JPS62120516A - 流量制御装置 - Google Patents

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】 （産業上の利用分野） この発明は自動車のパワーステアリング装置等に施用さ
れ、バグ−ソースからこのパワーステアリング装置等に
供給される作動流体の流量を所定流量に調整する流量制
御装置に関する。

（従来の技術） 流体を作動媒体として手動操舵トルクを助勢するパワー
ステアリング装置に作動流体を供給するパワーソースと
してのオイルポンプは通常車両に搭載した内燃機関によ
って回転駆動され、その回転数の増加によって吐出流量
が増加する。

しかるに、パワーステアリング操作に必要な流量は、そ
の操作が車両の停車時あるいは低速走行時に十分に機能
すればよいものであるから、機関の比較的低速域におい
て確保されることを要するが、高速時は差程必要としな
い。従って、高速回転で生じる余剰流量は流量制御装置
によってバイパスさせリザーバタンク等に戻すのが普通
である。

ここにこの種の流量制御装置として本件出願人は第４図
に示すように、ポンプ１からの吐出油を導く導入通路２
に連通ずるメインオリフィス３を、これに直列配置した
可変絞りのサブオリフィス４を介してパワーステアリン
グ装置５に連通し、感応オリフィス６及び通路７を介し
てメインオリフィス３の前後の圧力をそれぞれサブスプ
ール８に作用させることにより、サブスプール８をメイ
ンオリフィス３の前後に生ずる差圧に応動させてサブオ
リフィス４を制御する一方、サブオリフィス４の前後に
生ずる差圧に応動するメインスプール９を、リザーバタ
ンク（図示時）に通じるドレン通路１０と適合させた流
量制御装置を提案している。

この流量制御装置の吐出流量特性は第５図〜）に示す如
くであって、ポンプ１から吐出された作動油は、メイン
オリフィス３及びサブオリフィス４を通過する一方で、
サブオリフィス４に流入する作動油の増大に伴うサブオ
リフィス４通過前後の差圧の増大によってメインスプー
ル９をこれのつり合いばね１１のばね力に抗して右動さ
せてドレン通路１０を開口させ、その一部がドレン通路
１０に逃げる。斯くして、パワーステアリング装置５に
送出される作動油を、メインオリフィス３及びサブオリ
フィス４による制御のもとに一定流量Ｑ２に維持する。

ポンプ吐出量が更に増大すると、これに伴うメインスプ
ール９の更なる右動と共に、メインオリフィス３前後に
生ずる差圧の増大によってサブスプール８をこれのつり
合いばね１２のばね力に抗して左動させ、サブオリフィ
ス４を絞る。

この一連の動作で、パワーステアリング装置５に送出さ
れる流量は、一定流量Ｑ２から漸減して、主にサブオリ
フィス４を通過することでもたらされる流量Ｑ１に制御
され、所謂フローダウン制御される。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、前記従来例にあっては、メインスプール９の
移動時にポンプ吐出油が固定絞りのメインオリフィス３
を通過してドレン通路に逃げる構成であるため、メイン
オリフィス３によって生ずる抵抗分湯入通路２内の圧力
が上昇し、ポンプ１が無用の仕事を強いられる。即ち、
ポンプ負荷が増大しエネルギのロスが発生する上に、発
熱によりポンプ吐出油の油温が上昇し吐出油の劣化が早
まるという問題点があった。更に、油温か上昇すると、
ポンプ１やパワーステアリング装置５にはゴム製部品が
多数使用されているため、これらゴム製部品の劣化が促
進される上に、キャビテーションが発生し易くなってポ
ンプ１やパワーステアリング装置５の故障が増大すると
いう問題点もあった。

