JPH03500080A - パルス油圧弁 - Google Patents

パルス油圧弁

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JPH03500080A JP1505432A JP50543289A JPH03500080A JP H03500080 A JPH03500080 A JP H03500080A JP 1505432 A JP1505432 A JP 1505432A JP 50543289 A JP50543289 A JP 50543289A JP H03500080 A JPH03500080 A JP H03500080A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 パルス油圧弁 本発明の主題は自動車技術における応用にとくに有用である高速動作、電磁作動 超小型弁であ・る。この弁は、可変調駆動パルスを用いて数百Hz 4での周波 数で、現在の電子回路にょ多制御される。それは約200バールまでの圧力範囲 に適当である。流れの横断面面積は0.5平方ミ+)メートルから10平方ミリ メートルである。主な応用は、自動変速機における電子的に制御される圧力調整 である。別の用途領域は、高速切換え動作、繰返えし精度および耐久性に対して とくに高い要求が存在するよう々場合になわち、ディーゼル噴射ノズル、パワー ステアリン −グ、自動横滑シ防止、または電子的恩架調整などである。
間覇の定義および技術状態 乗心地を良くシ、エネルギー消費を減少するために、自動変速機の切換え過程を 電子的に制御するために自動車工業が努力している。これには、変速機の個々の 油圧モジュールの圧力変数を正確に制御する必要がある。圧力変数を制御するた めに要する電子弁は、ブナログ制御弁とパルス変調弁との2つの主力種類に分け ることができる。
電流の強さを変えることによシアナログ制御弁ハセットされる。必要々制御回路 は比較的高価で、複雑である。アナログ制御弁の磁気回路は小さい変位力を加え ることができるだけである。作動力要求の小さい変化でも、弁の定格出方がら力 ・なシずらせること力ゝできる・したがって、それらの弁は最も僅かな公差の変 化も感する。それらは油のスループント、油圧油の粘度および汚れに敏感である 。また、この種の弁はかなシのヒステリシスを示す。ソノよう々弁の製造、およ びそれらの弁の較正、必要な品質管理には費用と手間がかがる。以上列挙した諸 欠点にもかかわらず、現在ではアナログ型弁のみが自動車工業の諸要求に適合で きる。したがって、現在までハフ fログ弁だけが大量生産されていた。
アナログ型弁について詳述した諸欠点のために、とくにアメリカの自動車工業は パルス変調弁を用いることを望んでいる。それらのパルス変調弁は、制御要因を 変えることにょシ希望の圧力変数を制御する。そのために、三方弁装置にょシ、 油圧負荷が圧力油源とほぼ圧力の々い戻シ油流へ連結される。この作用は一定の 周波数であるが、可変デユーティサイクルの電流により通常行われる。結果とし ての圧力パルスと、与えられた高い十分な周波数の事象とにより、負荷部におけ る希望の平均圧が達成される。
このデジタル通程によシ、エネルギ消費と制御可能性の面で従来のアナログ手順 よ多がなシの利点が得られる。
原理的に(d、そのよう々パルス変調制御装置はいつからか知られていた。この 技術の紹介を、たとえば、ヘッセ()Iesse)とメーラー(Moeller )に°よシ1972年に出版された論文中に見出すことができる(パルス・デュ レーション・モジュレーテッド・コントロール・オプ・マグネチンク・バルプス (pulseDuration Modulated Control of  Magnetic Valves):オエルハドロリク・ラント・ニューマテイ ク(Oelbydraulik und Pneumatic) 16、 とく に451ページ)。
パルス変調圧力制御の知られている諸利点にもかかわらず、この技術は大量生産 への入口を今日まで見つけなかった。この理由は、従来は装置の耐久性が不適当 であることに主として認められ、かつ実験的に用いられてきた弁の切換え動作が しばしば遅いことであった。パルスf調動作手順の特殊な要求について以下に詳 しく述べる。
自動変速機における圧力制御用パルス変調弁は30〜100Hzの周波数で採用 されている。この周波数は、1つの状態から次の状態へ適切な遷移速さを得るた −め、および弁と油圧負荷要素の間を適切に切M丁ために要求されることが判明 した。パルス変調制御される自動変速機では2種類の設計が用いられている。
1つの種M j′i、パルス変調弁による変位シリンダのN接起動を含み、他の 種類は、全油圧装置中の三カレベルのパイロット制御と、簡単外三方弁によるシ リンダに対する作用とを含む。直接作用モードにおいては、移動作用中には弁は 脈動的に動作さ・せられるだけである。オンライン制御に対してめられる寿命は 10 サイクルのオーダーでらシ、流れの必要な横断面面積は5〜10m であ る。パイロット制御構成においては、パルス変調弁は駆欺動作中に連続使用され る。動作サイクルの数が極めて大きいから、自動車工業は少くとも10 サイク ルの寿命保証をこの場合にめている。他方、パイロント制御設計モードは約1〜 2Wの流れの横断面面積を要するだけ意図する用途のための切換え事象を適切に 再現するために、ビックアンプ時間と解放時間を2ms以下にする必要があるこ とが決定されている。それらのビックアンプ時間と解放時間は、最大附勢電流が 好ましくは4八以下で、12vの通常の電源電圧によシ達成すべきである。それ に加えて、弁の実際の使用中はあtシ大きく変化してはならない。そのような高 速動作を達成するためには切換動作が問題であシ、とくに、直接オンライン動作 モードでは、横断面流れの要求が比較的太きいから、切換え動作が問題である。
パルス変調圧力制御に固有の一般的々問題は、自動車の用途においては、特殊な 動作を要求されるために、更に複雑になる。それらの用途では弁は一40℃とい う低温においても確実に動作せねばならない。
確実な動作という意味は、その温度において弁が開閉動作を行うことができなけ ればならないことである、と理解すべきである。定格仕様のa持は一20℃まで 要求される。−40℃においては、油圧油は粘っこい、ゼリー状の質量になる。
そうなると、従来の構造の弁のほとんどに対して油圧油はもはや適切な潤滑を行 わない。また、油圧動作油は摩耗性の強磁性磁化可能粒子を含んでおシ、ある構 造においてはそれらの粒子は電磁石の動作間隙に晴着する傾向があシ、シたがっ て磁石の性能を低下させる。
パルス変調三方弁の場合には、2種類の油圧連結法カニ可能である。1つの方法 では、電磁石が非励磁状態にある時に負荷要求が加圧されている油源へ、または ほとんど加圧されてい々い戻り油流へ連結される。用いられる連結法は動作に支 障が生じた場合にめられる弁の位置に依存する。しかし、実際的な条件の下にお いては請求められている連結法は、電磁石の非励磁状態の場合に負荷要素が加圧 されている油圧油源へ連結されるという方法がtRとんど常にそれである。この 連結法では、供給圧力によシ弁のリセット位置が得られる。これによって、通常 水メラれるリセットばねを省くことが可能にされる。
しかし、供給圧力の変動に対する定格8曾のより高い感度を含むことに注目すべ きである。この連結法に対してさえも、定格容量範囲に関して極めて高い精度を 達成するためには、リセットばねを設ける方が良い。
製造の要求に関しては、自動車工業は特殊な要求も有する。適当な弁のコストと 性能の定格は、その弁と同等のアナログ型弁のコストと性能定格に少くとも等し く々ければならないことはもちろんである。
また、既存の自動変速機の限られたスペースの中に弁を組込むことができるよう に、既存の油圧管に適合する非常に小さい寸法パラメータに対する要求がある。
弁の外形寸法は従来の低圧噴射弁の外形寸法に近くなければ力ら力い。更に、先 に詳述した油圧連結法と、一般的な自動N甲油王応用(て見られるような各種の 用途に適合せねばならない。これによシ基本的な連続生産を大量に行うことがで き、かつ生産性が簡単になる。当然の結果として、生産費と品質管理費が低減さ れる。
要約すると、自動変速機のパルス変調圧力制御のために適当な弁は下記の諸要求 に応えねばならない。
0 実質的に耐磨耗動作、寿命は10 サイクル壕で、 ウ ピックアンプ時間と解放時間は2ms以下であることか好ましく、安定かつ 再現可能な性能、ウ ピーク電流が好ましくは4A以下で、12Vの電源電圧に よる直接制御、 ウ 油の汚れに左右されない、 ウ −40℃までの動作範囲、 傘 短時間のドライランニング性能、 つ連続生産モデルがいくつかの用途に適当でなければならない、 ウ 大量連続生産に適当な低価格製品。
