JP5483567B2 - リリーフ圧力変更機能付きリリーフバルブ - Google Patents

Description

本発明は、リリーフバルブ、特にエンジン潤滑系の油圧調整に用いられるリリーフ圧力が変更可能なリリーフバルブに関する。

リリーフバルブは、油圧回路の圧力が設定圧以上になると、リリーフバルブの内部に設けられている余剰油の逃し路を開くことによって、油圧回路の圧力上昇を抑制するものである。
この種のリリーフバルブは、例えば、非特許文献１のように、ボディ、弁体、スプリング、リテーナ、プラグ、リテーナとプラグ間にオイルを導入する油路、及びオイル導入をコントロールするコントロールバルブで構成される。
スプリングは弁体とリテーナとの間に圧縮変形状態で装着されており、リテーナとプラグ間にオイルが導入されると、リテーナが弁体の側に移動してスプリングが更に圧縮され、スプリングの付勢力が大きくなる。
したがって、リテーナとプラグ間にオイルが導入されないときには、スプリングの付勢力が小さく、リリーフ圧力が低圧に設定される。リテーナとプラグ間にオイルが導入されるとスプリングの付勢力が大きくなり、リリーフ圧力が高圧に設定される。
すなわち、従来のこの種のリリーフバルブでは、スプリングの圧縮変形量を変更することによって、リリーフ圧力が低圧に設定された低圧設定状態と高圧に設定された高圧設定状態とに切り換えることができるように構成してある。

公開技報２００６−５０５９４６

従来のこの種のリリーフバルブでは、高圧設定状態におけるリリーフ圧力と低圧設定状態におけるリリーフ圧力との圧力差が大きくなるように設定するほど、低圧設定状態における圧縮変形量が少なくて長さが長いスプリングを装着する必要があり、リリーフバルブが弁体移動方向で大型化し易い欠点がある。
また、この種のリリーフバルブにおいて、運転状況に応じたリリーフ圧力の調整について異常が発生することがある。その場合には、リリーフバルブが低圧設定状態あるいは高圧設定状態の一方に固定されたまま他方に変更できなくなることが多い。
非特許文献１のリリーフバルブの場合、オイル中のスラッジ等によりコントロールバルブが詰まると、リテーナとプラグ間にオイルが導入されなくなり、低圧設定状態のまま保持されてしまう。この結果、エンジンが高回転の時にも低圧でオイルがドレインに排出されることとなり、エンジン各部にオイルが十分に供給されず焼付け発生の要因となることがある。
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、高圧設定状態と低圧設定状態とにおけるリリーフ圧力の圧力差が大きくなるように設定しても、弁体移動方向での大型化を抑制することができるリリーフバルブの提供を目的とする。
また、コントロールバルブの故障時においても、エンジンへのオイル供給を可能にするリリーフバルブの提供を目的としている。

本発明に係るリリーフ圧力変更機能付きリリーフバルブの第１特徴構成は、内孔と前記内孔に作動流体を導入可能な導入ポートと前記内孔に導入された作動流体を排出可能な排出ポートとを有するバルブボディと、前記内孔に内嵌されて、前記内孔に導入された作動流体を前記排出ポートを通して排出可能な排出可能位置と、前記内孔に導入された作動流体を前記排出ポートを通して排出不能な排出不能位置とに亘って孔軸芯に沿う方向に移動自在な弁体と、前記弁体が前記排出不能位置に移動するように付勢する付勢部材とを備え、前記弁体は、前記内孔に導入された作動流体の流体圧を前記付勢部材の付勢力に対向する方向から受け止めて、その流体圧で当該弁体を前記付勢力に抗して前記排出可能位置に向けて移動可能な受圧面を備え、前記受圧面の受圧面積を変更可能な受圧面積変更機構を設けてある点にある。