（問題点を解決するための手段） この発明は、上述した問題点に着目してなされたもので
、導入通路、ドレン通路および吐出通路が形成されたハ
ウジング内にメインスプールおよびサブスプー）Ｌ＜を
変位可能に収納して、前記導入通路と前記吐出通路との
間に、第１オリフィス、および前記サブスプールの変位
に応じて開口面積が変化する第２オリフィスを設定する
とともに、前記第１オリフィスと前記ドレン通路との間
に前記メインスプールの変位に応じて開口面積が変化す
るドレンオリフィスを設定し、前記メインスプールを前
記第２オリフィスの前後の流体圧力差に応動させるとと
もに、前記サブスプールを前記第１オリフィスの前後の
流体圧力差若しくは前記第１オリフィスの上流側流体圧
力と前記第２オリフィスの下流側流体圧力との圧力差に
応動させ、前記吐出通路から流出する流体を所定の流量
特性に維持する流量制御装置において、前記ハウジング
内に変位可能に収納されて前記第１オリフィスの前後の
流体圧力差に応動し、該第１オリフィスの前後の流体圧
力差が所定値を超える時、該第１オリフィスの開口面積
を増大させるよう変位する制御スプールを設けることに
よって、上記問題点を解決するものである。

（作　用） この発明に係る流量制御装置によれば、導入通路に流入
する流体の低流量域においては、第１オリフィスが比較
的小さな開口面積をもって導入通路と吐出通路とを連通
し、また、導入通路に流入する流体の高流量域において
は、第１オリフィスを通過する流体の流量が増加するに
伴い制御スプールが第１オリフィスの前後の流体圧力差
に応動して第１オリフィスの開口面積を増大させる。こ
のため、この流量制御装置による流体回路の圧力損失が
低減されて、ポンプ負荷が軽減されるとともに流体圧力
の上昇に起因した流体温度の上昇が阻止されるものであ
る。

（実施例） 以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図（ａｌ、　（ｂｌ、第２図および第３図（ａ）、
山）、（０）は、この発明の一実施例を車両のパワース
テアリング装置に適用したものを示している。

まず構成を説明すると、第１図（ａ）、　（ｂ）におい
て、２１は図中左右方向に延在し左端を開口した収容孔
２１ａが形成されたケーシング、２２は孔２２ａが形成
された中空状のコネクタであり、コネクタ２２ばケーシ
ング２１の収容孔２１ａの開口端に螺着され、ケーシン
グ２１とともにバルブハウジング２３として機能する。

ケーシング２１には、収容孔２１ａに開口する導入通路
２３ａおよびドレン通路２３ｂが形成され、導入通路２
３ａがポンプ２４の吐出ボートに接続され、ドレン通路
２３ｂがポンプ２４の吸込ボートに接続されている。ポ
ンプ２４は、図示しない車載エンジンにより駆動されリ
ザーバ（図示省略）内の流体を加圧して吐出するもので
、その回転軸の１回転当り一定量の流体を吐出する。コ
ネクタ２２の孔２２ａは図中左端に吐出通路２３ｃが設
けられ、この吐出通路２３ｃが図示しないパワーステア
リング装置のコントロールバルブ（四方切換弁）に接続
されている。また、コネクタ２２の孔２２ａは吐出通路
２３ｃの右隣から順に小径部２５および第１、第２、第
３の大径部２６．２７．２８を有しており、第３大径部
２８には孔２２ａと導入通路２３ａとを連通ずる通孔２
９が形成されている。３１は第３大径部２８に軸方向摺
動可能に嵌入された中空の制御スプールである。この制
御スプール３１は、その軸孔３１ａと通孔２９とを連通
ずる通孔３２と、制御スプール３１の摺動に伴って第３
大径部２８から抜は出し、第３大径部２８の内周面の端
部との間に導入通路２３ａと収容孔２１ａとを連通ずる
間隙を形成するフランジ部３３と、ををしている。この
フランジ部３３はコネクタ２２の通孔２９および制御ス
プール３１の通孔３２とともに第１オリフィス３４を構
成している。３５は制御スプール３１の軸孔３１ａの壁
面に軸方向に形成された初期差圧発生用の制限通路であ
る。また、３７は第３大径部２８に直径方向に架設され
た平板状の座金３８と制御スプール３１の軸孔３１ａの
肩部との間に縮設され、制御スプール３１をそのフラン
ジ部３３がコネクタ２２の孔２２ａの第３大径部２８内
に位置する方向（図中左方向）に常時付勢しているコイ
ルスプリングである。なお、制御スプール３１には摺動
する際に座金３８と干渉しないように座金３８を嵌入す
るための切欠部３１ｂが形成されている。前記第１オリ
フィス３４は導入通路２３ａと吐出通路２３ｃとの間に
位置して、制御スプール３１の変位に応じて開口面積が
変化し、制御スプール３１のフランジ部３３が第３大径
部２８内に位置するときは、通孔２９．３２により決定
された開口面積を有し、また、制御スプール３１のフラ
ンジ部３３が第３大径部２８から抜は出すと、制御スプ
ール３１のフランジ部３３と第３大径部２８の内周面の
端部との間に形成される間隙および通孔２９．３２によ
り決定される開口面積を有する。４０はコネクタ２２の
孔２２ａおよび制御スプール３１の軸孔３１ａ内に軸方
向摺動可能に嵌入された略円筒状のサブスプールであり
、３９は第２大径部２７の一端面とサブスプール４０の
大径部との間に縮設され、サブスプール４０を制御スプ
ール３１の方向（図の右方向）へ常時付勢しているコイ
ルスプリングである。

