、作動状態を切り切り換えなければならないときに、パイロット信号の類がメインモードバルブ部材を開閉位置間で移動させるのに充分な圧力を立ち上げるのをシステムが待たなければならないような開閉機能のモード制御バルブは、容認することができない。また、本発明の油圧ドライブシステムは、車両のメインドライブとして作動するので、少なくとも短時間、制御バルブアセンブリは、比較的大きな体積の流量を制御できなければならないが、計量される大流量は、一般的に、特定のバルブ要素を横切る大きな圧力降下を伴い、前に注意したように、システムにおけるそのように大きな圧力降下は、システム効率に関して、システム全体で容認することができない。

したがって、本発明の１つの目的は、制御バルブアセンブリが非常に速い応答時間で比較的大きな流量体積を制御することができるが、制御バルブを横切る圧力降下が非常に小さく、かつ、非常に低い静止状態流量である油圧システムに使用するための改良された制御バルブアセンブリを提供することである。

本発明の更に具体的な目的は、高圧アキュムレータとポンプ−モータユニットとの間でいずれかの方向の流量を制御することができるモード制御バルブとして使用するための改良された制御バルブアセンブリを提供することである。

本発明の上記及び他の目的は、駆動トルクをドライブアクスルに伝達するために作動するドライブラインを有する車両に使用する油圧システムにおいて使用するための改良された制御バルブアセンブリの提供によって達成される。この油圧システムは、ドライブラインから駆動トルクをを受けるためのポンプモード及び駆動トルクをドライブラインへ伝達するモータモードで作動することができるポンプ−モータユニットを含んでいる。ポンプ−モータユニットの第１ポートに制御バルブアセンブリを介して高圧アキュムレータが接続され、これにより、ポンプ−モータユニットがポンプモードにあるとき、加圧流体が第１ポートから高圧アキュムレータへ導通される。ポンプ−モータユニットがモータモードにあるとき、加圧流体は、高圧アキュムレータから第１ポートへ導通される。制御バルブアセンブリは、ポペットシート及び高圧アキュムレータに流体接続するポートを形成するバルブハウジングを含んでいる。

改良された制御バルブアセンブリは、制御キャビティを形成するメインポペット部材を特徴とし、この制御キャビティ内の流体圧力がメインポペット部材をポペットシートへ向って付勢する。高圧アキュムレータとポンプ−モータユニットの第１ポートとの間のほぼ全ての流れは、ポンプモード又はモータモードのいずれにおいてもメインポペット部材およびポペットシートを通過して流れる。パイロットバルブアセンブリは、開弁及び閉弁状態を有し、電気的な入力信号に応答して、制御キャビティから低圧源への流体接続を制御するように作動する。ステップ−オリフィスバルブアセンブリは、アキュムレータからバルブハウジングによって形成されたポートを介して、制御キャビティへの流体接続を制御して、制御キャビティの流体圧力が比較的高いとき、比較的大きな第１流量オリフィス形成し、また、制御キャビティの流体圧力が比較的低いとき、比較的小さい第２流量オリフィスを形成して、前記パイロットバルブアセンブリへ比較的少ない流量を供給するように作動する。

本発明の限定を意図しない図面を参照して、図１は、本発明の油圧ドライブシステムに特に適したタイプの車両ドライブシステムを示している。図１に概略的に示された車両システムは、４つのドライブホイールＷを有しており、本発明は、４輪駆動の（すなわち４つの駆動車輪を有する）車両に限定されず、２輪のみ駆動の車両に使用することもでき、この場合、２つの駆動車輪は、後輪又は前輪のいずれでもよいことを理解すべきである。各駆動車輪Ｗには、一般的なホイールブレーキＢが連動しており、その詳細は本発明の一部を形成せず、ホイールブレーキＢは、以下に簡単にのみ説明する。好ましくは、ホイールブレーキＢは、当業者には公知であり商業的に入手可能なタイプのＥＨＢ（電気−油圧ブレーキ）システム全体の一部とすることができる。

この車両は、全体として符号１１で示される車両ドライブシステムを含み、車両ドライブシステム１１は、車両エンジン１３及び変速機１５を含んでいる。エンジン１３及び変速機１５の特定のタイプ、並びに、これらの構造の詳細、同様に、ドライブシステムの構造等は、添付の特許請求の範囲に明確に列挙された範囲を除いて本発明の一部を構成するものではなく、このため、ここでは、更には説明しないことを理解すべきである。更に、本発明は、通常、「エンジン」として考えられるものに特に使用することに限定されず、このため、本発明の範囲内において、「エンジン」と呼ばれるものは、あらゆるタイプの出力源又は他の原動機を意味し、含むことがわかるであろう。最後に、本発明の油圧システムは、車両ドライブシステムに関連して記述されているが、本発明は、そのシステムが車両の一部であろうとなかろうと、以下に記述されるタイプのあらゆる油圧システムの類に有利に利用することができることを当業者は理解すべきである。

変速機１５から後方に、全体として符号１７で示されるドライブラインが延びている。本実施形態では、例示に過ぎないが、ドライブライン１７は、前部駆動軸１９、中間駆動軸（ここでは図示せず）、後部駆動軸２３、車輪間デファレンシャル２５及び左右リアアクスル軸２７、２９を含んでいる。当業者は、本明細書を読んで理解することにより、主にドライブシステム１１全体の理解を容易にするために、ドライブライン１７が軸１９及び２３を含むものとして図示及び説明されており、限定のためではないことを理解するであろう。