上記の用途輪郭は、実験的に用いられてきた従来の弁によシ部分的にのみ適合で きる。それら従来の弁は現在のボールソケット弁およびすベシ弁を通常改造した ものである。ボールソケット弁の構造の特徴が第10図に示され、すべυ弁の構 造の特徴が第11図に示されている。構造の特徴を分析することによ)、圧力が 等しくされない表面のために、または小径のボールの場合には、電機子ストロー クが比較的大きいために、ボールソケット弁は大きい磁気力を要する。すペシ弁 の構造は、完全に等しくされた圧力表面の利点を特徴とするものであるが、前縁 部の必要なカバー範囲のために、少くとも0.4 Mという比較的大きい電機子 特徴も要する。電機子のストロ。
−クが比較的大きいために、ノくルス変調弁に対してめられる寸法に対しては電 磁的な効率が比較的低く、動く部品の運動エネルギーが比較的高い。高い運動エ ネルギーのために磨耗が増大し、電機子のがたつきを制御することが困難になる 。上記の理由から、パルス変調圧力制御のために工業によシ試験されているボー ルソケット型、またはすベシ型の現在用いられている実験的な弁はいぜんとして 適切ではなく、とくに、応力を加えられている条件の下における信頼性と、耐久 性との面では適切ではない。
分析によシ、必要な動作要求を、電機子のストロークが非常に小さく、かつ電機 子の質量が非常に軽い電機子弁によシ満すことができることが判明している。約 0.1〜0.21+lffの好適々大きさのストローク寸法と、僅かに数グラム の電機子質量でのみ請求められている短い浮動時間を達成できる。電磁弁におい て磁力をもつと効率良く使用するために、定常状態特性に適応きせることが望ま しい。これによシ、電機子の動きの開始時に機械的な反力と油圧的な反力の和を 、電機子の動きが終った時の反力よりかなり小さくすべきことが一般に理解され ている。機械的な反力と油圧的な反力をそのように同期させることによシ、電磁 石のパワーの流れに良く適合して、浮動時間がかなシ短くなる。
しかし、電機子が初めて動いた後は励磁電流を減少させる特殊な電子回路が知ら れていることに注目すべきである。この場合には、早期のアンカー遅れが避けら れるように、アンカーが勤いた後は、機械的な反力と油圧的な反力の和を、特殊 な回路にょシ小さくされた最大の力よシ小さくなければならない。
この種の適応は、いくつかのばね系の組合わせによシ、または非常に強いばね特 性にょシ通常達成される。そのような系が以前の出願(P3314899 。
P3408012)において出願人にょ)提案されている。
しかし、機械的な適応手段に依存する系は請求められる機械的精度のために、が なp問題である。機械的々適応特徴を持つ系は、電機子のストロークカニ非常に 小さい弁の大量生産にはあまり適さない。
本発明の目的は、電機子のス)o−りが小さく、上記諸要求に従う適応特性を有 することを特徴とする、超小型の急速動作油圧三方弁を発明することである。こ の弁は0.5〜10mの横断面流れ範囲で作動的に使用で′きる。
本発明の制御弁 先に詳しく述べた諸要求を基にして、横断面の流れ直径が大きいが、電機子の直 径が非常に小さいという利点を有する簡単な弁をわれわれは初めに開発した。こ の弁の設計特徴が第12図に詳しく示されている。
第12図は本発明の弁の機構を示す。この図においては、常に必要な磁気コイル とハウジングとの表現(仕、モデルのデザインをよシ明らかに示すために省いた 。この弁の機械的な部品は中心電機子ガイド6を有する。この電機子ガイドの上 に、001〜0.04mの最大半径方向間隙をもって電機子8が設けられる。
その電機子は軸線方向に動くことができる。電機子8は弁閉止器としても機能す る。電機子の2つの弁座9,10に整合される。上側の弁座は磁極7によp形成 される。下側の弁座10は弁ガイド6のカラーによシ形成される。圧力油は中心 穴を通って下側弁座10へ供給され、上側弁座9を通って弁の圧縮されていない 周囲(たとえば、変速機のハウジング)へ直接戻される。制御される要素は電機 子を完全に囲んでいる油収集ハウジング(図示せず)により形成される。油圧流 体の流れの向きが矢印によシ示されている。オフ位置においては電機子8はリセ ットばね(図示せず)によって弁座10の中に押しこめられる。磁力の下に電機 子8は磁極7に引きつけられる。その磁極は電機子ガイド6へ固着される。この 場合には反作用力がリセットばね(図示せず)から生ずる。油圧間隙力を/」・ さくするために、電機子の両面に、高さ約Q、 l wn 、幅約0.3聾の短 いノツチを設ける。このノツチ付きの構造により、弁座間隙の衣面が小てくされ 、面の領域の残シの部分における流速が低くされる。電機子の1径は約10mの オーダーであシ、電機子ストロークは約0.1〜0.2trrmである。本発明 の基本厘理に従う他の設計が第5図、第6図および第7図に示されている。それ らについては後で更に詳しく説明する。
第12図に示されている主なデザインと、本発明の他の類似の型のことを座付き すベシ弁型と呼ぶ。
この構造の共通の特徴は、各場合に2つの弁座があシ、閉止器の半径方向案内に よシ、圧力の異なる2つの空間が互いに閉切られることである。
第12図に示す構成を用いることによシ、弁の開口部の横断面の0.5〜10閣 の範囲にわたって、とくに第10図または第11図に示されている構造よシも、 かなシの利点が実現される。まず初めに、ボールソケット弁と比較して、圧力が 等しくされた広い閉止器表面のためにかなり小さい作動力がめられることである 。更に、弁座を比較的大きい直径で構成でき、その結果として、電機子ストロー クがボールソケット弁と比較して大幅に小さくなシ、シかも同じ横断面流れ値が 維持される。同じ流れ横断面の場合に、第11図に詳しく示されている種類のす ベシ弁と比較して、上記開口部横断面範囲に対して、ストロークがよシ小さくな る。その1因は、本発明の弁座付きすべυ弁の場合には、前縁部が軸線方向に重 なる必要が々いからである。これとは対照的に、圧力空間を満足にシールするた めには前縁部が重な。
シ合うことが常に必要である。また、丁ベシ弁では、非常な精度で維持せねばな らない前縁部に対して多数の増分寸法を必要とする。あるいは、公差をよシ小さ くするために必要な余分の重なシ合いをさせるために、必要なストロークを更に 増加すべきである。
これとは対照的に、第12図に示す弁座付きすベシ弁は製作が容易である。この 場合に適切に動作させるための唯一の重要な公差値は半径方向の遊びと電機子の ストロークである。それらは製作の観点から容易に取扱われる。加圧空間の満足 なシールが長い電機子ガイドによシ保証される。精密研削による費用のかかる仕 上げ作業の必要なしに、現代の旋盤による精密加工によって本発明の弁で必要な 全ての公差値に適合できる。
従来のボールソケット弁またはすベシ弁と比較して第12図に示す構造にはかな シの利点があるにもかかわらず、第11図の弁座付きすベシ弁にはいぜんとして かなシの欠点がある。これについて以下に詳しく説明する。
第12図の弁の主な欠点は、弁座領域、または電機子のそれぞれの面領域におけ る圧力が等しくないことである。それらの等しくない圧力のためには弁は圧力の 脈動を感する。その圧力の脈動はパルス変調動作過程では常に存在する。面領域 における油圧油の流量が異なることによって等しくない圧力が生じさせられる。
したがって、弁は、完全に対称的々間隙と、供給圧力の半分である脈動のない負 荷圧という理論的に理想的な場合とに対して、圧力が等しくされるだけである。
間隙の幅を狭くするか、面の表面におけるノンチを高くすることによシ、等しく ない圧力を小さくできるだけである。しかし、上側弁座間隙9は、磁力を生ずる 動作間隙の2倍でもあるから、この場所におけるこの構造形状Oどのような変化 も小さく制限される。ノンチ構造が過度に強められたシ、電機が余り薄くされた とすると、必要な磁力を発生することはもはや可能ではない。したがって、実際 的な考察のためには、電機子を約IB以下に薄くすることが可能である。等しく ない圧力表面のために、この種のモデルはしたがって約10バールまでの最高圧 力まで有用に採用できるだけである。
また、油圧流体は動作間隙を通って循環する。その結果として、磁性粒子が動作 間隙9の領域に集まることになる。弁座間隙内の非常に小さいソケット部品が過 大に磨耗されることになり、とくにドライランニング期間中に過大に磨耗される 。更に、電機子を囲む油収集空間は圧力に耐えねばならない。以上述べた諸欠点 にもかかわらず、第12図の構成は、とくに複雑でない製造特徴のために簡単な 用途に良く適する。
第12図の構成の上で詳述した諸欠点は、本発明の別の弁座付きすベシ弁構造に よシはぼ完全に解消される。この種の弁は約200バールまでの高圧にも良く適 する。その弁の略図が第13図に示されティる。第12図の場合におけるように 、常にめられている磁気コイルと弁ハウジングが省かれている。
第13図の弁の%微的な主たる構成部はカラー16である。カラー16は電機子 13の下端部(C設けられ、弁座14.15と協働する。電機子13は小さい半 径方向遊びで電機子ガイド11により支持され、軸線方向に動くことができる。
油圧流体の流れる向きが矢印によシ示されている。弁は油圧流体の圧力によシオ フ位置に保たれる。磁気吸引電機子の場合には、磁極12と電機子の面の間に約 0.1 mの永久的な空隙を設けられるように電機子13の長さが選択される。