本構成では、内孔に導入された作動流体の流体圧を付勢部材の付勢力に対向する方向から受圧面で受け止める。
受圧面で受け止めた流体圧によって付勢部材の付勢力を越える逆向きの力が受圧面に作用すると、弁体が、作動流体を排出ポートを通して排出不能な排出不能位置から作動流体を排出ポートを通して排出可能な排出可能位置に向けて移動し、油圧回路の圧力上昇が抑制される。
そして、受圧面積変更機構により、受圧面の受圧面積が大きくなるように変更すると、作動流体の流体圧が小さいときでも、その小さい流体圧を大きい受圧面積に作用させて付勢力を越える逆向きの力を発生させることができる。
したがって、作動流体の流体圧が小さいときでも、排出不能位置に位置している弁体を排出可能位置に向けて移動させることができるので、リリーフ圧力が低圧に設定された低圧設定状態に切り換えることができる。
また、受圧面の受圧面積が小さくなるように変更すると、付勢力を越える逆向きの力を発生させるためには作動流体の大きい流体圧が必要となる。したがって、この場合には排出不能位置に位置している弁体を排出可能位置に向けて移動させるために高いリリーフ圧力が必要となる高圧設定状態に切り換えることができる。
したがって、作動流体の流体圧が大きいときに、排出不能位置に位置している弁体を排出可能位置に向けて移動させることができるので、リリーフ圧力が高圧に設定された高圧設定状態に切り換えることができる。

また、本発明に係るリリーフ圧力変更機能付きリリーフバルブの第１特徴構成は、更に前記受圧面積変更機構を構成するに、前記導入ポートとして、前記内孔に作動流体を導入可能な第１導入ポートと、補助バルブの切換操作で前記内孔に作動流体を導入可能な第２導入ポートとを前記バルブボディに各別に設けるとともに、前記受圧面として、前記第１導入ポートを通して前記内孔に導入された作動流体の流体圧を受け止めて、その流体圧で当該弁体を前記付勢力に抗して前記排出可能位置に向けて移動可能な第１受圧面と、前記第２導入ポートを通して前記内孔に導入された作動流体の流体圧を受け止めて、その流体圧で当該弁体を前記付勢力に抗して前記排出可能位置に向けて移動可能な第２受圧面とを前記弁体に各別に設けて構成してある点にある。

本構成であれば、第１導入ポートを通して内孔に導入された作動流体の流体圧が第１受圧面で受け止められ、第２導入ポートを通して内孔に導入された作動流体の流体圧が第２受圧面で受け止められる。
補助バルブの切換操作で作動流体が第２導入ポートを通して導入されないときは、第１受圧面のみが作動流体の流体圧を受け止め、補助バルブの切換操作で作動流体が第２導入ポートを通して導入されたときは、第１受圧面に加えて、第２受圧面でも作動流体の流体圧が受け止められる。
したがって、補助バルブの切換操作で、第１受圧面のみで作動流体の流体圧を受け止める高圧設定状態と、第１受圧面と第２受圧面とで作動流体の流体圧を受け止める低圧設定状態とに切り換えることができる。

例えば、本発明に係るリリーフバルブをエンジンオイルの供給路に用いた場合には、エンジンオイルが低温の時、補助バルブの切換操作で低圧設定状態に切り換えると、リリーフバルブが開き易くなる。リリーフバルブが開き易くなると、エンジン各部のうちオイル供給が必要な箇所にオイルが十分に供給され難くなる。しかし、エンジンの暖機運転を行う場合などには、例えば、ピストンやシリンダを冷却する部位に直ちにオイルを供給する必要がないため、オイルの供給負荷を小さく抑えた状態で暖機運転を効率よく行うことができる。

また、エンジン回転数が低い場合には、エンジンを構成する部材同士の摩擦も少なく、当該箇所にオイルを供給する必要性に乏しい場合がある。よって、エンジンが低回転の場合には、補助バルブの切換操作で低圧設定状態に切り換えることで、所定の箇所のみにオイルを十分に供給し、例えばオイルポンプのフリクションを低減させてエンジンを効率よく運転することができる。

さらに、オイルに混在するスラッジ等の影響により補助バルブが故障し、第２導入ポートを通して作動流体を内孔に導入できないときは、第１受圧面のみで作動流体の流体圧を受け止める高圧設定状態に保持されるので、エンジンにオイルが十分に供給されることとなり、エンジンの焼付け等の不具合を未然に防止できる。

また、本発明に係るリリーフ圧力変更機能付きリリーフバルブの第１特徴構成は、更に前記弁体は、第１大径部と、前記第１大径部よりも小径の小径部と、前記第１大径部よりも小径でかつ前記小径部よりも大径の第２大径部とを記載順に同芯状に設けてあり、前記第１導入ポートを通して導入された作動流体が前記小径部の外周側に流入するように前記弁体が前記内孔に内嵌され、前記第１受圧面として機能する面が、前記第１大径部の前記小径部の側に臨む端面で構成されている点にある。