引続き、主に図１を参照して、本実施形態において、ドライブシステム１１は、左右の前部アクスル軸３１及び３３を含んでいる。既に述べた一般的な「機械的」要素に加えて、ドライブシステムは、全体として符号３５で示される静油圧ポンプ−モータユニットを含み、このポンプ−モータユニット３５の前方にバルブマニホールド３７が配置されている。バルブマニホールド３７の前方には、低圧アキュムレータ３９が取付けられ、バルブマニホールド３７の後方には高圧アキュムレータ４１が取付けられている。しかしながら、この特定の配置は、反対にすることができ、また、他の方法で変更することもできることは、当業者によって理解されるべきである。また、バルブマニホールド３７及びアキュムレータ３９、４１の特定の設計及び詳細は（以下に示す範囲を除いて）、本発明の本質的特徴ではなく、このため、ここでは、この構造の全てを記述するわけではないことを理解すべきである。代りに、図２の油圧システム概略図に関連して、これらの一般的な機能及び作動を簡単に説明するが、本発明のモード制御バルブアセンブリの説明のための背景及び「周囲の状況」として、油圧ドライブシステムのいくつかの作動モードを説明するために必要な範囲についてのみである。

主に図２を参照して、ポンプ−モータユニット３５及び２つのアキュムレータ３９、４１を除いて、図２の油圧回路図に示される他の全てのものは、一般的にバルブマニホールド３７内に含まれており、又は、バルブマニホールド３７に取付けられていることを理解すべきである。また、ポンプ−モータユニット３５がそのニュートラル（ゼロ吐出量）状態（この場合は常に車両は減速−加速サイクルにない）にあるときは、常に、図２に示される油圧システム内で、ポンプ−モータユニット３５と２つのアキュムレータ３９、４１との間で、実質的な流れがないことを理解すべきである。しかしながら、このようなシステムの当業者には公知のように、各アキュムレータ３９、４１のプレ−チャージによって、以下に詳述するように、本システムは、ポンプ−モータユニット３５がそのニュートラル状態にある間でも、「加圧状態」を維持する。

バルブマニホールド３７内に含まれる（図２に示されるような）油圧システムは、全体として符号４３で示される制御バルブアセンブリを含み、この制御バルブアセンブリ４３は、モード制御バルブ４５を含んでいる。モード制御バルブ４５には、ステップ−オリフィスバルブ４７及びソレノイドタイプ−モードパイロットバルブ４９が連動して（組込まれて）おり、このモードパイロットバルブ４９の出口は、導管５０によって低圧源（リザーバ等のシステムの単なる低圧側）に接続している。これらのバルブ４３、４５、４７及び４９の機能及び作動は、図３乃至図６及び本発明の本質的な特徴の説明に関連して、以下に更に詳細に説明する。

可変容量タイプのポンプ−モータユニット３５は、それ故に、図２に示されて符号５１及び５３で表されるタイプの一対の流体圧サーボアクチュエータ（ストロークシリンダ）等の可変容量手段の類を含む。サーボアクチュエータ５１及び５３は、一般的な電気−油圧コントローラ５５の出口に油圧的に接続される。コントローラ５５の機能は、加圧流体を導管５７からサーボアクチュエータ５１、５３の一方へ導通して、斜板５９を所望の角度及び吐出量にすべく適当に調整することであり、これらの全てのことは、ポンプ及びモータ技術、特にアキシャルピストンポンプ技術の当業者には一般的に公知である。本発明に関連するタイプの油圧ドライブシステムの技術における当業者は、一般的なＨＳＴ（ハイドロスタティックトランスミッション）システムと同様、ポンプ−モータユニット３５の斜板５９からコントローラ５５への機械的なフィードバックが成されるべきことを理解するであろう。しかしながら、好ましくは、コントローラ５５へのフィードバックは、本実施形態では、斜板５９の位置の表示を含んで電気的に行われる。機能的に満足できるあらゆるタイプのフィードバックが本発明の範囲内に含まれることを理解すべきである。

図２に示されるように、高圧アキュムレータ４１及び電気−油圧コントローラ５５との間に隔離バルブ６１が直列に配置されており、この隔離バルブ６１は、好ましくは、ソレノイドによって作動されるポペットタイプのバルブである。油圧ドライブシステム１１が作動しているときはいつも、隔離バルブ６１が「オン」であり、すなわち、高圧が高圧アキュムレータ４１からコントローラ５５へ自由に導通されている。油圧ドライブシステム１１が「オフ」のときはいつも、隔離バルブ６１は、図２に示される位置にばね付勢されて、ポンプ−モータ３５及びコントローラ５５を高圧アキュムレータ４１から油圧的に「隔離」された状態に保持して、システムの非作動中にアキュムレータ４１がコントローラ５５を通して「リークダウン」しないようにしている。ここでドライブシステムが「オフ」されていることは、車両が減速−加速サイクルにないときの車両作動サイクルの部分、同様に、車両が全く作動していないとき（エンジン「オフ」状態）の両方の意味を含んでいることがわかる。