その永久的な空隙により弁の動作特性がかなり改善される。残っている空隙は励 磁電流が断たれた後で磁界を急速に減衰させ、その結果として電機子の落下時間 が短くそる。しかし、非常に重要なことは、残っている空隙によシ、空隙に出入 りする油圧油が妨げられずに動けることである。これに=9、空隙内にいぜんと して残っている油によって電機子の動きの減衰がかなり減少する。残っている空 隙は、電機子13と電機子ガイド11の間の電機子支持領域から逃げた少■のあ ふれ油で一杯にされる。あふれた油の流れは、空隙が油圧油によシ常に完全に囲 まれることを保証し、したがってこの領域内の諸条件が常に良く整えられる。こ れは浮動する動きの時間に関連する安定度も向上する。方口圧された油は、電機 子ガイドの中心穴を通って上側弁座14に入れられる。上側弁座の外径は電機子 軸受の直径よ51/10醪程度短くされる。これによシ等しくされない圧力面が 生ずる。その等しくされない′圧力面のために、吸引される電機子の場合には、 リセット力が生ずる結果となる。この弁の油収集空間はカラー16の内側に設け られ゛る。そこから油は環状の通路により電機子ガイド11へ同心状に導かれ、 それから油圧負荷要素へ導かれる。吸引される電機子の場合には、油圧油は弁座 15を通って弁)・ウジング(図示せず)の領域内の加圧されていない外部スペ ースへ放出される。弁座15の内径は電機子軸受の内径よシ約0.2〜0.5■ 短い。直径のこの差のために別の等しく力い圧力面が発生される。それは電機子 をオフ位置に保つために必要な力を発生する。
弁座の領域内の環状接触面(重なり合う領域)の幅は一般に0.2〜0.3■で なければならない。重なシ合う領域のこの寸法では、磨耗を生ずる弁座間隙内の 最大の力は許容値に保たれる。最大の力の一層の制限と、短時間のドライランニ ング性能が電機子カラーの僅かな可撓性により達成される。しかし、この領域に おける可撓性が大きすぎるとすると、電機子のチヤツクが増大する。約Imのカ ラー厚さに対して好ましい折合いがつけられる。
上側の弁座の領域における圧力の等しくない表面の選択は、それによ多発生され るりセット力が励磁状態における電磁力よシ40〜50%だけ小さいようにすべ きである。下側弁座15の領域内の圧力が等しく々い表面の選択は、それにより 発生されるオフ位置における弁の閉止力が電磁石の最大の力の僅かに約20%で あるようにすべきである。このようにして寸法を定めることによシ、定常状態に 対する希望の適応が達成される。その結果として電機子の浮動時間が非常に短く なる。
第13図に示されている本発明の生な構成に従うモデルが第1図、第2図、第3 図、第4図、第8図に示されている。それらのモデルについて以下にもつと明ら かに詳しく説明する。
本発明のパルス変調油圧弁は少くとも下記の共通な構成と重要な動作寸法の組合 わせによシ特徴づけられる。
電機子と閉止器は総質量が僅かに数グラムである単一の中実ユニットであって、 一体部材から製作することが好ましい。
弁ストローク0.5 aよシ大幅に短く、好ましくは0.05〜0.2■である 。
弁閉止器の支持装置は0.05−より小さい半径方向の間隙が含まれるようなも のであシ、弁閉止器は軸線方向へ動くことができ、この支持装置は電機子を案内 すると同時に、圧力が異なる2つの空間を分離する。
弁閉止器は交互に閉じる2つの弁座と協働する。
電機子の座面ば、2つの動く向きにおいて、弁閉止器にょシ排他的に定められる 。
電機子がそれの最終位置に達する前(で、電機子の裏面は主油流によシー面に覆 われる。
弁座部は電機子軸受とほぼ同じ半径であシ、弁座の平均半径は電機子軸受の平均 半径から+/−1哩以上はずれず、弁座の半径のこのずれは0.4 flll+ lをこえないことが好ましい。
下に詳記する特定の寸法により、上記弁は希望の定常状態適応にさせられる。
弁座と電機子軸受との平均半径は、圧力が等しくない表面が生ずるようにして互 いに異なシ、電機子の動きの開始時における、おそらく存在するリセットばねか らの力と、圧力が等しくない表面から生ずる圧力の力との和が電磁石の最大の力 よ550%以上小さく、かつ電機子が接触させられた後では50%以下小さいよ うにして、それらの圧力界面の寸法が選択される。
弁の個々の構成部分は、別々にとると、技術状態(で実際に表すことができる。
本発明の達成はとくに特徴的な構成部分の組合わせに見ることができる。特徴的 な構成部分は、パルス変調応用モードの場合に対して、弁の動作の適合性を最初 に保障するため、、最少限、存在すべきである。諸特徴のこの最少限の組合わせ を拡張することによシ、更にかなシの改良を達成できる。それらの改良について は後で詳しく説明する。
本発明のパルス変調弁の機能的かつ好適な構成を第1図に示す。第13図と対照 的に、この場合には、弁閉止器はドリル穴に収められ、第13図における電機子 は内部支持装置を特徴とするものである。基本的な技術的思想の良い適合性を示 すために、第1図は同じ図に差量して2種類の油圧連結モードを示す。第1図の 右半分は、弁のオフ位置において負荷要素が加圧されている油だめへ連結される 連結モードを示す。これは、電磁三方弁についての状況であって、この場合には 電機子のリセットは油圧供給圧によ9行われるだけである。これにょシ、他の場 合に必要なリセットばねを省くことが可能となる。第1図の左側は、弁のオフ位 置における負荷要素が加圧されていない戻シ油の流れへ連結される連結モードを 示す。流れの向きが矢印で示されている。
弁゛は極めて小さいことを%徴とする。第1図に示されている弁の外径はわずか に約208でおる。図示の拡大率は5対1である。弁の電磁石は磁気コイル11 3により動作させられる。磁気回路は磁柩112と、電機子116と、磁石ハウ ジング114と、ハウジングの側方7ランシユ(flansh) lli とで 構成される。それらの構造要素は軟磁性材料で製作される。
軟磁性材料は磁力線を良く通す。電機子116が座位置にあると、電機子116 と磁極112の間に、好ましくは約0.1 wlの、永久的な空隙118が残る 。・ハウジングの溝128の中に圧入することにょシ磁極112は確実に保持さ れる。空隙からの磁気短絡を避けるために、−・ウジング部124は、現在の熱 処理技術によシ、永久空隙118内でオーステナイト非磁性体に変換されている 。電機子116と弁閉止器125は一体構造ユニットである。この可動要素は通 常2〜5グラムという非常に小さい質量を有する。
電機子ストロークは弁座123と119によシ制限される。上側弁座はハウジン グ111の一部である。下側弁座はフランジングによりハウジング111へ固定 されているシール栓115の上に見られる。弁閉止器125が2つの弁座の間に 設けられる。弁閉止器115は電機子の下端部におけるカラー型の構造である。
弁閉止器125は半径R8とR4で示されているように段つきの構造である。こ の段つき構造により、動作的に重要な弁座幅の正確な維持が達成され、かつ希望 の機能的な適応が行われ、それらの目的は簡単に製作される手段により達成され る。段つき構造で採用される特定の寸法については後で詳しく説明する。
電機子は、好ましくは0.01〜0.04m の半径方向間隙をとってハウジン グの内部に設けられ、軸線方向に移動できる。電機子はほぼ全長にわたってアン ダーカットされているから、ハウジングとの接触は短い軸受111と126の範 囲においてのみ行われる。電機子のこのアンダーカットは粘性摩擦力をかなシ減 少する。これは油の温度が非常に低くても電機子を動けるようにする。−40’ Cまでの動作範囲の変速機用の弁の場合には、アンダーカントの深さは少くとも 0.5Wでなければならない。粘性が比較的低い媒体、たとえばディーゼル油の 場合には、アンダーカットを行わないことがしばしばできる。軸受の直径は通常 は6〜12隣である。適切なアンダーカント深さが与えられると、軸受領域にお ける粘性摩擦力は軸受の全表面の関数のみである。したがって、軸受の接触領域 はできるだけ短く保つべきである。
この場合には、軸受117と126の軸線方向長さはおのおの1wIに固定され た。
弁を通る油の流れは矢印で示されている。加圧されている油源から油が側方入口 120を通じて供給される。そこから油(仕上側弁座119を通って、制御され る圧力領域125に入る。その圧力領域は通路122を介して油圧負荷要素へ連 結される。電機子が励磁状態(オン位置)にあると、制御される圧力領域は下側 弁座123を介して、弁のclぼ加圧されていない内部容積へ連結される。弁の 内部容積から、油は電根子の中心穴を通ってハウジングの側方出口121に入シ 、それから変速機のハウジングの中に直接放出される。
異々る圧力領域が下側電機子軸受126により分離される。摩擦力を減少するた めにその軸受に円周方向の逃し通路が設けられる。それらの逃し通路は半径方力 の妨害力を減少するための現在の手段である。
それらの力は軸受間隙内の圧力分布が等しくないために起る。したがって、逃し 通路は軸受間隙の領域内の局部的圧力を平衡させる。上側軸受場所117の領域 においては、軸受の両側が【ミぼ同じ圧力で、差圧が生じないためにその逃し弁 は不要である。もちろん、ただ1つの逃し通路の代りにいくつかの逃し通路を横 に並べて、半径方向の妨害力を更に少し減少させる。