本構成であれば、第１導入ポートを通して導入された作動流体が小径部の外周側に流入することにより、その流体圧が第１大径部の小径部の側に臨む端面で受け止められて、付勢力とは逆向きの力が作用する。
弁体が付勢力に抗して排出可能位置に移動すると、第１導入ポートを通して導入された作動流体が小径部の外周側を経由して排出ポートから円滑に排出される。
第１受圧面に作用する付勢力とは逆向きの力は、第１大径部の小径部の側に臨む端面の面積と、第２大径部の小径部の側に臨む端面の面積との差の面積分に作用する流体圧によって生じる。
したがって、第１大径部の小径部の側に臨む端面の面積と、第２大径部の小径部の側に臨む端面の面積とを適宜設定することにより、高圧設定状態におけるリリーフ圧力が所望の圧力になるように容易に設定できる。

本発明の第２特徴構成は、前記第２導入ポートが前記内孔に対して孔軸芯と同芯状に開口するように形成され、前記第２受圧面が前記弁体の前記第２導入ポートの側に臨む端面で構成され、前記第１受圧面が前記弁体の外周部に設けられている点にある。

本構成であれば、第２受圧面が弁体の第２導入ポートの側に臨む端面で構成されているので、弁体の端面の全体を第２受圧面として機能させることができ、第２受圧面の受圧面積を大きな受圧面積に設定し易い。
したがって、低圧設定状態におけるリリーフ圧力が小さくなるように設定し易い。

高圧設定状態のリリーフバルブを示す断面図である。 高圧設定状態のリリーフバルブを示す断面図である。 高圧設定状態のリリーフバルブを示す断面図である。 低圧設定状態のリリーフバルブを示す断面図である。 低圧設定状態のリリーフバルブを示す断面図である。 弁体の斜視図である。

以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１〜図５は、本発明によるリリーフ圧力変更機能付きリリーフバルブＡを示す。このリリーフバルブＡは、作動流体としてのエンジンオイル（以下、オイルという）をエンジンの各部に供給する供給流路１の圧力を制御するために装備されている。

図１〜図５に示すように、エンジン作動状態では、オイルポンプＰがオイルパン２に貯留されたオイル３を吸入流路４を通して吸入して、供給流路１を通して各被潤滑部材に向けて吐出する。リリーフバルブＡは、バルブボディ５と、弁体６と、弁体６に付勢力を付与するコイルスプリングなどの付勢部材７とを備え、供給流路１の経路中に配置されている。

バルブボディ５は、弁体６が孔軸芯Ｘに沿う方向に摺動移動自在に内嵌された内周面形状が円筒状の内孔８と、オイルポンプＰから吐出された加圧状態のオイル（以下、加圧オイルという）を内孔８に導入可能な導入ポート９と、内孔８に導入されたオイルを排出可能な排出ポート１０と、弁体６に作用する背圧を抜くための背圧抜き孔１１と、内孔８の開口端部を塞いでいるプラグ１２とを有する。

導入ポート９としては、第１導入ポート９ａと第２導入ポート９ｂとの二つをバルブボディ５に各別に設けてあり、第１導入ポート９ａは供給流路１に常時連通され、第２導入ポート９ｂは補助バルブ１３を介して供給流路１又はドレン流路１４に択一的に連通可能に接続されている。
排出ポート１０と背圧抜き孔１１は吸入流路４に連通されている。

なお、第２導入ポート９ｂは補助バルブ１３を介して供給流路１又は吸入流路４に択一的に連通可能に接続されていてもよい。また、排出ポート１０と背圧抜き孔１１はドレン流路１４に連通されていてもよい。

弁体６は、図６にも示すように、円筒状の外周面形状を備えた第１大径部６ａと、第１大径部６ａよりも小径の円筒状の外周面形状を備えた小径部６ｂと、第１大径部６ａよりも小径でかつ小径部６ｂよりも大径の円筒状の外周面形状を備えた第２大径部６ｃとを記載順に同芯状に設けて構成してある。

弁体６は、第１大径部６ａと第２大径部６ｃの外周面が内孔８の内周面に対して摺動する。
小径部６ｂの外周側が、第１大径部６ａの端面と第２大径部６ｃの端面とで囲まれた周溝１５に形成されている。

内孔８に内嵌された弁体６は、図２，図３，図５に示すように、導入ポート９のうちの第１導入ポート９ａを通して内孔８に導入されたオイルを、周溝１５を経由して、排出ポート１０を通して吸入流路４に排出可能な排出可能位置と、図１，図４に示すように、第１導入ポート９ａを通して内孔８に導入されたオイルを排出ポート１０を通して排出不能な排出不能位置とに亘って孔軸芯Ｘに沿う方向に摺動移動自在である。