引続き主に図２を参照して、ドライブシステム１１は、全体として符号６３で示されるバイパスバルブアセンブリを含み、このバイパスバルブアセンブリ６３は、「アンロード」バルブ又は「ダンプ」バルブとも言われ、これらの用語は、バルブ技術においてよく知られている。このため、バイパスバルブアセンブリ６３は、エンジンが「オフ」（導管５７、又は導管６５に駆動圧力がない）のときは常にポンプ−モータユニット３５が「アンロード」されて、意図しないトルクがドライブライン１７（図１参照）に伝達されないようにする。本発明の本質的な部分を形成する具体的な詳細ではなく、また、本発明の本質的な部分の存在でもないバイパスバルブアセンブリ６３等の特定のサブシステムにおける具体的な設計及び作動の決定は、当業者の能力の範囲内であると考える。

また、油圧ドライブシステム１１は、全体として符号６９で示されるリリーフバルブを含み、このリリーフバルブ６９は、図２に示されるように、閉位置にばね付勢されている。リリーフバルブ６９の入口は、導管７１に接続され、この導管７１は、高圧アキュムレータ４１のポートとモード制御バルブ４５の入口とを相互に接続している。導管７１の圧力が所定の最大限度を超えるときはいつも、リリーフバルブ６９が導管７１から導管７３（以下に更に明確にするように、システムの「低圧」側として考えることができる）への接続を許容する位置へ付勢される（図２における「下方」へ移動される）。最後に、引続き図２を参照して、油圧ドライブシステム１１は、全体として符号７５で示されるフィルタ回路を含み、このフィルタ回路１０７は、以下に更に詳細には述べないが、上述の許可された特許文献１に述べられている。フィルタ回路７５は、導管７７によって低圧アキュムレータのポートに接続される。
米国特許出願第１０／６２４８０５号明細書

引続き主に図２を参照して、ポンプ−モータユニット３５は、導管６５によってモード制御バルブ４５に接続されるポート（「Ａ」で示される）を含んでいることがわかる。また、ポンプ−モータユニット３５は、導管６７によってフィルタ回路７５に流体接続されるもう一つのポート（「Ｂ」で示される）を含んでおり、このポートは、導管７３にも接続されて、導管５０、６７及び７３が一緒になって、上述のようなシステムの「低圧」側を形成する。以下の説明からわかるように、ポンプ−モータユニット３５がポンプモードにあるとき、ポートＡは、加圧された出口ポート（図２のポンプ記号の矢印参照）となり、このユニット３５がモータモードにあるとき、ポートＡは、加圧された入口ポートとなってポートＢが排出される出口ポートとなる。

油圧ドライブシステム１１の一般的な作動は、背景として簡単に説明する。上述のように、車両が減速も加速もしていないとき、ポンプ−モータユニット３５は、クラッチアセンブリ７８（図１参照、クラッチアセンブリ７８は、ポンプ−モータユニット３５と中間ドライブシャフトとの間で作動可能）によってクラッチ離脱される。この状態では、中間ドライブシャフトからクラッチ離脱されたポンプ−モータユニット３５により、図１に示される車両ドライブシステム全体は、あたかも油圧ドライブシステム１１が存在しないのと同じように作動する。

車両運転者がブレーキ操作を開始したとき、クラッチアセンブリ７８が作動されて、ポンプ−モータユニット３５がドライブ−ライン１７（すなわち、中間ドライブシャフト）にクラッチ結合され、適当な指令信号が電気−油圧コントローラ５５に供給されて、（車両の前進による）ドライブライン１７の回転によって、ポンプ−モータユニット３５が加圧流体をポートＡから導管６５へ吐出するような方向に斜板５９が変位することになる。油圧回生ブレーキシステムの当業者には公知のように、斜板５９の変位（これによるドライブライン１７の回転毎の流体出力）は、一般的に、車両運転者がブレーキペダルを踏込む大きさに比例する。運転者によって加えられたブレーキトルク、すなわち、ブレーキペダルの変位に比例する斜板５９の変位をどのように設定するかは、当業者には公知であるが、斜板５９の変位を設定するために選択されるの特定の手段又は基準は、本発明の本質ではない。

ポンプ−モータユニット３５がポンプモードにあると、導管６５を通して導通される加圧流体がモード制御制御バルブ４５のポペット部材７９を離座させて、加圧流体が導管７１に流入し、そこから高圧アキュムレータ４１を加圧する。本実施形態では、例示に過ぎないが、高圧アキュムレータ４１は、ガス充填タイプのものである。最小限の量のオイルが常に高圧アキュムレータ４１内に保持されるように（導管５７及び７１の両方の中に常に所定の最小限のチャージ圧力があるように）、アキュムレータ４１内の油圧が維持される必要がある。一般的な減速サイクルの終わりにおいて、高圧アキュムレータ４１は、最大システム圧力、一般的に約５０００ｐｓｉ（３．４５ＭＰａ）に加圧されるが、更に高圧にすることも可能である。