弁座の弁座間隙の内側では、個々の浮動動き中には複雑な圧力分布が優勢である 。その圧力分布は比較的明らかに記述される5つの主相に分けることができる。
遷移の開始時に、弁閉止器に作用する外力によυ弁座間隙は開がれる。この最初 の段階を出願人は「最初の開放段階」と名づける。この最初の開放段階中は、は ぼ全ての場合に、加圧されている油が流れこむことができるよシも早く弁座間隙 が開くために、その間隙中に真空が生ずる。この真空発生は弁閉止器が0.1〜 10ミクロンだけ最初に上昇している間に一般に起シ、間隙の幅と油の粘性との 関数だけである。この真空発生のために、開放事象の轟初の間に多少不定な最初 の力にもかかわらず、安定な浮動時間を達成することが可能である。しかし、弁 座および電機子座のすぐ周囲に定められた条件が優勢であることが、安定な遷移 事象のための前提条件である。それは、本発明に従って、主油UKよシ常に覆わ れる弁座により実際に電機子座が設けられることによシ得られる状況である。1 0〜30ミクロンよりいくらか大きい最初の上昇の後で、弁座間隙は流れる油に よシ完全に充される。この第2の段階中には、はぼ堆−の動的な流れ力が作用し 、間隙のよシ広い領域において、隣接する低圧領域におけるのとほぼ同じ圧力条 件か存在することを、第1の近似で仮定できる。したがって、この主開放段階中 は、開放力はほぼ一定である。主開放段階は、本発明の弁に対して、最大ストロ ーク範囲の約80%を一般にカバーする。
第3の段階は閉止の開始を特徴づける。最初の閉成段階は最大ストロークの95 %までをカバーする。
この間は、主開放段階中とほぼ同じ条件が優勢である。したがって、主開放段階 に対しては、間隙の境界面に、隣接する低圧領域におけるのとほぼ同じ圧力が存 在すると仮定することもできる。
次の第4の段階中に、閉止事象によシ油が間隙から押し出される。この段階を出 願人は変位段階と名づける。この変位段階中は初めに圧力分布が起る。
最高圧力は間隙のC1ぼ中間である。間隙の幅が約0.2〜0.3mであるここ で説明している弁では、この圧力は最高で約500〜2000バールに達する。
変位段階中は、座と弁閉止器の間の機械的な接触は起らない。
次の第5の段階においては、数m11 後に、座面と弁閉止器の間の機械的接触 が行われて、座間隙によシ分離されている圧力領域の間でほぼ直線的な圧力低下 が起る。この第5の段階を出願人は定着段階と呼びたい。この定着段階に要する 時間は油の粘度と、外部閉止力と、座面の幅との関数だけである。
弁の個々の動作遷移の可変時間シーケンスのために、定着段階を完了するために 適切な時間を常に利用できるものではない。したがって、弁座間隙の開放事象の 開始時における弁座間隙内の力は常に正確に定められるわけではない。
不定な間隙開放力の相対的な大きさは、技術的に制御可能ないくつかの主パラメ ータだけの関数である。それらの主パラメータは、固定されている供給圧力と粘 度を除き、座面幅だけである。したがって、その幅はできるだけ小さく選択すべ きである。座の最小許容幅は、閉止事象中に座間陣中に起る圧力スパイクによシ 定められる。コンピュータのシミュレーションにより、ここで説明している弁の 座の幅は、硬化されていない座の場合に、常に0.2〜0.3−でなければ々ら ないことが確立された。説明している弁のストローク範囲に対して、弁の閉止中 に起る圧力スパイクは数百バールよシ常に低い。連続耐磨耗使用条件の下で、そ れらの圧力を硬化されていない材料で容易に耐えられる。
硬化材料の場合には、座の幅を約0.111118まで狭くすることが可能であ る。そうすると、産額域内の最高圧力は10000バールまで上昇できる。狭く された座偏によυ、定着領域における妨害力が減少させられる。したがって、狭 くされた座幅によシ、時間的によシ安定な浮動挙動を得ることができる。座が研 磨されるとすると、硬化過程によシ座の機械加工性が向上する。もちろん、硬化 工程には費用がかかる。
好適な硬化法は塩浴中の窒化による表面硬化である。
本発明の特徴である定常条件への適応と油圧電機子リセットは、弁座領域内の差 圧表面によシ行わせられる。製作の観点からとくに容易である方法で、電機子軸 受と、上側と下側の弁座と、弁閉止器の下側と上側の部分とに異なる半径を指定 することにより、それらの差圧表面が得られる。油圧閉止力の発達については、 以下に1つの完全な事象に対して、電機子のビックアンプから始って、説明する ことにする。
と、弁閉止器125は供給圧によシ下りU弁座123に押しつけられる。下側座 面の幅は約0.2〜0.3mに選択した。それは、弁閉止器125の下側部分の 外部半径R4と、下側弁座123の内部半径R5との差から得られる。弁座12 3の下側部分の内部半径R5は軸受半径R1と同じように設計した。したがって 、下側座面すなわち定着面の平均半径は軸受半径R1と、好ましくは0.2〜0 .3闘の慶福の半分との和から得られる。下側座面のこのわずかに大きい平均半 径のために、軸受半径R1を参照して、圧力が等しくされない表面が設けられる 。それは正の油圧閉止力を生ずる。
それらの選択した寸法で、電機子のピンクアンプの開始中の可能な最大開放力は 、供給圧と床表面の積の結果である。最も不オリな動作条件の下でも、電機子の 完全な動きを保証するためには、電磁石は電機子のピンクアンプ中はその開放力 を明らかに超えることができなければならない。
電機子が吸引された位置にあると、軸受半径R1と上側弁座119の内部半径R 2の差から、油圧リセット力が等しくない圧力表面によって発生される。
第1図に示す弁の場合には、内側半径R2は下側定着縁部の半径R4よυ約0. 2111111だけ大きいように選択された。上側弁座間隙内の圧力上昇によっ てリセット力が更に大きくされる口 上の説明を基にして、本発明に合致する弁の全体的々設計を迅速、安全、かつ実 際的な用途のために適切表精度で行い、いくつかの簡単にした仮定を許すことが できる。このために下記の規則が適用される。
電機子の動きの開始中の最大の初期力は、自由表面に作用する圧力と、設けるこ とができるリセットばねにより加えられる力との和として生ずる。これは、閉じ られた弁座の領域内に真空が生ずることを仮定している。見込むことができる最 小リセット力が、吸引される電機子の場合には自由表面に作用する力と、おそら く存在するリセットばねにより加えられる力との和め・ら同様にして生ずる。こ の場合にも、閉じられた弁座の領域内に真空が生ずると仮定更に説明する。多く の可能な通路設計について強調する。各種の通路設計は、ユーザーにより与えら れる所定の設備ジオメ)IJへ弁を簡単に適合するための要求でちる。第1図の 左側は、休止位置において加圧゛されていない戻シ油の流れに負荷要素が連結さ れている弁を示す。そのような油圧連結に対しては、本発明の弁はリセットばね を常に必要とするから、加圧油源へ連結される弁座は閉じた位置に留まる。
これとは対照的に、弁の休止位置における負荷要素が帰圧油源へ連結される連結 モードに対しては、リセットばねを省略できる。そうすると、電機子のリセット は、第1図の右側に示す構造について先に説明したように、圧力が等しくされて いない自由表面によって行われる。
第1図の左半分に示す弁の場合には、休止位置にある弁閉止器151はリセット ばね162によって下側弁座152に押1一つけられる。弁閉止器151と電機 子150は1つの一体部材である。加圧油源からの油は、下側シール栓154の 中心穴157を通って弁の内部容積の中へ送られる。そこから、吸引される電機 子の場合には、油は下側弁座169を通って制御される圧力領域167の中に入 る。そこから、油は側方の穴155を通って出て油圧負荷要素に達する。弁の休 止位置においては、油は負荷要素から側方穴155を通って制御される圧力領域 167の中へ戻る。そこから、油は上側弁座152を通って、はとんど加圧され ていない油収集空間168へ戻る。(翻訳者注:おそらく誤シで、186にすべ きである)。収集空間168は、電機子とハウジング153の両方の約0.51 1111の深さのくぼみ部分によ多形成される。電機子をくぼませることによシ 、電機子の質量が少し減少するという利点が得られる。ハウジング153をくぼ ませることによシ、穴156へ連結されている可能な任意の機械加工フラッシュ が、取付は中に軸受の動作面へ直接接触して、おそらくその動作面を損傷するこ とを防ぐという利点が得られる。
弁座152,169は傾斜構造であって、その座角はなの弁座が優れている点は 、閉止器が更に中心に置かれ、弁座間隙内の圧力の力が小さくなることである。
このように圧力の力が小さくなる理由は、弁座の投写面積が傾斜角によシ小さく されることである。したがって、傾斜構造によシ、与えられた許容圧力負荷に対 して、軸線方向へ投写される表面を小さくすることが可能である。これは必要な 作動力を小さくする。それは投写表面によってのみ決定される。また、傾斜構造 によシ座のシール効果が一層高くなる。