サブスプール４０は、一端部（図の左端部）にメインオ
リフィス４１が設けられた連通孔４２、およびメインオ
リフィス４１の近傍で連通孔４２と直交し孔２２ａの第
１大径部２６に開口する孔４３を質している。

したがって、孔４３、および第１大径部２６とサブスブ
−ル４０の外周面との間隙を介してメインオリフィス４
１の上流側と下流側とが連通している。そして、サブス
プール４０の吐出通路２３ｃ側の端部の外周面は、孔２
２ａの小径部２５と第１大径部２６の間の肩部とともに
サブオリフィス４４を構成しており、このサブオリフィ
ス４４は、サブスプール４０の図中左方向への変位に伴
って閉止され開口面積が変化する。すなわち、サブオリ
フィス４４はコネクタ２２とサブスプール４０との、相
対位置に応じた開口面積を有している。このサブオリフ
ィス４４とメインオリフィス４１は連通孔４２と吐出通
路２３ｃとの間に並列的に位置して第２オリフィス４５
を構成している。

そして、第２オリフィス４５はサブオリフィス４４の開
口面積の変化に応じてその開口面積が変化する。

一方、ケーシング２１の収容孔Ｚｔａの図中右方には、
メインスプール４７が摺動自在に嵌挿されて、その両端
に一次圧力室４８と二次圧力室４９とを画成している。

−次圧力室４８は、制御スプール３１の軸孔３１ａおよ
び通孔３２．２９を介して導入通路２３ａに連通ずると
ともに、第２オリフィス４５を介して吐出通路２３Ｃに
連通している。すなわち、−次圧力室４８は第２オリフ
ィス４５の上流側に位置し、第２オリフィス４５を第１
オリフィス３４を介して導入通路２３ａに連通させてい
る。また、二次圧力室４９は、メインスプール４７の（
後述する）ランドに形成された細孔５０、ケーシング２
１に形成された導孔２１ｂおよびコネクタ２２に形成さ
れた導孔２２ｃを介して第２オリフィス４５の下流の孔
２２ａと連通している。

５１は二次圧力室４９内に縮設されメインスプール４７
を図中左方向へ付勢しているコイルスプリングである。

メインスプール４７の外周面には、ドレン通路２３ｂに
開口した条溝４７ａおよびケーシング２１の導孔２１ｂ
に開口した条溝４７ｂが形成され、３つのランド４７Ｃ
１４７ｄ、４７ｅが形成されている。図中左方のランド
４７ｃは、ドレン通路２３ｂの収容孔２１ａにおける開
口縁との間にドレンオリフィス５２を構成している。こ
のドレンオリフィス５２は、−次圧力室４８とドレン通
路２３ｂとの間に位置し、メインスプール４７の変位に
ともない開口面積を変更する。すなわち、このドレンオ
リフィス５２は、メインスプール４７の図中右動にとも
ないドレン通路２３ｂの開口面積を増大し、−次圧力室
４８を介して導入通路２３ａとドレン通路２３ｂとをメ
インスプール４７の変位に応じた開口面積で連通ずる。