ブレーキサイクルの減速部分の完了時において、車両運転者がブレーキペダルを解放し、続いてアクセルペダルを踏込み始めたとき、適当な信号が電気−油圧コントローラ５５に通信されて、ポンプ−モータユニット３５にポンプモード（上述）からモータモードへの移行を指令する。モータモードでは、斜板５９は、ユニットがポンプモードにあるときとは反対の角度に配置される（すなわち、斜板５９は、「オーバー−センタ」動作する）。ポンプ−モータユニット３５がモータモードにあるとき、斜板５９は、ポンプ−モータユニット３５を通る流れ（ポートＡからポートＢ）によってポンプ−モータユニット３５がトルクをドライブライン１７に伝達して、ドライブライン１７をその車両が既に結合されているのと同じ前進に対応する方向に駆動するように、配置される。本実施形態では、例示に過ぎないが、モード制御バルブ４５は、加圧流体が常時に導管６５から導管７１へ流れることができるように構成されている（すなわち、ポンプモード）。そして、モードパイロットバルブ４９がそのソレノイドに適当な信号を受けたときだけ、ポペット部材７９の開弁を補助する適当なパイロット信号１１５が生じて、アキュムレータ４１から導管７１、そして、導管６５を介してポンプ−モータユニット３５のポートＡ（モータモードにおける入口ポート）への高圧流体の流れを比較的制限なく許容する。

主に図３を参照するが図２と関連して、制御バルブアセンブリ４３を更に詳細に説明する。本発明の本質的な特徴ではないが、制御バルブアセンブリ４３の全体がカートリッジ−スタイルのバルブからなるように図３に示されており、また、例示に過ぎないが、図３に示され、制御バルブアセンブリ４３を構成するカートリッジは、バルブマニホールド３７のハウジング内に配置されていることがわかる。制御バルブアセンブリ４３の左端部（図３を参照して）は、モード制御バルブ４５を備えており、このモード制御バルブ４５は、図２において（ボールとして）概略的に示されたポペット部材７９を含んでいる。ポペット部材７９には、ステップ−オリフィスバルブ４７が連動しており、これも図２において概略的に示されている。制御バルブアセンブリ４３の右端部には、ソレノイド操作されるモードパイロットバルブ４９が配置されており、これも図２において概略的に示されている。

制御バルブアセンブリは、略円筒状のハウジングすなわちボディ８３を含み、このボディ８３は、その左端部でポート８４によって導管７１に開口して連通しており、導管７１は、次いで高圧アキュムレータ４１（図２参照）のポートに接続されている。ボディ８３は、複数の径方向に延びるポート８５を形成し、このポート８５によってモード制御バルブ４５が導管６５を介してポンプ−モータユニット３５（図２参照）のポートＡに流体接続されている。ボディ８３は、ポペット部材７９が比較的緩い圧縮ばね８８によって、図３に示されるように、その閉弁位置へ向って付勢されるポペットシート８７を成形している。ポペット部材７９は、（ボディ８３及びモードパイロットバルブ４９と協働して）制御キャビティ８９を形成しており、本発明の一つの特徴により、以下に詳細に説明するように、ポペット部材７９は、主に制御キャビティ８９内の流体圧力によって、図３のその閉弁位置へ向って油圧的に付勢されることを理解すべきである。

主に図４を参照して、ステップ−オリフィス制御バルブ４７を更に詳細に説明する。この制御バルブ４７は、外側に符号９３で示されるねじが形成されたバルブボディ９１を備え、これにより、ステップ−オリフィス制御バルブ４７の全体がポペット部材７９内の図３に示される位置にねじ込むことができるようになっている。バルブボディ９１は、ポート８４を介して導管７１に（図４におけるその左端部で）開口して連通する入口９５を形成している。バルブボディ９１の軸方向反対側の端部には、外側にねじが形成された金具９７が配置されており、この金具手９７の機能は、圧縮ばね部材９９のシートとして作用することである。

バルブボディ９１は、軸方向に延びるボア１０１及び径方向に延びる２組のポート１０３、１０５（ポート１０５は、図４において異なる平面上にあり、破線によって示されている）を形成している。図３に最も良く見られるように、ポート１０３及び１０５（図３においては参照符号を付していない）の両方の組は、ボア１０１から制御キャビティ８９へ流体接続させている。ボア１０１内には、ランド１０９を含むバルブスプール１０７が配置されており、このランド１０９は、図４において、周囲の大部分に圧縮ばね部材９９が配置された縮径部１１１の直ぐ左に配置されている。バルブスプール１０７は、複数の径方向穴１１５を介して出口環状溝１１７に開口して連通する中央ボア１１３を形成している。図４に示されるバルブスプール１０７の位置では、中央ボア１１３は、径方向穴１１５及び環状溝１１７を介してポート１０３に流体接続する。中央ボア１１３は、図４におけるその右端へ向って、１つの小さいオリフィス１１９を含む縮径部を有しており、このオリフィス１１９によって、流体が中央ボア１１３からボア１０１のランド１０９の右側へだけ流通することができるが、その理由は以下に説明する。

主に図５を参照して、ボディ８３の右端部内には、モードパイロットバルブ４９が配置され、このモードパイロットバルブ４９は、ボディ８３の右端部にねじ結合される支持部材１２１を有しており、これらの間に環状流体チャンバ１２３を形成している。環状流体チャンバ１２３は、径方向に延びる複数の通路１２５に開口して流体接続しているのに対して、ボディ８３は、傾斜されて環状チャンバ１２３に開口して接続する通路１２７を形成している。傾斜された通路１２７は、（直接的又は間接的に）導管５０（図２参照）に接続し、これにより、本システムの低圧側に接続しており、その理由は、以下に明らかにする。