傾斜構造の欠点は、直角構造の座と比較して、機械加工が大幅に複雑で、流れ横 断面が小さいことである。流れ横断面が小さいと電機子のストロークを大きくす るがこれは望ましくないことである。したがって、傾斜座構造は、弁のとくに高 いシール要求がちる場合、または非常に高い制御圧に対して必要な作動力を小さ くするためにのみ考慮すべきである。
前記した好ましい慶福0.2〜0.3mは傾斜座構造にも適用される。慶福によ シ、間隙内の流れる方向に平行な間隙幅が常に理解される。
上側弁座152の内部半径は電機子軸受の内部半径と同じである。傾斜座構造が 与えられると、上側弁座152の外部半径は、電機子軸受の半径よシ約0.15 〜0.2M大きくすることが好ましい。それらの寸法に対しては、座の幅は約0 .2〜0.31tlllとなる。上側の座152の投写された表面から、等しく されていない圧力表面が得られる。その圧力表面は、吸引される電機子に対して は、座152の閉止の向きのカを発生する。°この力はばねの力とは逆の向きに 向けられ、供給圧力と投写された表面の積から得られる。リセットばね162に よシ加えられる力は、油圧反力が与えられると、最大磁力よシ冥際に高くできる が、動作の安全という理由から、最大磁力よシ少くとも20%だけ小さくすべき である。さもないと、電機子が座に完全に接触することが、低い供給圧の場合に は保証されない。
下側弁座169の内径は電機子軸受の直径より10分の数即だけ太きい。この結 果として、ばねの力と反対である結果力を生ずる自由圧力渋面が生ずる。
結果としての圧力の力は表面と供給圧力の積から得られる。その結果力(ハリセ ットばねの力の約50%にすべきである。下側弁座の幅も約0.2〜03陥にす べきである。下側弁座の領域に自由圧力表面がらシ、弁座中で圧力が上昇するか ら、電機子ピンクアンプの開始時に、最大磁力のほんの一部の大きさである開放 力を設計することが可能である。それらの手段によυ、定常状態への希望の適合 が達成される。
電機子150の支持場所158と159により圧力空間は分離される。軸受には 逃し通路が設けられる。軸受を通るあふれた油は弁の上側領域を必ず通って内側 弁空間が迅速に空になる。磁極161は磁化できないブラケット160によ多弁 ハウジング153へ連結される。この連結は、便質はんだづけ、レーザ溶接、ま たは圧着のよう々現在の方法にょシ行うことができる。電機子の上側外部部分は 付加穴163にょ多弁の内部空間へ接続される。これは動作間隙の領域内の圧力 上昇を著るしく低下する。低粘度の媒体はこの付加連結亡必要としない。吸引電 機子の場合には、極と電機子の間に残っている動作間隙は約0. I Mにすべ きである。粘度が非常に高い媒体(−40℃における伝動流体)の場合には、Q 2wiでの動作間隙を設ける必要があることがある。
第1図の弁は製作がとくに簡単なことが利点である。動作上で重要な全ての許容 誤差を区別された小さい許容誤差の要求なしに満すことができる。弁閉止器の段 階的に移行する構造が与えられると、定着間隙領域内のめられている寸法に適合 することがとくに簡単である。電機子ス)o−りは弁閉止器の長さと、2つの弁 座の間の距離との差でちる。極と電機子の間の動作間隙の長さは、下側弁座と極 の長さと、電機子と弁閉止器の上縁部の間の長さとの差により定められる。動作 に重要なほぼ全ての寸法を、加工品を一方の側に取付けることだけを要する1つ の作業工程で定めることができる。したがって、比、 較的簡単な機械加工工程 で高精度の表作が可能である。一般に、個々の部品をとくに一致させることを要 することなしに、弁t−直接増付けることがそきる。
熟練した製作者は図面からでもそれらの連結がわかる。特殊化された小さい許容 誤差要求のほぼ全く不必要な賦課は、本発明の弁の別のモデルにも適用される。
したがって、弁の変えられた構造の全ての種類は大量生産にとくに適する。簡単 な製作にこのようにとくに適することについては、後で説明する他のモデルにつ いてはもはや特に述べることはしない。
第2図は自動変速機における圧力制御装置としてとくに適する弁を示す。この弁 は油圧電機子リセットを特徴とするものである。弁の休止位置においては、油圧 負荷は圧力油源へ連結される。弁座値域における半径の寸法は第1図の右半分に 示されているのと同じである。
加圧された油は弁ハウジング217の側方穴226を、通って収集空間227に 入る。そこから、油は上側弁座220を通って制御される圧力空間228に入る 。制御される圧力空間は、弁ハウジング217とシール栓222の間の側方スロ ット231と、通路232.225とを介して油圧負要素へ連結される。これに より、弁のとくに小さい外径に油を通すことが下側弁部分において可能にされる 。軸受218にょシ種々の圧力空間が分離される。軸受218は円周方向の溝を 特徴とする。その溝へは加圧油が濾過器219と穴229を介して供給される。
したがって、あふれた油の流れはほとんど、濾過された油だけである。これは軸 受が研磨性粒子の汚れが阻止される。濾過された油は逃しスロット231を通っ て上側の加圧されていない電機子値域に入る。電機子214とハウジング内の軸 受場所は約0.5〜IIIImだけアンダーカットされて、非常に低い油温度に おいて粘性摩擦力を小さくする。制御される圧力空間228から油は弁の内部空 間の中に入9、そこから側方穴223と224を通って加圧されてい々い外部弁 領域に入る。弁ハウジング211は磁性材料で構成される。その磁性材料は、熱 処理工程を用いて動作間隙領域において非磁性材料へ変換されている。電機子が 動いている間に動作間隙内の圧力上昇を小さくするために、極211に側方逃し 穴213が設けられる。極211は、ねじ連結により弁ハウジング217ののど 部へ連結され、ナンド212により動かないように固定される。ねじ連結にょ多 弁の較正を簡単に行える。そのために、電機子が吸引された位置にある時に、指 定された設定点に達するようにして動作間隙がセントされる。磁気回路は磁性体 製の下側カバー216とコイルハウジング215にょシ閉じられる。
第3図は、累積法を用いてディーゼル噴射弁のパイロット制御にとくに適する弁 を示す。そのような噴射装置はSAEペーパー840273 (電子式ユニット 噴射器の直接デジタル制御)において−例として記述されている。弁の設計圧力 は約150バールで゛ある。
油圧負荷要素は、弁が休止位置にある時は、油の戻シヘ連結される。
この弁は二重の動作間隙を有する帽子形電機310を特徴とする。二重動作間隙 によシ、与えられた全極面(で対して、最大磁気導通横断面を2分の1に減少す ることが可能にされる。その理由は、全極面だけが最大磁力を決定するからであ る。ただ1つの動作間隙を有する磁石と比較して横断面が小さくされているから 、磁性体中のうず電流の発生がかなシ減少し、その結果として動作時間が短くな る。外部磁極が極板315の表面に工υ形成される。その5板は電機子310の 帽子形カラーに向き合って置かれる。
[板315はフランシング(f Ianshing)により磁石ハウジング31 4へ固定される。ピンクアンプ時に、変位させられた流体の体積のために行われ る電機子の下側の圧力上昇が逃し穴321,322,335によシ小さくされる 。
電機子310はねじ連結部336によシ案内スリーブ340へ連結される。案内 スリーブ340によ多弁閉止器325と、軸受317,318のベースが設けら れる。加圧された油は穴328を通って案内スリーブの上(HQ )補強された 部分311に入る。補強が必要な理由は、供給圧からの高い圧力負荷のためであ る。逃しスロットが設けられている軸受317にょシ種々の圧力空間が分離され る。弁が休止位置にある時に、上°側弁座323に対して閉じる弁閉止器325 により加圧油の供給が断たれる。油は上側弁座323がら制御される圧力空間3 41に入る。負荷要素は穴327を通じて制御される圧力空間341に入る。油 は下側弁座324を通って弁の1圧されていない内部に戻る。そこから、油は中 心穴327を通って出る。
弁がオフ位置にある時は、弁閉止器325はリセットばね334によシ上側座3 23に押しつけられる。リセットばね334°は取付板338の上で弁閉止器の 内部に納められる。ばね334の下端部はセントねじ330の内部に納められる 。弁の動的特性が既知のやシ方で較正される。較正の後で、セントねじ330は 、たとえばほぞ穴によシ、それ以上動かないように固定される。閉め栓329が ねじ連結(でょシタハウジング321へ連結される。下側座324を良く中心に 位置させるた゛めに、小さい半径方向の遊びで、閉め栓329のネックが312 の中に納められる。第3図の左半分は、別の押さえねじ331によシ閉め栓33 2が固定される変更例を示す。このモデルは製作が簡単である。