また、図中右方のランド４７ｅには、条溝４７ｂと二次
圧力室４９とを連通ずる前述の細孔５０が形成されてい
る。

この細孔５０は、前述のように、コネクタ２２の導孔２
２ｃ、ケーシング２１の導孔２１ｂおよび条溝４７ｂと
ともに二次圧力室４９を第２オリフィス４５の下流の孔
２２ａ内に連通している。メインスプール４７に形成さ
れた軸穴５３内には、ボール弁体５４をその押圧ロフト
５５とともにチェックスプリング５６で偏倚して軸穴５
３の開口端に固着した中空尾栓５７の弁座に着座させた
リリーフ弁５８が設けられている。このリリーフ弁５８
は前記導孔２２Ｃ１導孔２１ｂ１条溝４７ｂ、細孔５０
を介して二次圧力室４９内に導入される吐出通路２３ｃ
の圧力超過をドレン通路２３ｂへ逃がすためのものであ
る。

次に、作用を説明する。

この流量制御装置は、メインスプール４７が第２オリフ
ィス４５の前後の流体圧力差（−次圧力室４８と二次圧
力室４９との流体圧力差）を一定とするように変位し、
ドレンオリフィス５２の開口面積すなわちドレン通路２
３ｂの開口面積を変更して導入通路２３ａに流入する流
体の一部をドレン通路２３ｂから排出し、更に、サブス
プール４０が第１オリフィス３４の前後の流体圧力差に
応動することで吐出通路２３Ｃからパワーステアリング
装置へ供給する流体を第５図（ｂｌに示す流量特性に維
持する。すなわち、車載エンジンにより駆動されるポン
プ２４は、その吐出量がエンジンの回転数に略比例的な
関係を有するため、流量ｅ１ｍ装置は、導入通路２３ａ
から流入する流体の一部をドレン通路２３ｂからポンプ
２４へ還流して、吐出通路２３ｃからパワーステアリン
グ装置へ供給する流体を所定の流量特性（第５図（ｂ）
）に維持するのである。

以下、第５図（ａ）、伽）を参照して、この流量制御装
置の゛作動を説明する。なお、以下の説明においては、
導入通路２３ａから第１オリフィス３４までの流体圧力
、第１オリフィス３４から第２オリフィス４５までの流
体圧力および第２オリフィス４５から吐出通路２３ｃま
での流体圧力をそれぞれ符号Ｐ３、Ｐ２、Ｐ３で表示す
る。

まず、導入通路２３ａに流入する流体流量Ｎが所定値Ｎ
１に満たない場合、メインスプール４７はスプリング５
１により付勢されて図中左方に位置し、サブスプール４
０もスプリング３９により付勢されて図中右方に位置す
る。更に、制御スプール３１も第１図（ａ）および第２
図に示す如くスプリング３７により付勢されて図中左方
、すなわちそのフランジ部３３が孔２２ａの第３大径部
２８内に嵌入している位置にある。このため、第１オリ
フィス３４は、通孔２９および３２により決定される開
口面積を有し、第２オリフィス４５は、メインオリフィ
ス４１およびサブオリフィス４４の開口面積の総和によ
り決定された開口面積を有し、また、ドレンオリフィス
５２は、メインスプール４７のランド４７ｃがドレン通
路２３ｂを閉止しているため閉じられた状態にある。し
たがって、導入通路２３ａに流入した流体は、第１オリ
フィス３４、−次圧力室４８を経て連通孔４２内へ流入
し、更にメインオリフィス４１およびサブオリフィス４
４を経て全量が吐出通路２３ｃからパワーステアリング
装置へ供給される。