支持部材１２１の右端内には、周囲に電磁コイル１３１（図５に上半分のみが示される）が配置されたボビン１２９が受入れられ、このコイル１３１は、符号１３３で概略的に示される一対の電気リード線によって適当な電気的入力信号を受ける。以下に参照するコイル１３１への電気的入力信号にも、参照符号「１３３」を付す。ボビン１２９の右端（図５において）は、圧縮ばね１３７のシートとして作用する支持部材１３５（ここでは、破断部分のみが示される）に適当に取付けられている。ばね１３７は、コイル１３１が適当な信号１３３によって励磁（「オン」）されていない状態で、アーマチャ部材１３９を最も左方の位置（図５に示される）へ付勢する。

支持部材１２１の左端（図５において）の中には、軸方向に延びる複数の流体通路１４３を形成するバルブボディ１４１が配置されており、これらの流体通路１４３は、制御キャビティ８２に開口して流体接続している。上述のように、主にポペット部材７９を横切る流体の差圧がポペット部材７９の位置を決定する。流体通路１４３は、前端部（図５において左端部）がポペットシート１４７を形成する環状チャンバ１４５に開口する。ポペットシート１４７から径方向内側にチャンバ１４９が配置されて、これには、バルブボディ１４１の外周に配置された環状チャンバ１５３に開口する径方向に延びる複数の通路１５１が接続している。図５及び図６に見られるように、環状チャンバ１５３は、径方向に延びる流体通路１２５に開口して接続し、これにより、チャンバ１４９は、上述のように、本システムの低圧側に流体接続する。

バルブボディ１４１によって形成された中央ボア内には、通常、ポペットシート１４７に当接する閉弁位置、すなわち、図５及び図６に示される位置へ付勢されるポペット部材１５５が配置されている。ポペット部材１５５内には、ポペットプランジャ１５７が配置されており、このポペットプランジャ１５７は、その右側がアーマチャ部材１３９の嵌め合い開口内に嵌合されることによって固定されて、アーマチャ部材１３９と共に軸方向に移動するようになっている。ポペット部材１５５の前端部（図５及び図６において左端部）は、１つの小さいパイロット流れ開口１５８（図６にのみ参照符号を示す）を形成しており、この開口１５８は、環状チャンバ１４５から、ポペット部材１５５とポペットプランジャ１５７の縮径部との径方向の間に配置された環状チャンバへの流体接続を可能にしている。適当な信号１３３がコイル１３１に伝達されたとき、アーマチャ１３９がばね１３７の力に抗して図５における右側に吸引され、これにより、ポペットプランジャ１５７が、径方向に延びるパイロット通路１５９（好ましくはパイロット流れ開口１５８よりも大きい）を覆わないように移動して、ポペット部材部材１５５の内部からパイロット通路１５９及び前述の通路の外を介して、本システムの低圧側への流体接続を可能にする。パイロット通路１５９を通して前述のパイロット流れが生じると、ポペット部材１５５の背部に「保持」した圧力が低下して低圧となり、これにより、ポペット部材１５５が図５及び図６の右側へ移動して、環状チャンバ１４５からポペットシート１４７を通って、径方向に延びる通路１５１を流出する本システムの低圧側への比較的制限されない流体接続を開く。この流体接続は、ここで述べた制御キャビティ８９の圧力をほぼ本システムの低圧側の圧力へ低下させる。

本発明の制御バルブアセンブリ４３の作動を更に幾分詳細に説明する。油圧ドライブシステム１１が「オフ」のときはいつも、図２に関連して前に説明したように、高圧アキュムレータ４１は、「低圧状態」（例えば約３０００（２．０７ＭＰａ）ｐｓｉの圧力）として示される加圧流体を収容している。同じ流体圧力がアキュムレータ４１と隔離バルブ６１との間の導管５７に存在し、また、アキュムレータ４１とモード制御バルブ４５との間の導管７１にも存在する。オフ又はニュートラル状態では、電磁コイル１３１に接続される信号１３３は、「オフ」であり、コイル１３１は、励磁されておらず、これにより、モードパイロットバルブ４９は、図５（また、図２において概略的に示されるように）の閉弁状態にある。モードパイロットバルブ４９が制御チャンバ８９から本システムの低圧側への接続を阻止することによって、制御キャビティ８９内の圧力は、導管７１内の圧力に略等しく、バルブスプール１０７は、図４に示すように、最も左側の位置に付勢される。ステップ−オリフィス制御バルブ４７がこの位置にある状態では、制御キャビティ８９の圧力は、ほぼ導管７１内の圧力に維持され、その理由は、これら２つの場所は、比較的大きい第１流量オリフィス（径方向穴１１５の合計面積）、同様に、比較的小さい第２流量オリフィス１１９の両方を介して、互いに開口して流体接続されているからである。

図３に最も良く見られるように、導管７１内の流体圧力と制御キャビティ８９内の流体圧量がほぼ等しいため、ポペット部材７９は、ポペットシート８７に押圧されるその閉弁位置に維持され、その理由は、制御キャビティ８９内の流体に対する総面積が導管７１及びポート８４内の流体に対する総面積（すなわち、ポペットシート８７から径方向内側の面積）よりも大きいからである。これは、本発明の重要な特徴の１つである。オフモード又はポンプモードのいずれかにおいて、ステップ−オリフィス制御バルブ４７が確実に制御キャビティ８９内の流体圧力を導管７１内の圧力にほぼ等しくするという事実は、本発明のもう一つの重要な特徴である。

