JP5878403B2 - 可変容量型ポンプ - Google Patents
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Description
まず、構成を説明する。
可変容量型のベーンポンプ1(以下、単に「ポンプ1」という。)は自動車の油圧機器に作動油を供給する油圧供給源として用いられる。具体的には、ポンプ1は、無段変速機、特にベルト式の連続可変トランスミッション(CVT100)の油圧供給源として使用される。ポンプ1は内燃機関(エンジン)のクランクシャフトにより駆動され、作動流体を吸入・吐出する。作動流体として作動油、具体的にはATF(オートマチック・トランスミッション・フルード)を用いる。 図1は、ポンプ1が作動油を供給する機器の一例として、CVT100を示すブロック図である。コントロールバルブ110内には、CVTコントロールユニット130により制御される各種のバルブ111〜123が設けられている。ポンプ1から吐出された作動油は、コントロールバルブ110を介してCVT100の各部(プライマリプーリ101、セカンダリプーリ102、フォワードクラッチ103、リバースブレーキ104、トルクコンバータ105、潤滑・冷却系等106等)に供給される。
電磁弁3は、ポンプ1の容量を可変に制御するための電磁油圧制御弁であり、弁装置としての制御弁4とソレノイド5とを一体に有する。
制御弁4は、弁体を作動させる(変位させる)ことで、第1制御室R1及び第2制御室R2への作動油の流入・流出を制御する。制御弁4は、スプール弁であり、バルブ収容孔400内にx軸方向に変位(ストローク)可能に収容されたスプール41と、バルブ収容孔400内にスプール41のx軸正方向側に圧縮状態で設置され、スプール41をx軸負方向側(ソレノイド5側)に常時付勢する戻しバネとしてのスプリング43とを有している。スプリング43のx軸正方向端は、バルブ収容孔400のx軸正方向側のねじ部401に螺着されたリテーナ42に保持されている。制御弁4の作動(スプール41の変位)は、ポンプ部2の吐出流量に応じてスプール41の両側に作用する油圧(第1,第2油圧)の差により制御されると共に、CVTコントロールユニット130からの指令に基づき、スプリング43の荷重方向と反対方向にソレノイド5からスプール41に作用する推力により制御される。スプール41は、ポート遮断用(ないしポート開度可変用)の第1ランド部410及び第2ランド部411を備えている。第1ランド部410はスプール41のx軸負方向側に設けられ、第2ランド部411はスプール41のx軸正方向側の端部に設けられている。なお、第1ランド部410の外周には円周溝44が設けられ、第2ランド部411の外周には円周溝45が設けられている。バルブ収容孔400の内部は、第1ランド部410とバルブ収容孔400のx軸負方向端部とにより第1圧力室35が画成され、第2ランド部411とバルブ収容孔400のx軸正方向端部とにより第2圧力室36が画成され、第1ランド部410と第2ランド部411によりドレン室37が画成される。スプール41の変位に関わらず、第1圧力室35には上流側ポート310が常に開口し、第2圧力室36には下流側ポート330が常に開口する。ドレン室37は、図外のドレン通路と常時連通し、低圧に保たれている(大気圧に開放されている)。
ソレノイド5は、コイル6とプランジャ7とステータ8とを有する。コイル6は、例えば樹脂製のボビンに電線を多数巻回した筒状の電磁コイルであり、通電により磁力を発生する磁力発生手段である。コイル6は、通電時に磁力線を発生し、磁界を形成することで、ステータ8にプランジャ7を磁気吸引させる。プランジャ7は、軟磁性体の金属材料により形成された可動コアであり、コイル6の内周側にx軸方向に移動(ストローク)可能に支持される。プランジャ7は、コイル6への通電により形成される磁気回路の磁束による推力(x軸正方向への磁気吸引力)を受けて、所定範囲内で軸方向に移動可能に配置されている。プランジャ7の軸心には棒状の部材であるロッド70が圧入等により固定されている。ロッド70は、プランジャ7の軸心に貫通形成された孔に貫通して設置され、プランジャ7の軸方向両端から突出している。ロッド70のx軸正方向端部はスプール41のx軸負方向端部412に当接可能に設けられている。ロッド70は、コイル6に供給される駆動電流に応じてプランジャ7に作用するx軸正方向の磁気吸引力をスプール41に伝達し、スプール41を付勢する。また、ロッド70は、スプール41に作用するスプリング43のx軸負方向の付勢力をプランジャ7に伝達する。
次に、実施例1の作用を説明する。まず、ソレノイド5の作用を説明する。