第3図は上側弁座の異なる2つの形を示すものである。傾斜定着構造が右側に示 され、直角構造が左側に示されている。ここで説明している用途では傾斜構造が 好ましい。累積噴射弁のパイロット制御が、加工されている油源へ負荷要素の連 結している間に、非常に少量を流すことを要する。また、弁が休止位置にある場 合に、負荷要素と加圧油源の間を良くシールすることがめられる。これは、弁を 流れるあふれ油の流れをできるだけ少くするためのものである。一方、負荷要素 と油の戻シの間の弁横断面(これは弁のリセット中に開く)をできるだけ大きく して、噴射過程の開始を良く行えるようにする。それらの特徴は、第3図の右半 分に示すように、傾斜座323を直角座324に組合わせることによシ得られる 。
この座構造の欠点は製作が困難なことである。
上側弁座323、または342の内径は、電機子軸受のそれと同じ直径にセント されている。下側弁座324の内径は電機子軸受のそれより10分の数口だけ短 い。この結果として定常状態へ希望通りに適合できることになる。ここで考えて いる用途の場合には、弁閉止器と座を熱処理によシ硬化すると有利である。硬化 された部品では座の幅を約o、 i wに狭くできる。座の幅を狭くしたことに よシ作動力の要求が減少する結果となシ、そのために遷移時間が短くなる。しか し、硬化によりハウジング材料の磁気特性が劣化する。したがって、磁石−・ウ ジング314を別々の部品として、硬化されたハウジング313へ固定すべきで ある。たとえば、ろう付けにより連結を行うことができる。そのような構成が第 3図の左側に示されている。
第3図の構造の特別な利点は、弁の内部空間が圧力負荷の下にないという事実で 見出される。これはこの種のモデルを高圧で使用することを指令する。
上側ハウジングの閉止と電気的接続との表現は第3図においては省かれている。
その理由は、他の電磁弁からこれに対する多くの種類の構造が知られているから である。
第4図は、第13図を参照して先に詳しく説明した動作特徴を持つとくに簡単な 構造を示す。休止位置においては、この弁は負荷要素を圧力油源へ連結する。こ の弁は油圧電機子リセットを特徴とする。
連結栓410の中に弁キャリヤ411がねじとまれる。
極413が弁キャリヤ411に圧入される。両方の組合わせを一緒に機械加工す ることが好ましい。吸引されている電機子412に対しては、電機子412と極 413の間に好ましくは0.05〜01醪の永久的な空隙が残る。加圧油を上側 弁座417へ自由に流れるようにするためのくぼみ部分422を電機子は特徴と する。
加圧された油は穴425,424,423を通じて収集空間に達する。そこから 、油は上側弁座417を通って、ナンド419の上方に設けられている制御され る圧力空間に入る。制御される圧力空間はナンド419と穴428を介して負荷 要素へ連結される。油は下側弁座418を通って戻シ、そこから下側ハウジング 部420の穴421を通ってハウジングの外部へ出る。下側ハウジング部420 は軟磁性材料で製作され、フシンジング(flanshing)によシ連結椅4 10へ固定される。
磁束が電機子412と下側ハウジング部4200間の側方空隙を通る。極413 への磁気回路は、下側ハウジング部420ヘフランジングによシ固定されている 探しぼシ磁石ハウジング416によシ閉じられる。下側ハウジング420のアン ダーカント部によシコイル保持器415が中心に位置させられる。磁極413に おいて、コイル保持器420の上側部分を更に中心に位置させることができる。
弁を変速機に組込む間にシールガスケント426が損傷を受けないようにするた めに、連結栓410は段付きの構造である。しかし、この連結栓の構造により、 軸線方向の別の力が組込まれている弁に作用する結果となることを述べなければ なら力い。弁は取付は穴の中にクランプ連結により固定される。クランプは連結 栓410内の上側くぼみ部へ取付けられる。
電機のストロークは一般に01〜02陥である。電機子の直径は典型的には約1 0脳、電機子の壁厚は約1鰭である。座の幅はなるべ(Q2m+nにすべきであ る。上側弁座417の外部半径はN様子軸受のそれよ910分の数聾短い。下側 座418の外径は電機子軸受の外径と同じにして、最初の力を小さくすべきであ る。
この弁は構造がとくに簡単で、製作が容易である。
たわみカラー型電機子のために弁は(ミぼ完全に耐磨耗性である。弁の内部空間 は戻り油のほとんど無視できる圧力のみにさらされるために、軽い構造にできる 。非常に短い浮動時間を達成できる。典型的なピンクアンプ時間とドロップオフ 時間が1〜2msであって、特殊な電子回路により更に短くできる。下側連結栓 について示されている油圧連通モードは好適な例と考えるだけにすべきである。
用途側とは逆の要求に対しては、加圧油は側方からも供給でき、制御される負荷 要素を下端に位置させることができる。しかし、そのようなモデルは交差供給通 路を要する。これは製作が僅かに面倒Sでなることを意味する。
第5図は、電機子の多面に制御縁部が設けられる簡単な弁を示す。弁が休止位置 にある時は、油圧負荷要素は油戻りへ連結される。生な動作パラメータに゛つい ては第12図を参照して詳しく説明した。
電機子530が小さな半径方向遊びで弁キャリヤ510の上に納められる。加圧 された油が中心通路514と側方通路515を介して下側弁座516へ案内され る。制御される圧力空間517はコイルキャリヤ522により限られる。油は、 制御される圧力空間517から穴513を通って負荷要素へ進む。油は、極52 6の上に設けられている上側弁座519へ戻る。そこから、はとんど加圧されて いない油が通路528゜510へねじこまれる。磁気は磁石ハウジング523と 案内板521を通って戻る。案内板はコイルキャリヤによシ囲まれる。コイルキ ャリヤ522は熱可塑性材料で製作することが好ましい。射出成型中に熱可塑性 材料を正しく供給できるようにするために、案内板522に穴532が設けられ る。案内板に沿って洩れ通路が生ずるどのような可能性も排除するために、案内 板は圧力側はプラスチック材料で完全に囲まれる。また、案内板はコイルキャリ ヤを機械的((補強する。コイルキャリヤ522と磁石ハウジング523はナツ ト527によシタキャリヤ510の上に固定される。
極526と電機子530の間の動作賀隙は、電機子が吸引されると、完全にふさ がれる。したがって、この場所には動作間隙は残らない。リセット時間をなお十 分に短くするために、電機子530と案内板521の間の側方空隙が比較的大き くされている。そうすることによシ、案内板521を正確に中心に位置させる、 要求も大幅に小さくされた。極に向き合う電機子表面に、高さが0.1〜0゜2 Wである短いマフ520が設けられている。このマフは電機子の面領域における 動的々流れの力をかな9小さくする。また、マフによυ、定められた座面が設け られる。下側座519の内径は電機子の内径と同じである。上側座519の内径 は、希望の定常状態適応を行うために、電機子軸受の内径よ、910分の数關だ け短い。弁の動的な挙動は、一層内側位置にある上側座によシかなシ改善される 。
あるいは、第6図に示すように、弁の内部にばねを設けることができる。この場 合には、極612の中にリセットばね614が設けられる。罹612と磁石ハウ ジング611はナンド615によシタキャリヤ610に固定される。この種の構 造によシ、第5図の弁と比較して、全直径を短くできる。また、極を固定するた めの別々のねじ部を省くことができる。
第7図は前縁部制御を行う別の弁を示す。第6図の弁と比較して、この弁は、休 止位置にある時に負荷要素が圧力油源へ連結される、異なる油圧連結モードを特 徴とするものである。第7図の右半分は油圧電機子リセット付き弁を示す。一般 に、ばねのリセットにより油圧リセットより安定な動的挙動が行われる結果とな ると述べることができる。その理由は、油圧リセットのために、リセット力が供 給圧に直接依存するからである。対照的に、本発明の弁は供給圧の変動に敏感で ある。
弁の磁気回路は極721と、上側案内部材711と、磁石ハウジング713と、 下側案内部材712とで構成される。下側案内部材712はコイルキャリヤ11 4によシ囲まれる。コイルキャリヤ714は、上側案内部材711によシ、弁キ ャリヤ510の上に固定される。
上側案内部材は軟磁性材料で構成され、弁キャリヤ710にねじ合わされる。極 708が弁キャリヤ710に固定され、両者は単一のユニットとして機械加工さ れる。電機子121は内部に設けられているはね123によってリセットされる 。図の左側では、電機子は供給圧によってリセットされる。
油は中心通路720と、側方通路727と、下側弁座725とを通って供給され る。そこから、油は、コイルボデー714の内部に設けられている制御される圧 力空間へ送られる。制御される圧力空間は通路719によって負荷要素へ連結さ れる。組込みポートがシールガスケット716と717によりシールされる。ガ スケット716はコイルキャリヤ714の上に設けられる。この構造によシ、弁 キャリヤ710とコイルボデー714の間の特殊なシール装置を省くことができ る。
油は上側座724または726を通って戻る。そこから、油は通路718,71 9を通って弁の外部領域へ出る。電機子721または1220表面には高さが0 1〜0.2膳Oマフが設けられる。座の幅は約02〜03襲である。