車両運転者がブレーキペダルを踏込み始めると、適当な信号が車両マイクロプロセッサから隔離バルブ６１のソレノイドへ送られて、これを図２の下方へ移動させて、高圧アキュムレータ４１からコントローラ５５への流体接続を開く。その結果、斜板５９が適当な位置へ移動して、ポンプ−モータユニット３５が流体をポートＡから導管６５を介してポンピングし始める。図３に最も良く見られるように、（ブレーキ操作の結果として）ポンプ−モータユニット３５によって発生された圧力は、ポペットシート８７から径方向外側に配置されたポペット部材７９の領域に作用し、この領域は、図３において「７９Ｐ」として示されている。この加圧された圧力は、領域７９Ｐに作用して、ポペットバルブ７９を図３の閉弁位置に保持しようとする有効な圧力バランス（上述）に打勝つ。例示に過ぎないが、本発明の譲受人によって開発中の本システムにおいては、ポート８５の圧力は、約３５ｐｓｉ（０．０２７ＭＰａ）（スプリング８８の力に等しい）となり、導管７１及び制御チャンバ８９内の流体圧力よりも大きく、ポペット部材７９は、離座し、及び、図３における右方へ、開弁位置へ移動する。しかしながら、ポンプモードにおいて、ポペット部材７９は、かろうじて高圧アキュムレータ４１を加圧するのに充分に開くことを理解すべきである。

これにより、ポンプ−モータユニット３５のポートＡからの加圧された加圧流体は、導管６５を通り、そして、ポート８５（ポペット部材７９が着座していない）を通ってポペットシート８７を通過し、そして、ポート８４を通り、導管７１を通って高圧アキュムレータ４１のポートへ流れ、これにより、高圧アキュムレータ４１を加圧する。高圧アキュムレータ４１が加圧される程度は、ブレーキ操作力（すなわち踏込み量）、同様にブレーキ操作の持続時間を考慮した車両運転者によるブレーキ操作及び車両の慣性等の様々な要因に依存する。本発明の譲受人によって開発されている本システムにおいては、例示に過ぎないが、この例では、アキュムレータは、ブレーキ操作中に、前述のように約３０００（２．０７ＭＰａ）ｐｓｉの低圧状態から、約５０００ｐｓｉ（３．４５ＭＰａ）の「高」システム圧力に加圧される。

本発明の更なる重要な特徴によれば、ポペット部材７９は、ここで説明した方法で、ポンプ−モータユニット３５から高圧アキュムレータ４１への加圧流体の流れを許容するが、ブレーキ操作が終了して導管６５内の流体圧力が低下すると直ぐに、ポペットバルブ７９は、制御キャビティ８９内の流体圧力の影響下でパイロット操作「チェックバルブ」として機能し、また、ばね８８の力がポペット部材７９を図３に示されるその閉弁位置へ付勢しようとする。ポペット部材７９は、その後、チェックバルブとして機能して、「逆」流（すなわち、導管７１から導管６５への流れ）を阻止し、これは、モード制御バルブ４５のポンプモードでの作動中、ステップ−オリフィス制御バルブ４７が図４に示される「大きいオリフィス」状態を維持するからであり、すなわち、前述のように、制御キャビティ８９の圧力が導管７１及びポート８４の圧力とほぼ同じに圧力を維持するからである。これにより、ばね８８及びポペット部材７９の不等面積上の油圧バランス力の合力が有効な付勢力を生じてポペット部材７９を閉弁状態に維持する。

減速−加速サイクルの減速（ブレーキング）部分の後、車両運転者がスロットルを踏込んで車両を加速させ始めたとき、車両マイクロプロセッサは、適当な信号を図２に示される制御システム全体の幾つかの部分へ送る。先ず、適当な信号は、電気油圧コントローラ５５へ通信されて、前述のように、ポンプ−モータユニット３５が「オーバ−センタ」駆動される、すなわち、斜板５９が、ユニット３５がポンプモードにあるときの斜板の角度とは反対の傾斜角度に変位される。次いで、適当な信号１３３が電磁コイル１３１へ伝達されて、前述のように、アーマチャ部材１３９がばね３７の力に抗して後退する。モードパイロットバルブ４９は、これにより、制御キャビティ８９からシステムの低圧側への流体接続を開き、制御キャビティ８９内の圧力がほぼシステムの低圧側の圧力に低下する。

制御キャビティ８９内が低圧になると、径方向に延びるポート１０５を介して、ボア１０１内のランド１０９の右側へ低圧が導通される。その結果として、バルブスプール１０７を図４における左方へ付勢するのは圧縮ばね９９のみとなる。同時に、高圧アキュムレータ４１、導管７１、ポート８４、入口９５及び中央ボア１１３に全システム圧力が即座に存在して、バルブスプール１０７を図４における右方へ付勢しようとする。これにより、バルブスプール１０７を右方へ付勢しようとする非常に大きな力が、バルブスプール１０７を図４に示される位置から、ばね９９の力に打勝って、環状溝１１７がポート１０３に連通しなくなるまで、すなわち、「比較的大きな」オリフィスが閉じて、「比較的小さな」オリフィス１１９のみが開くまで、付勢する。換言すると、制御キャビティ８９への唯一の流れは、比較的小さなオリフィス１１９を通り、その後、ポート１０５を通って制御キャビティ８９へ入る流れである。好ましくは、オリフィス１１９の流路面積は、モードパイロットバルブ４９（前述のように、ポペット部材１５５が開いている）を通る有効流路面積よりもかなり小さく、この小さなオリフィス１１９を通した流れによって制御キャビティ８９内の圧力は、ほぼ上昇しない。