コイル6、プランジャ7、及びステータ8により磁気回路(磁力線の通路)が構成される。すなわち、コイル6が形成する磁界により、「カバー82−固定コア80(フランジ部800−円柱部801)−メインギャップ及び第1サイドギャップ−プランジャ7−第2サイドギャップ−ヨーク81(円筒部811−フランジ部810)−カバー82」を通路として磁束を導く磁気回路が形成される。固定コア80(プランジャ収容部803)のx軸負方向端は、磁気回路におけるステータ8とプランジャ7との間の磁束の受け渡し部を構成する。カバー82の外周面に設けられた溝90は、磁気回路内の他の部分よりも先に磁気飽和する磁気絞り部9を構成する。磁気絞り部9は、コイル6への通電量が所定値β以上のとき、磁気飽和する。すなわち、溝90は、カバー82における磁気回路を部分的に絞る絞り部(磁気絞り)を構成し、溝90が設けられた部位(絞り部)は、磁気回路内の他の部分よりも早く磁束密度が増大し飽和磁束密度に到達する。磁気絞り部9は、コイル6への通電量が所定値β以上のときに、磁気回路内の他の部分よりも早く磁化が飽和することで、磁気回路を通る磁束を制限する。これにより、実施例1のソレノイド5は、磁束の使用域として、コイル6への通電量が所定値β以上では、通電量の変化に対する磁気吸引力の変化量が比較的小さい磁気飽和領域を使用する。図3と図4はソレノイドの特性図である。図3は、磁界(通電量)と磁束との関係を示し、図4は、電流(通電量)と磁気吸引力との関係を示す。図3に示すように、磁束は、磁界の強さに応じてS字曲線状に変化し、磁界の強さが所定以上の範囲では飽和する。従来のソレノイドでは、図3に示すように、飽和領域を使用せず、磁界の強さが所定以下であり特性が線形に近い領域のみを使用する。よって、図4に破線で示すように、電流(通電量)の増減に対して磁気吸引力が略線形に増減する特性となる。これに対し、実施例1のソレノイド5では、磁気絞り部9(溝90)を設けることで、図3に示すように、飽和領域をも使用する。飽和領域を使用することで、図4に実線で示すように、通電量が所定値β以上(高電流付近)では、通電量(電流)の変化に対する磁気吸引力の変化が小さい特性となる。
スライド部材91は、磁気絞り部9における磁束の上限を調整するための磁気絞り調整機構を構成する。すなわち、磁気絞り部9は磁気飽和時に材料の磁化特性や寸法のばらつき影響を受けやすく、ソレノイド5の各個体間で、材料の磁化特性や寸法がばらつくことによって、コイル6への通電量と、この通電量に応じて発生する磁気吸引力との関係(すなわち図4に示すソレノイド5の特性)がばらつくおそれがある。特性がソレノイド5の個体間でばらつくと、ソレノイド5への制御指令(コイル6への通電量)と制御結果(磁気吸引力)との関係がずれてしまい、ソレノイド5の制御精度を向上できないおそれがある。これに対し、磁気絞り調整機構により、磁気絞り部9で飽和する磁束密度(磁束密度の上限)を各個体で調整可能とすることで、ソレノイド5の特性を所望に調整し、この特性が個体間でばらつくことを抑制できる。また、磁気絞り調整機構を磁気絞り部9に設けることにより効果的に調整することができる。よって、ソレノイド5の制御精度を向上することができる。
まず、ソレノイド5が非作動時の状態について説明する。スプール41には、スプリング43により初期セット荷重がx軸負方向側に付与されている。オリフィス320の前後差圧は吐出流量の略2乗に応じて変化するため、ポンプ作動初期の比較的吐出流量が少ない状態では、オリフィス320の前後差圧はさほど大きくなく、スプリング43の荷重によってスプール41はx軸負方向側に付勢されており、第1ランド部410は第1圧力室35と第1制御通路38とを遮断し、第2ランド部411は第2圧力室36と第2制御通路39とを連通する。これにより、第1制御室R1には吐出圧は供給されず、第2制御室R2に吐出圧が供給されるため、カムリング23は最大偏心状態となってポンプ吐出流量は回転数に応じて増大する(固定容量域)。ポンプ1の吐出流量が増大すると、オリフィス320の上流側と下流側との間の差圧が大きくなり、上流側が下流側よりも高圧となる。このとき、第1圧力室35でスプール41の第1ランド部410にx軸正方向側に作動させる力が作用し、スプリング43の初期セット荷重及び第2圧力室36で第2ランド部411に作用するx軸負方向側の力との合計を上回る力が作用し始める。これによりスプール41がx軸正方向側に移動すると、第1ランド部410は第1圧力室35と第1制御通路38とを連通し、第2ランド部411は第2圧力室36と第2制御通路39とを遮断する。これにより、第1制御室R1にはオリフィス320より上流側の高い吐出圧が供給され、第2制御室R2には吐出圧の供給がされなくなるから、カムリング23の偏心量が小さくなり、ポンプ回転数が上昇してもポンプ吐出流量は増大しない。ポンプ吐出流量が減少しすぎると、オリフィス320の上流側と下流側との差圧が小さくなるから、再度カムリング23が偏心し、適宜吐出流量の増大が図られる(吐出流量制御域)。