したがって、排出可能位置は、第１導入ポート９ａと排出ポート１０とが周溝１５を介して連通可能となる位置であり、排出不能位置は、第１導入ポート９ａと排出ポート１０とが周溝１５を介して連通不能となる位置である。

付勢部材７は、弁体６とプラグ１２との間に圧縮変形状態で装着され、弁体６が排出不能位置に向けて移動するように、当該弁体６を付勢している。

弁体６は、図６にも示すように、導入ポート９を通して内孔８に導入された加圧オイルの圧力（流体圧）を付勢部材７の付勢力に対向する方向から受け止めて、その圧力で当該弁体６を付勢力に抗して排出可能位置に向けて移動可能な受圧面１６を備えている。

リリーフバルブＡは、受圧面１６の受圧面積を変更可能な受圧面積変更機構１７を設けて、リリーフ圧力を低圧設定状態と高圧設定状態との２状態に切換設定できるように構成してある。

受圧面積変更機構１７は、導入ポート９として第１導入ポート９ａと第２導入ポート９ｂとの二つをバルブボディ５に各別に設けるとともに、受圧面１６として第１受圧面１６ａと第２受圧面１６ｂとの二つを弁体６に各別に設けて構成してある。

弁体６は、第１導入ポート９ａを通して導入された加圧オイルが常時小径部６ｂの外周側、つまり、周溝１５に流入するように内孔８に内嵌されている。

第２導入ポート９ｂは、内孔８よりも小径であって、内孔８に対して孔軸芯Ｘと同芯状に開口して連通するように形成され、補助バルブ１３の切換操作で加圧オイルを内孔８に導入可能である。

第１受圧面１６ａとして機能する面を第１大径部６ａの小径部６ｂの側に臨む端面で構成して弁体６の外周部に設けてある。この第１受圧面１６ａは、第１導入ポート９ａを通して周溝１５に流入した加圧オイルの圧力を受け止めて、その圧力で弁体６を付勢部材７の付勢力に抗して排出可能位置に向けて移動可能である。

第２受圧面１６ｂとして機能する面を弁体６の第２導入ポート９ｂの側に臨む端面で構成して、第２導入ポート９ｂを通して内孔８に導入された加圧オイルの圧力を受け止めて、その圧力で弁体６を付勢部材７の付勢力に抗して排出可能位置に向けて移動可能であり、その外周側に沿って段部１８を環状に形成してある。

第１受圧面１６ａには、第１受圧面１６ａの面積と、第２大径部６ｃの小径部６ｂの側に臨む端面１９の面積との差の面積分に作用する加圧オイルの圧力によって、付勢部材７の付勢力とは逆向きの力が作用する。

補助バルブ１３は、第２導入ポート９ｂを供給流路１に連通させる供給ポート２０と、第２導入ポート９ｂをドレン流路１４に連通させるドレンポート２１とを備えたスプール式のソレノイドバルブであり、図示しないエンジンコントロールユニットにより切換操作される。

受圧面積変更機構１７の作動について説明する。
図１，図４は、弁体６が排出不能位置に保持されているリリーフバルブＡの初期状態を示し、第２受圧面１６ｂの外周部が内孔８の奥側に形成してある弁座２２に付勢部材７の付勢力で当接して、周溝１５が第１導入ポート９ａに連通している。

図１は、リリーフバルブＡの初期状態において、補助バルブ１３の切換操作により第２導入ポート９ｂをドレン流路１４に連通させてある状態を示す。
この状態では、加圧オイルが第１導入ポート９ａのみを通して内孔８に導入され、第１受圧面１６ａのみが加圧オイルの圧力を受け止める。
したがって、受圧面１６の受圧面積が小さくなっており、リリーフ圧力が高圧に設定される。

リリーフ圧力が高圧に設定されている状態で加圧オイルの圧力が上昇するに伴って、第１受圧面１６ａで受け止めた加圧オイルの圧力で弁体６が排出可能位置に向けて移動を開始し、図２，図３に示すように第１導入ポート９ａに導入されたオイルが、周溝１５を経由して、排出ポート１０を通して吸入流路４に排出され、供給流路１の圧力が高圧に維持される。

図２は、第１導入ポート９ａに導入されたオイルの排出ポート１０からの排出が開始された状態を示し、図３はリリーフバルブＡが全開された状態を示し、弁体６の図２で示す位置から図３に示す位置までの範囲が排出可能位置である。