制御バルブアセンブリ４３が上述の状態にあるため、導管７１内に収容された高圧は、容易かつ迅速に、制御キャビティ８９内の低圧の力とばね８８の力との和に打勝って、ポペット部材７９を図３に示される常閉位置から右方へ付勢して、導管７１からポート８４を通り、そして、ポート８５を通り、導管６５を介してポンプ−モータユニット３５のポートＡへのほぼ制限されない流体接続を開き、このとき、ポートＡは入口ポートとして働き、ユニット３５はモータとして作動している。上述のように、ポンプモードにおいてはポペット部材７９が僅かに開くが、ユニット３５がモータモードにあるとき、ポペット部材７９は、全開し、一般的には、ポペット部材７９の右端部は、支持部材１２１の隣接表面に当接する。

これにより、本発明の制御バルブアセンブリ４３によって、油圧ドライブシステム１１がモータモードで作動するとき、モード制御バルブ４５は、アキュムレータ４１からポンプ−モータユニット３５へ、制御バルブアセンブリ４３を横切る非常に小さな圧力降下のみを伴なって、迅速に大容量の流体接続を提供する。例示に過ぎないが、開発されている本発明の実施形態において、約５０００ｐｓｉ（３．４５ＭＰａ）に加圧される高圧アキュムレータ４１を用いて、モード制御バルブ４５は、約１０ｐｓｉ（０．００６９ＭＰａ）のモード制御バルブ４５を横切る圧力降下を伴なって、ポンプ−モータユニット３５へ、約１５０ｇ／秒の流量を流通することが測定されている。モータモードでの作動中、本発明のもう一つの重要な特徴は、無駄に消費される「機能しない」油圧エネルギーは、小さなオリフィス１１９の面積によって決定される非常に少ないパイロット流れだけであることである。

本発明のステップ−オリフィス構造の更に一つの非常に重要な特徴は、モードパイロットバルブ４９のポペット部材１５５が閉じられた（信号１３３が「オフ」された）とき、制御キャビティ８９内の流体圧力の上昇が、バルブスプール１０７の図４に示される位置への左方へ戻る移動によって加速されることである。このようなバルブスプール１０７の移動は、比較的強いばね９９の作用下で生じて、中央ボア１１３、環状溝１１７及びポート１０３によって、アキュムレータ４１から制御キャビティ８９へ、比較的制限されない加圧流体の流れを導通する。この制御キャビティ８９への圧力の迅速な導通は、ポペット部材７９をその閉弁位置（図３参照）へ戻し、アキュムレータ４１からユニット３５のポートＡ（入口ポート）への流れを遮断し、これは、ステップ−オリフィス制御バルブ４７がない場合よりも、かなり迅速に行われる。

以上の明細書に本発明が詳細に説明されており、また、この明細書を読んで理解することにより、当業者には、本発明の様々な変更及び修正が明らかになると考える。そのような全ての変更及び修正は、添付の特許請求の範囲内に入る限りは、本発明に含まれるものとする。

本発明の油圧ドライブシステム及びモード制御バルブアセンブリが特に適したタイプの車両ドライブシステム全体の概略図である。 本発明の制御回路及びモード制御バルブアセンブリを含む図１に示される油圧ドライブシステムの概略油圧回路図である。 閉弁位置にあるモードバルブポペットを有する本発明の制御バルブアセンブリ全体の軸方向断面図である。 全体として図３に示されるステップ−オリフィス制御バルブの軸方向拡大断面図である。 常閉位置にある図３に示されるソレノイド作動モードパイロットバルブアセンブリの軸方向拡大断面図である。 図５に示されるモードパイロットバルブアセンブリを破断して更に拡大した軸方向断面図である。

符号の説明

１１ ドライブシステム（油圧システム）、１７ ドライブライン、２７、２９ 左右ドライブアクスル軸（ドライブアクスル）、３５ ポンプ−モータユニット、４１ 高圧アキュムレータ、４３ 制御バルブアセンブリ、４７ ステップ−オリフィスバルブアセンブリ、４９ パイロットバルブアセンブリ、５０ 導管（低圧源）、７９ ポペット部材（メインポペット部材）、８３ ボディ（バルブハウジング）、８４ ポート、８７ ポペットシート、８９ 制御キャビティ、１３３ 電気リード線（電気的入力信号）、Ａ 第１ポート

Claims (7)