ソレノイド5をポンプ1の制御弁4に適用した場合、ソレノイド5への通電量が所定値β以上において通電量の指示値に対して実際の通電量の値がばらついた場合でも、制御弁4により制御されるポンプ1の吐出流量のばらつきを抑制し、これによりエネルギ効率を向上することができる。すなわち、図5に示すように、ソレノイド5への通電量の指示値に対して実際の通電量の値がばらつくと、制御弁4により制御されるポンプ1の吐出流量がばらつく。よって、吐出流量の制御ばらつきを見込んで、(見込まれるばらつき分の最大値を加算した)より多くの流量を吐出するようにポンプ1を余計に駆動する必要がある。これにより、ポンプ1を駆動するためのエネルギが大きくなる。これに対し、実施例1の電磁弁3は、ポンプ1が機器(CVT100)へ供給する作動油の流量(吐出流量)をソレノイド5への通電量の増大に応じて少なく制御すると共に、通電量が所定値β以上のとき、弁体(スプール41)を作動させる磁気吸引力が飽和する飽和領域を使用する。このため、通電量の指示値に対して実際の値がばらついた場合でも、磁気吸引力のばらつき(すなわち弁体の作動ばらつき)が抑制される。よって、図5に示すように、吐出流量のばらつきを抑制することができる。したがって、ポンプ1を余計に駆動することを抑制し、エネルギ効率を向上することができる。
以下、実施例1から把握されるポンプ1の効果を列挙する。
(1)作動油を流量可変に供給する可変容量型のポンプ1であって、通電により磁気吸引力を発生して弁体(スプール41)を作動させ、ポンプ1が供給する作動油の流量(吐出流量)を通電量の増大に応じて少なく制御する電磁弁3を備え、電磁弁3は、通電量が所定値β以上のとき、弁体を作動させる磁気吸引力が飽和する飽和領域を使用する。
よって、通電量の変化に対し吐出流量の変化を小さくすることで、吐出流量のばらつきを抑制することができる。
よって、吐出流量のばらつきを効果的に抑制することができる。
よって、吐出流量のばらつきを効果的に抑制することができる。
よって、吐出流量を少なく制御するときに、吐出流量の制御ばらつきを抑制することで、エネルギ効率を効果的に向上することができる。
よって、磁気絞り部9を設けることで、弁体(スプール41)を作動させる磁気吸引力が飽和する飽和領域を使用することができる。
よって、ソレノイド5の個体間の特性ばらつきを抑制することで、吐出流量の制御精度を向上することができる。
以上、本発明の可変容量型ポンプを実施例に基づいて説明したが、本発明の具体的な構成は実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。例えば、ポンプの作動流体はオイル以外(水や空気等)であってもよい。制御弁の種類はスプール弁に限らず、例えばボール弁を用いてもよい。
2 ポンプ部
3 電磁弁
4 制御弁
5 ソレノイド
6 コイル
7 プランジャ(磁路構成部材)
8 ステータ(磁路構成部材)
80 固定コア
803 プランジャ収容部(磁気抵抗調整部)
82 カバー
9 磁気絞り部
91 スライド部材(磁気絞り調整機構)
100 CVT
130 CVTコントロールユニット
Claims (4)
- 作動流体を流量可変に供給する可変容量型のポンプであって、
通電により磁気吸引力を発生して弁体を作動させ、前記ポンプが供給する作動流体の流量を通電量の増大に応じて少なく制御する電磁弁を備え、
前記電磁弁は、前記ポンプが供給する作動流体の流量を、前記磁気吸引力の増大に応じて略2次関数的に少なく制御し、通電量が所定値以上のとき、前記磁気吸引力が飽和する飽和領域を使用することを特徴とする可変容量型ポンプ。 - 作動流体を流量可変に供給する可変容量型のポンプであって、
通電により磁気吸引力を発生して弁体を作動させ、前記ポンプが供給する作動流体の流量を通電量の増大に応じて少なく制御する電磁弁を備え、
前記電磁弁は、通電量が所定値以上のとき、前記磁気吸引力が飽和する飽和領域を使用することで、前記ポンプが供給する作動流体の流量を、通電量の増大に応じて略1次関数的に少なく制御することを特徴とする可変容量型ポンプ。 - 作動流体を流量可変に供給する可変容量型のポンプであって、
通電により磁気吸引力を発生して弁体を作動させ、前記ポンプが供給する作動流体の流量を通電量の増大に応じて少なく制御する電磁弁を備え、
前記電磁弁は、通電量が所定値以上のとき、前記磁気吸引力が飽和する飽和領域を使用し、
前記ポンプが作動流体を供給する機器は、必要な作動流体の流量が多い状態よりも少ない状態のほうが作動頻度が高いことを特徴とする可変容量型ポンプ。 - 作動流体を流量可変に供給する可変容量型のポンプであって、
通電により磁気吸引力を発生して弁体を作動させ、前記ポンプが供給する作動流体の流量を通電量の増大に応じて少なく制御する電磁弁を備え、
前記電磁弁は、通電量が所定値以上のとき、前記磁気吸引力が飽和する飽和領域を使用し、
前記電磁弁は、通電により前記磁気吸引力を発生するソレノイドを備え、
前記ソレノイドは、通電により磁気回路を構成する磁路構成部材に磁気絞り部を備え、
前記磁気絞り部は、通電量が前記所定値以上のとき、前記磁気回路内の他の部分よりも先に磁気飽和し、
前記ソレノイドに、前記磁気絞り部における通過磁束量を調整するための磁気絞り調整機構を設けたことを特徴とする可変容量型ポンプ。
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