次に、導入通路２３ａに流入する流体流量Ｎが所定量Ｎ
９以上に増大すると（Ｎ　Ｉ　≦Ｎ＜Ｎ３）、第２オリ
フィス４５の前後の流体圧力差（Δｐｔ）（ΔＰｚ　”
Ｐｚ　−Ｐｓ　）が増大し、メインスプール４７は第２
オリフィス４５の前後の圧力差ΔＰ２すなわち一次圧力
室４８と二次圧力室４９との流体圧力差に応動してドレ
ン通路２３ｂを開口する。すなわち、メインスプール４
７は、スプリング５１の弾性力に抗して第２オリフィス
４５の前後の流体圧力差ΔＰｇを一定にするよう右動し
てドレンオリフィス５２を開く。このため、導入通路２
３ａに流入した流体は、一部が第１オリフィス３４を経
て一次圧力室４８に流入した後ドレン通路２３ｂから排
出され、吐出通路２３ｃからパワーステアリング装置へ
供給される流体流量Ｑが一定量Ｑ８になる。なお、この
時、導入通路２３ａと吐出通路２３ｃとの間は、第１オ
リフィス３４と、メインオリフィス４１およびこれと並
列なサブオリフィス４４を介して連通しているため、流
体流量を大きめのＱ、に制御することが可能である。す
なわち、メインオリフィス４１と並列に設けられたサブ
オリフィス４４が、連通孔４２と吐出通路２３ｃとの間
を連通しているため、第２オリフィス４５の面積が大き
くなっているためである。

また、導入通路２３ａに流入する流体流量Ｎが所定量Ｎ
２以上に増大すると（Ｎｔ≦Ｎ＜Ｎ３）、導入通路２３
ａに流入した流体の全流量が通過する第１オリフィス３
４の前後の流体圧力差（ΔＰｓ）（ΔＰＩ＝Ｐｚ　　Ｐ
＋　）が増大し、また、第２オリフィス４５の前後の流
体圧力差ΔＰ２も増大する。

このため、サブスプール４０は、スプリング３９の弾性
力に抗して左動し、サブオリフィス４４を閉止するため
、サブオリフィス４４はサブスプール４０の変位に応じ
た開口面積となる（開口面積が減少する）。したがって
、吐出通路２３ｃからパワーステアリング装置へ供給さ
れる流体流量Ｑが減少する。

これにより、パワーステアリング装置は、パワーシリン
ダにより発生される操舵補助力が減少し、高速走行時に
おける走行安定性が図れるものである。

次に、導入通路２３ａに流入する流体流量Ｎが前述の所
定１１Ｎ２以上に増大すると（Ｎ、≦Ｎ＜Ｎ４）・、サ
ブスプール４０がさらに図中左方へ変位して、サブオリ
フィス４４が完全に閉止される。したがって、導入通路
２３ａと吐出通路２３ｃとの間は、第１オリフィス３４
およびメインオリフィス４１を直列に介してのみ連通し
、メインスプール４７がメインオリフィス４１の前後の
流体圧力差ΔＰ２を一定にするように変位する。このた
め、第５図（ｂ）に示すように、吐出通路２３ｃからパ
ワーステアリング装置へ供給される流体流量Ｑはほぼ一
定量Ｑ１となる。なお、上述の場合にあっては、制御ス
プール３１はコイルスプリング３７の付勢力によって左
端位置にあり、そのフランジ部３３は孔２２ａの第３大
径部２８内に嵌入した状態にあるため、第１オリフィス
３４の開口面積が変化することは無い。

この後、さらに導入通路２３ａに流入する流体流量Ｎが
増大すると（Ｎ≧Ｎ４）、制御スプール３１が第１オリ
フィス３４前後の流体圧力差ΔＰ、の増大により第１図
山）に示すように右方へ変位し、第１オリフィス３４の
開口面積が増大する。すなわち、制御スプール３１が右
方へ変位すると、制御スプール３１のフランジ部３３が
孔２２ａの第３大径部２８から右方に突出し、制御スプ
ール３１のフランジ部３３と第３大径部２８の内周面端
部との間に環状の間隙が形成される。このため、第１オ
リフィス３４は、通孔２９．３２および前記間隙により
決定された開口面積を有し、その開口面積が導入通路２
３ａへ流入する流体流量Ｎの増加にともなう制御スプー
ル３１の右動に対応して増大する。したがって、導入通
路２３ａの流体圧力Ｐ１は、第５図（ａ）の実線に示す
ように、流量Ｎが増大してもその上昇率は極めて緩やか
となって、ポンプ２４の負荷を軽減するとともに、流体
圧力Ｐ、の上昇に起因した流体温度の上昇を阻止する。