ばねでリセットされる弁の場合には、下側座725の内径は電機子軸受のそれと 同じである。適応は、電機子軸受を参照して、よシ短い内径の上側座724によ シ行われる。
油圧でリセットされる弁の場合には、下側座730の内径は電機子軸受のそれよ り10分の数哩大きい。
これは、吸引される電機子の状況に対して、リセット力を発生する。上側座72 6の内径は電機子軸受のそれと同じ、または僅かに太きい。
第5図、第6図、第7図に示す弁は先に示した弁と比較していくつかのかなりの 欠点を示す。まず初めに、電機子を囲む空間を耐圧型で製作せねば力らない。更 に、極と電機子の間の座は可変制御圧を受ける。電機子の全面における部分ダイ ナミック力とともに加えられる可変制御圧のために、定常状態に対する適応だけ を行うことができて、油圧的に硬い装置の場合に完成させる。油圧的シて硬い装 置というのは、与えられた開閉事象中に供給圧と戻り油圧の間で負荷圧が変更す ることによシ特徴づけられる。
一方、油圧的に軟かい場合(・ては、弁において平均圧がそれ自体で設定される 。動作中はその平均圧はミとんど不変である。また、動作圧力カニないから、低 い油温度で非常に高いインピーダンス力が有効になる。したがって、それらのモ デルは簡単な用途のためだけ考えるべきである。しかし、その温度は製作コスト が低いことである。
第8図は、ディーゼル噴射ノズルのバイロンド制御に適する別の弁を示す。設計 圧は約100バールである。弁が休止位置にある時は、油圧負荷は圧力油源へ連 結される。第3図に示す弁よシ侵れている点は、電機子と閉止器が単一のユニッ トであることである。したがってこの弁は製作が容易である。
磁気回路は電機子816と、磁石ハウジング826と、ハウジングボデー827 と、案内部材828とで構成される。それらの部品の全ては軟磁性材料で構成さ れる。弁が休止位置にある時は、電機子816はばね824によシ下側弁座83 0に押しつけられる。上側ばねはビン818により納められる。ビン818は穫 817に圧入される。圧入されたビン818を調節することによシばねの張力が セントされる。これによシ、弁のダイナミック特性を較正できる。磁石ハウジン グ826がフランシングによりハウジングボデー827へ固定される。磁石ハウ ジング826とハウジングボデー821の間にスペーサー825が挿入される。
スペーサ825は、電機子826と極817の間の永久空隙の長さを定めるため に用いられる。永久空隙は約0,05〜0,1醪 が好ましい。コイル819が 、ガスケント821 、822によシ、弁の内部空間に対してシールされる。電 機子816と案内片828の間に、好ましくは0.2〜0.3Mの幅の側方空隙 が設けられる。
加圧油が穴832を通って供給される。そこから、油は、電機子816の一部で ある案内管811の側方に沿って下側弁座830へ進む。側方空間は、下側軸受 812によシタの内部容積に対してシールされる。軸受812は逃しスロットを 特命とする。油を下側軸受830まで通させるスロットが上側軸受813に設け らの幾何学的々形によシ軸受を改造することもできる。
たとえば、軸受を少し研削できる。下側弁座から、油は制御される圧力空間81 5へ進む。そこから、油は通路831により負荷要素へ導かれる。制御される圧 力空間は弁キャリヤ810と案内片828により構成される。案内片828はハ ウジングボデー827によシタキャリヤ810に押しつけられる。案内片828 は弁キャリヤ810のくぼんだ部分の中心に半径方向の小さな遊びをとって、位 置させられる。)・ウジングボデー821は弁キャリヤ810へねじ合わされる 。戻シ油は上側弁座829を通って制御される圧力空間を出て、電機子816と 案内片8250間の側方空間に入る。そこから、戻シ油は電機子の側方出口を通 って案内管811の中に入れられる。そこから、油は座通路836を通って弁か ら出る。弁閉止器814にナツトが設けられる。ナツトは閉止器814のたわみ 性を向上させる。
その結果、弁座の領域におけるピーク負荷は減少させられる。こうすることによ シ、座の幅を狭くすること、したがって作動力の要求を減少することが可能とさ れる。弁は機能ボートにねじこまれる。弁の供給通路は、ガスケツ) 833, 834.835 Kよシ、ホードの中で互いにシールされる。
下側弁座830の内径は電機子軸受のそれと同じである。電機子の動きが終るに つれてリセット力を太きくするために、上側弁座829の直径は蝋磯子の軸受よ シ一般に少し小さい。あるいは、傾斜座構造も可能である。上側座829が傾斜 座構造の場合1・では、案内片828を中心に置く操作は閉止器829において 直接行うべきであり、弁の組立中Cて設定すべきである。そうすると、案内片8 28を中心に位置させるくぼみ弁キャリヤ810をなくすことができる。
第9図は、ディーゼル噴射ノズルのパイロット制御に好ましく適する別の弁を示 す。設計圧は約100バールである。弁が休止位置にある時は油圧負荷が圧力油 源へ連結される。この弁は、円錐形の磁束ガイドを有する新規な磁石回路を特徴 とするものであって、これによりとくに小型にできる。第9図の左側と右側は異 なる設計思想を示すものである。第9図の左半分では、上側座5128t’i傾 斜構造の上側座928を示す。また、磁石ハウジング9141まワンピース構造 である。右側の設計は2つの構造片の複合として磁石ハウジングを示す。これに よシ、安価な薄肉管からハウジング殻913を製造できる。右側に示す弁の磁気 回路は電機子926と、案内キャリヤ935と、ハウジング殻913と、ハウジ ングキャリヤ911ト、極910とで構成される。案内片932と、案内キャリ ヤ935と、ハウジング殻913と、ハウジングキャリヤ911と、極910と は一緒に結合される。唖910と電機子9260間(C磁石の直角動作間隙が設 けられる。極910に磁化できないスペーサ賃925がはめられる。そのスペー サ管は極の上方へ約0.1 I+’延びる。この構造によp1電機子が吸引され た時に永久空隙が生ずる。この空隙は、励磁電流t−断った後で磁界を急速に減 衰させるために望ましい。特殊な構造は、案内片932と電機子926の間に設 けられた空隙が円錐形をしていることである。この円錐形構造を用いると、従来 の構造の磁気回路で可能であったものよりも案内片932の外径をかなシ小さく できる。従来の構造では、側方空隙は管状であるから、電機子926と案内片9 32との横断面は軸線方向でほぼ一定1て保たれる。円錐形構造によ)最大磁気 力が従来の構造の磁気回路で可能であったものより少し小さくなる。従来の構造 では側方空隙は管状であるから、電機子926および案内片932の横断面は軸 線方向に1・旦ぼ一定に保た九る。円錐形構造により最大磁気力が従来の構造の それより少し小さくなる。その理由は、側方空隙内では、磁気吸引の向きに作用 する軸線方向の力とは逆向きに作用する力が側方空隙内で発生されることによる 。しかし、その反力は小さい円錐形に対しては非常に小さいから、最大の力が小 さくなるという欠点、より小型の構造が得られるという利点によシ埋合わされる 。円錐角は30度より大きくてはならず、約20度が好ましい。側方間隙の表面 は極の表面の寸法の数倍に丁べきである。
休止位置においては、弁の電機子926はリセットばね922により上側弁座9 29へ押しつけられる。リセットハね922はばね支え912に納められる。ば ね支え912はくぼみ部によシー・ウジングキャリャ911の内の中心に位置さ −せられる・。電機子926は小さな半径方向遊びをもって弁キャリヤ915の 上に配置される。逃しスロット939により作動力は小さくされる。弁キャリヤ 915は非磁性体で構成され、チューブから製作することが好ましい。
油は弁キャリヤ915の中心穴924を通って供給される。圧入されたビン93 1により中心穴924の頂部はふさが、れる。そこから、油は側方通路930を 通って上側弁座929に達する。弁が休止位置にある時は上側弁座929は閉じ られる。電機子が吸引されると、油は上側弁座929を通って制御される圧力空 間940へ達する。その制御される圧力空間から、油は弁キャリヤ925の軸線 方向溝と通路938を通って負荷要。
素へ達する。戻り油は同じ経路を通って制御される圧力空間へ戻り、そこから、 下側弁座927を通って、コイルボデー933によシ囲まれている弁の内部容積 に入る。そこから、いまは加圧されてい力い油(d穴923を通って導かれる。
コイルボデー933は、ガスケント921と936によシ、外部からシールされ る。
弁はねじ連結によシ勲作ポート内に固定される。ねじは磁石ハウジングの外部に 設けられる。油の通路はガスケン) 917,918,920によシ個々にシー ルされる。弁キャリヤ915は磁罹910へねじこまれ、ガスケント916によ りシールされる。弁キャリヤ915を調節することによシミ様子ストロークがセ ットされる。次に、弁キャリヤはそれ以上動かないようにねじ部において固定さ れる。この固定は点溶接が好ましい。
上側座929、または928の外径は電機子軸受のそれと同じである。下側座9 27の内径は電機子軸受のそれよシ好ましくは少し小さくして、磁化された電機 子のりセントを増大させる。座の幅は0.2 mが好ましい。