1. ドライブアクスル（２７、２９）へ駆動トルクを伝達するように作動するドライブライン（１７）を有する車両に使用するのに適した油圧システム（１１）に使用する制御バルブアセンブリ（４３）であって、
   前記油圧システム（１１）は、
   前記ドライブライン（１７）から駆動トルクを受けるためのポンプモード及び前記ドライブライン（１７）に駆動トルクを伝達するためのモータモードで作動可能なポンプ−モータユニット（３５）と、前記ポンプ−モータユニット（３５）の第１ポート（Ａ）に当該制御バルブアセンブリ（４３）を介して流体接続され、これにより、前記ポンプ−モータユニット（３５）が前記ポンプモードにあるとき、前記第１ポート（Ａ)から加圧流体が供給され、また、前記ポンプ−モータユニット（３５）が前記モータモードにあるとき、加圧流体を前記第１ポート（Ａ）へ供給する高圧アキュムレータ（４１）とを備え、
   当該制御バルブアセンブリ（４３）は、
   ポペットシート（８７）を形成するバルブハウジング（８３）及び前記高圧アキュムレータ（４１）に流体接続するポート（８４）を含み、更に、
   （ａ）制御キャビティ（８９）を形成するメインポペット部材（７９）を備え、前記制御キャビティ（８９）内の流体圧力が前記メインポペット部材（７９）を前記ポペットシート（８７）へ向って付勢し、
   （ｂ）前記ポンプモード又は前記モータモードのいずれかにおいて、前記高圧アキュムレータ（４１）と前記ポンプ−モータユニット（３５）の前記第１ポート（Ａ）との間のほぼ全ての流れは、前記メインポペット部材（７９）及び前記ポペットシート（８７）を通過して流れ、
   （ｃ）開弁及び閉弁状態を有し、電気的入力信号（１３３）に応答して、前記制御キャビティ（８９）から低圧源（５０）への流体接続を制御するように作動するパイロットバルブアセンブリ（４９）を備え、
   （ｄ）前記高圧アキュムレータ（４１）から前記バルブハウジング（８３）によって形成された前記ポート（８４）を介して前記制御キャビティ（８９）への流体接続を制御して、前記制御キャビティ（８９）内の流体圧力が比較的高いとき、比較的大きい第１流量オリフィスを形成し、また、前記制御キャビティ（８９）内の流体圧力が比較的低いとき、比較的小さい第２流量オリフィスを形成して前記パイロットバルブアセンブリ（４９）へ比較的小さい流れを供給するように作動するステップ−オリフィスバルブアセンブリ（４７）を備えていることを特徴とする制御バルブアセンブリ。
2. 前記メインポペット部材（７９）は、前記バルブハウジング（８３）によって形成された前記ポート（８４）の流体圧力が前記制御キャビティ（８９）内の流体圧力とほぼ等しいとき、当該メインポペット部材（７９）が閉弁位置へ付勢されて前記ポペットシート（８７）にシール係合するように、該ポペットシート（８７）に対して形成されていることを特徴とする請求項１に記載の制御バルブアセンブリ。
3. 前記制御キャビティ（８９）内に比較的緩い圧縮ばね（８８）が配置されて、前記制御キャビティ（８９）内の流体圧力を補助して、前記メインポペット部材（７９）を前記ポペットシート（８７）へ向って付勢することを特徴とする請求項２に記載の制御バルブアセンブリ。
4. 前記メインポペット部材（７９）は、前記ポペットシート（８７）から径方向外側に配置されてポンプ−モータユニット（３５）の前記第１ポート（Ａ）に流体接続する外側ポペット領域７９Ｐを設けるように前記ポペットシート（８７）に対して形成され、これにより、前記ポンプモードにおいて、ポンプとして作用する前記ポンプ−モータユニット（３５）によって発生された圧力が、当該メインポペット部材（７９）を開弁位置へ付勢して、前記ポンプ−モータユニット（３５）からの流れを許容して前記高圧アキュムレータ（４１）を加圧することを特徴とする請求項３に記載の制御バルブアセンブリ。
5. 前記ステップ−オリフィスバルブアセンブリ（４７）は、前記ポンプ−モータユニット（３５）が前記ポンプモードにあるとき、前記制御キャビティ（８９）内の流体圧力を前記ポート（８４）内の流体圧力にほぼ等しく維持するように作動し、これにより、前記ポンプ−モータユニット（３５）が前記ポペットシート（８７）から径方向外側に配置された前記外側ポペット領域（７９Ｐ）に加圧流体を供給するように加圧するのを止めたとき、前記メインポペット部材（７９）が前記圧縮ばね（８８）の作用下で迅速にその閉弁位置へ戻って前記ポペットシート（８７）にシール係合することを特徴とする請求項４に記載の制御バルブアセンブリ。
6. 比較的小さい前記第２流量オリフィス（１１９）は、前記モータモードでの作動中、当該第２流量オリフィス（１１９）を通して、開弁状態の前記パイロットバルブアセンブリ（４９）へ比較的少ないパイロット流れがあるように選定されていることを特徴とする請求項１に記載の制御バルブアセンブリ。
7. 前記パイロットバルブアセンブリ（４９）は、開弁状態にあるとき、当該パイロットバルブアセンブリ（４９）を通るパイロット流れが前記ステップ−オリフィスバルブアセンブリ（４７）を通る流れよりもかなり大きくて、前記制御キャビティ（８９）内の流体圧力を実質的に低下させるような寸法とされ、これにより、前記ステップ−オリフィスバルブアセンブリ（４７）を前記高圧アキュムレータ（４１）から前記制御キャビティ（８９）への流体接続のみが比較的小さい前記第２流量オリフィス（１１９）を通るような位置へ移動させることを特徴とする請求項１に記載の制御バルブアセンブリ。
   

Images