ところで、例えば、吐出通路２３ｃからパワーステアリ
ング装置へ供給される流体流量Ｑ１が所定値に保持され
ている場合（通常、車両の高速走行時等で導入通路２３
ａへ流入する流体流量Ｎが所定値Ｎ５以上の場合）、パ
ワーステアリング装置が作動すると、吐出通路２３ｃの
流体圧力Ｐ３が増大するため（増大圧力骨をΔＰとする
）、サブスプール４０が図中右方へ押圧される。しかし
ながら、流量制御装置は、吐出流量Ｑ、を一定に維持す
るために第２オリフィス４５の前後差圧を一定に保つよ
うに働く。

すなわち、吐出圧の増大分ΔＰが二次圧力室４９に作用
しメインスプール４７を左方へ動がしてドレンオリフィ
ス５２の開口面積を狭くし一次圧力室４８の圧をΔＰだ
け上昇させる。

このため、サブスプール４０の前後面圧はそれぞれΔＰ
上昇することになり、したがって、サブオリフィス４４
が開口することも無く、第５図（ｂ）に示す流量特性は
不変的に維持される。

なお、吐出通路２３ｃの流体圧力Ｐｓが異常に高くなっ
た場合は、リリーフ弁５８によってその圧力超過をドレ
ン通路２３ｂへ逃がすことができる。

（発明の効果） 以上説明してきたように、この発明に係る流量制御装置
によれば、導入通路へ流入する流体流量の低流量域にお
いては導入通路と吐出通路との間で第２オリフィスの開
口面積が増大し、また、高流量域においては制御スプー
ルの作用によって第１オリフィスの開口面積が増大する
ため、全体としての抵抗が減少し、ポンプが無用の仕事
を強いられることがなくなる。すなわち、ポンプの負荷
が減少するためエネルギのロスや発熱がなくなり、流体
（作動油）の温度も低下するため流体やゴム製部品の劣
化を防止することができ、また、キャビテーションの発
生も抑制できる。その結果、ポンプやパワーステアリン
グ装置の故障が減少する。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、　（ｂ）乃至第３図（ａ）、（ｂ）、（
ｃ）ハコノ発明に係る流量制御装置の一実施例を示す図
であり、第１図（ａ）、　（ｂｌはそれぞれ異なる作動
状態を示すその正面断面図、第２図は第１図（ａ）のＡ
−Ａ矢視断面図、第３図（ａ）は第２図のＢ−Ｂ矢視断
面図、第３図山）は第２図のＣ−Ｃ矢視断面図、第３図
（Ｃ）は第２図のＤ−Ｄ矢視断面図、第４図は従来の流
量制御装置を示す正面断面図、第５図（ａ）は導入通路
へ流入する流体の流量と圧力との関係を示す図、第５図
山）は流量特性を示す図である。 ２３・・・・・・バルブハウジング、 ２３ａ・・・・・・導入通路、 ２３ｂ・・・・・・ドレン通路、 ２３ｃ・・・・・・吐出通路、 ３１・・・・・・制御スプール、 ３４・・・・・・第１オリフィス、 ４０・・・・・・サブスプール、 ４５・・・・・・第２オリフィス、 ４７・・・・・・メインスプール、 ５２・・・・・・ドレンオリフィス。 代理”人弁理士　有我軍一部 （外１名） 第２図 第　３　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　導入通路、ドレン通路および吐出通路が形成されたハ
   ウジング内にメインスプールおよびサブスプールを変位
   可能に収納して、前記導入通路と前記吐出通路との間に
   、第１オリフィス、および前記サブスプールの変位に応
   じて開口面積が変化する第２オリフィスを設定するとと
   もに、前記第１オリフィスと前記ドレン通路との間に前
   記メインスプールの変位に応じて開口面積が変化するド
   レンオリフィスを設定し、前記メインスプールを第２オ
   リフィスの前後の流体圧力差に応動させるとともに、前
   記サブスプールを前記第１オリフィスの前後の流体圧力
   差若しくは前記第１オリフィスの上流側流体圧力と前記
   第２オリフィスの下流側流体圧力との圧力差に応動させ
   、前記吐出通路から流出する流体を所定の流量特性に維
   持する流量制御装置において、前記ハウジング内に変位
   可能に収納され、前記第１オリフィスの前後の流体圧力
   差に応動して該第１オリフィスの開口面積を変化させる
   制御スプールを設けたことを特徴とする流量制御装置。