結論として、上記の例は適当で好適なモデルとしてのみ理解することに注目すべ きである。たとえば、弁を他の圧力範囲に適用することは完全に可能である。こ の場合には、少し異なる寸法をしばしば必要とする。更に、上記の弁の個々の特 性を互いに組合わせて、多少変った構成とすることも全く可能である。たとえば 、弁を異なる油圧連結モードと異なる組込み条件に適応するケースも非常にある 。このためには下側弁部分に交差通路を必要、とすることがある。更に、プラグ イン式に取付けるように構成した弁を用途に応じてねじ式取付けにももちろんで き、または高い供給圧力のためにそうする必要がちればねじ式取付けもできる。
また、弁の部品を個々に連結するための提案され北方法はとくに適切な例として のみ解すべきである。7ランタングの代りにたとえばねじ取付けまたは圧入を用 いることができる。
この説明を基にして当業者は個々の弁を各種の用途に容易に適合できる。また、 自動車の油圧応用における提案した用途も例にすぎない。とくに、本発明のパル ス変調弁は油圧の全体的な分用に用途がある。
パルス変調動作手法によシ油、圧部品が減少することがしばしばあり、油圧負荷 要素の制御を改善する。
しかし、それらのケースにおける有゛用な応用面積は約10陣 までの流れ横断 面に限られる。
特表千3−500080 (16) f 、、、=、、。
Fig、6 ↑ Fig、12 Fig、i3 手続補正書(方〈2 3、補正をする者 事件との関係 看骨 出願人 名称(氏名)メご2し、仏し7、ルト b、補正の対象 I際調査報告 1+−11時〜1^−−一番 2口: 三PI 二こ4ミ「]国際調査報告 EPε9り04s8 SA 2ε574

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.電機子を備えた磁気回路と、磁気コイルの内側にある磁極とを有し、弁行程 が明らかに0.5mm未満てあり且つ2つの交互に閉鎖する弁座と共働する升閉 鎖体をさらに有し、電機子は、升閉鎖体と共に、総質量が数グラムにしかならた い単一の固定結合構造ユニットを形成するようなパルス変調油圧弁において、下 記の特徴の組合せを特徴とするパルス変調油圧弁; 電機子は0.0mm未満のわずかな半径方向クリアランスをもつて、軸方向に摺 動自在に支承され;電機子軸受部は、同時に、圧力の異なる2つの空間を分離す る働きもし; 電機子の移動は、双方の移動方向へ、2つの弁座によつてのみ制限され; 弁閉鎖体はカラー形に構成され; 電機子と磁極との間には、引付け状態て、0.05mm、好ましくは0.1から 0.2mmの残留間隙が残され;その残留間隙は、ほとんど無視できるほどの分 岐油流れにのみさらされ; 弁座は電機子軸受部とほぼ等しい半径を有し、弁座の平均半径と、電機子軸受部 の半径とは、それぞれ、互いに±1mm以上は離れて6らず、弁座の半径の偏差 は、好ましくは、±0.4mmを越えない。(第1図,第2図,第4図,第8図 ,第9図及び第13図)2.電機子を備えた磁気回路と、磁気コイルの内側にあ る磁極とを有し、弁行程が明らかに0.5mm未満てあり且つ2つの交互に閉鎖 する弁座と共働する弁閉鎖体をさらに有し、電機子は、弁閉鎖体と共に、総質量 が数グラムにしかならない単一の固定結合構造ユニットを形成するようなパルス 変調油圧弁において、下記の特徴の組合せを特徴とするパルス変調油圧弁; 電機子は管形に構成され且つ0.05mm未満のわずか左半径方向クリアランス をもつて軸方向に摺動自在に支承され; 電機子軸受部は、同時に、圧力の異なる2つの空間を分離する働きもし; 電機子の移動は、双方の移動方向へ、2つの弁座によつてのみ制限され; 弁閉鎖体は管形の電機子により直接形成され、電機子は弁座の間に直接配置され ; 弁座は電機子軸受部とほぼ等しい半径を有し、弁座の平均半径と、電機子軸受部 の半径とは、それぞれ、互いに±1mm以上は離れておらず、弁座の半径の偏差 は好ましくは±0.3mmを越えず;弁座及び電機子軸受部の平均半径は、不均 等圧力面が生じないように、互いに異なつており、そのよう左圧力面の大きさは 、不均等圧力面によつて発生する圧力の力が、電機子の引付け開始時に、電機子 の引付け終了時の圧力の力より小さくなるように選択されている。 3.弁座及び電機子軸受部の平均半径は、不均等圧力面が生じ左いように互いに 異なつており、そのような圧力面の大きさは、必要に応じて設けられている戻し ばねの力と、不均等圧力面によつて発生する圧力の力とを合わせた力が、電機子 の引付け開始時に、電磁石の最大力の50%よりもさらに小さくなり且つ電機子 の引付け後には電磁石の力の50%未満となるように選択されていることを特徴 とする請求の範囲第1項記載のパルス変調油圧弁。 4.カラーは磁気コイルの外側に配置されている(第1図,第2図,第3図,第 4図,第8図及び第13図)ことを特徴とする請求の範囲第1項記載のパルス変 調油圧弁。 5.カラーは磁気コイルの内側に配置されている(第9図)ことを特徴とする請 求の範囲第1項記載のパルス変調油圧弁。 6.電機子は内側軸受部を有し、カラー形の弁閉鎖体は、電機子軸受部の内径よ り1mmまでの程度小さい内径を有する(第4図及び第9図)ことを特徴とする 請求の範囲第1項記載のパルス変調油圧弁。 7.電機子は外側軸受部を有し、カラー形の弁閉鎖体は、電機子軸受部の外径よ り1mmまでの程度大きい外径を有することを特徴とする請求の範囲第1項記載 のパルス変調油圧弁。 8.カラー形の弁閉鎖体の半径に段階付けがなされていることを特徴とする請求 の範囲第1項記載のパルス変調油圧弁。 9.カラー形の弁閉鎖体は、電機子の、磁極に対向する端面に配置されており、 電機子の軸受部は磁極と弁閉鎖体との間に配置されていることを特徴とする請求 の範囲第1項記載のパルス変調油圧弁。 10.電機子の軸受部は、電機子の、磁極に対向する端面のすぐ近くに配置され ており、カラー形の弁閉鎖体は磁極と軸受部との間に配置され、圧力油の供給は 軸受部の領域で起こる(第8図)ことを特徴とする請求の範囲第1項記載のパル ス変調油圧弁。 11.電機子と弁閉鎖体は別個の、互いに堅固に結合された構成要素から構成さ れ、電機子は2つの動作間隙を有し、その間隙の一方は磁気コイルにより包囲さ れており、電機子は帽子形に構成されている(第3図)ことを特徴とする請求の 範囲第1項記載のパルス変調油圧弁。 12.2つの弁座のうち少なくとも一方は電機子の移動方向に対し傾斜して配置 されている(第3図)ことを特徴とする請求の範囲第1項又は第2項記載のパル ス変調油圧弁。 13.座領域は可撓性をもつて構成されている(第4図及び第8図)ことを特徴 とする請求の範囲第1項又は第2項記載のパルス変調油圧弁。 14.電機子の支承は少なくとも2つの軸受位置により行われ、軸受位置の間の 領域は1mmまでの深さの凹所になつていることを特徴とする請求の範囲第1項 又は第2項記載のパルス変調油圧弁。 15.支承領域の前方に油フィルタが設けられ、フィルタは、電機子が内側で支 承されるときは電機子軸受部の内側に配置され、電機子が外側で支承されるとき には電機子軸受部の外側に配置される(第2図)ことを特徴とする請求の範囲第 1項又は第2項記載のパルス変調油圧弁。 16.電機子及び/又は弁閉鎖体は、電機子の移動中の動圧発生を緩和する半径 方向逃がし孔を備えていることを特徴とする請求の範囲第1項又は第2項記載の パルス変調油圧弁。 17.磁極は、中心に配置された電機子案内体に直接固定されており、磁石ハウ ジングは磁極に関して支持機能を全く果たさず、コイル本体には、複数の割れ目 を備え、磁束を導くと共にコイル本体の機械的強度を向上させるための磁化可能 部分が少なくとも1つ注入されている(第5図及び第7図)ことを特徴とする請 求の範囲第1項又は第2項記載のパルス変調油圧弁。 18.戻しばねは、同時に、供給圧力によつて引起こされ、電機子の引付け方向 に作用する妨害力を補償する働きもすることを特徴とする請求の範囲第1項又は 第2項記載のパルス変調油圧弁。 19.電機子と、磁極との間に、平均半径が電機子軸受部の平均半径とごくわず かしか違わず、高さは0.25mm、幅は0.4mmを越えず且つ磁極又は電機 子のいずれかと堅固に結合されているか、もしくは、それらの部分のうち一方と 共に1つの共通構成要素を形成する短い支柱が設けられている(第5図,第6図 及び第7図)ことを特徴とする請求の範囲第1項又は第2項記載のパルス変調油 圧弁。 20.磁気コイルの内側にあり、わずかな半径方向クリアランスをもつて軸方向 に移動自在に支承された短い管形の電機子を有し、その電機子の動作間隙は電機 子の移動方向に対し垂直に配置されており且つ電機子の磁気戻りは側方間隙を介 して起こるよう左電磁作動油圧弁において、側方間隙は磁気コイルの内側に配置 されており、側方間隙の磁気作用面は動作間隙の磁気作用面より著しく大きく且 つ側方間隙は円錐形に構成されており、そのテーパ角度は好ましくは20から3 0°である(第9図)ことを特徴とする電磁作動油圧弁。
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