図４は、リリーフバルブＡの初期状態において、補助バルブ１３の切換操作により第２導入ポート９ｂを供給流路１に連通させてある状態を示す。
この状態では、加圧オイルが第１導入ポート９ａに加えて第２導入ポート９ｂを通して内孔８に導入され、第１受圧面１６ａと第２受圧面１６ｂとが加圧オイルの圧力を受け止める。
したがって、受圧面１６の受圧面積が大きくなっており、リリーフ圧力が低圧に設定される。

リリーフ圧力が低圧に設定されている状態で加圧オイルの圧力が上昇するに伴って、第１受圧面１６ａと第２受圧面１６ｂとで受け止めた加圧オイルの圧力で弁体６が排出可能位置に向けて移動を開始し、図５に示すように第１導入ポート９ａに導入されたオイルが、周溝１５を経由して、排出ポート１０を通して吸入流路４に排出され、供給流路１の圧力が低圧に維持される。

尚、補助バルブ１３の切換操作により、リリーフ圧力が高圧に設定されている状態から低圧に設定される状態に切り換えても、リリーフ圧力が低圧に設定されている状態から高圧に設定される状態に切り換えてもよい。

〔その他の実施形態〕
本発明によるリリーフバルブは、第２導入ポート９ｂの複数と、各第２導入ポート９ｂ毎の複数の第２受圧面１６ｂとを設けて、リリーフ圧力を３状態以上に切換設定できるように構成してあってもよい。

５ バルブボディ
８ 内孔
６ 弁体
６ａ 第１大径部
６ｂ 小径部
６ｃ 第２大径部
７ 付勢部材
９ 導入ポート
９ａ 第１導入ポート
９ｂ 第２導入ポート
１０ 排出ポート
１３ 補助バルブ
１６ 受圧面
１６ａ 第１受圧面
１６ｂ 第２受圧面
１７ 受圧面積変更機構
Ｘ 孔軸芯

Claims (2)

1. 内孔と前記内孔に作動流体を導入可能な導入ポートと前記内孔に導入された作動流体を排出可能な排出ポートとを有するバルブボディと、
   前記内孔に内嵌されて、前記内孔に導入された作動流体を前記排出ポートを通して排出可能な排出可能位置と、前記内孔に導入された作動流体を前記排出ポートを通して排出不能な排出不能位置とに亘って孔軸芯に沿う方向に移動自在な弁体と、
   前記弁体が前記排出不能位置に移動するように付勢する付勢部材とを備え、
   前記弁体は、前記内孔に導入された作動流体の流体圧を前記付勢部材の付勢力に対向する方向から受け止めて、その流体圧で当該弁体を前記付勢力に抗して前記排出可能位置に向けて移動可能な受圧面を備え、
   前記受圧面の受圧面積を変更可能な受圧面積変更機構を設けてあり、
   前記受圧面積変更機構を構成するに、
   前記導入ポートとして、前記内孔に作動流体を導入可能な第１導入ポートと、補助バルブの切換操作で前記内孔に作動流体を導入可能な第２導入ポートとを前記バルブボディに各別に設けるとともに、
   前記受圧面として、前記第１導入ポートを通して前記内孔に導入された作動流体の流体圧を受け止めて、その流体圧で当該弁体を前記付勢力に抗して前記排出可能位置に向けて移動可能な第１受圧面と、前記第２導入ポートを通して前記内孔に導入された作動流体の流体圧を受け止めて、その流体圧で当該弁体を前記付勢力に抗して前記排出可能位置に向けて移動可能な第２受圧面とを前記弁体に各別に設けて構成してあり、
   前記弁体は、第１大径部と、前記第１大径部よりも小径の小径部と、前記第１大径部よりも小径でかつ前記小径部よりも大径の第２大径部とを記載順に同芯状に設けてあり、
   前記第１導入ポートを通して導入された作動流体が前記小径部の外周側に流入するように前記弁体が前記内孔に内嵌され、
   前記第１受圧面として機能する面が、前記第１大径部の前記小径部の側に臨む端面で構成されているリリーフ圧力変更機能付きリリーフバルブ。
2. 前記第２導入ポートが前記内孔に対して孔軸芯と同芯状に開口するように形成され、
   前記第２受圧面が前記弁体の前記第２導入ポートの側に臨む端面で構成され、
   前記第１受圧面が前記弁体の外周部に設けられている請求項１記載のリリーフ圧力変更機能付きリリーフバルブ。

Images