JPS62147180A - 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方缶用
され、パワーソースからこのツマ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ば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３
図に示すように、ポンプｌからの吐出油を導り導入通路
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、悪心オリフィス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（図示略）に通じるドレン通路１０と適合させた
流量制御装置を提亥している。

この流量制御装置の吐出流量特性は第４図ｆｂ）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■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Ｑ、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弁導入通路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ずる上に、発
熱によりポンプ吐出油の油温か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、油温が上昇すると、
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、ギヤ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
、４人通路、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
固定されて前記サブスプールと係合し、ｎＩ記第１オリ
フィスの前後の流体圧力差に応した前記サブスプールの
動きに応じて該第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
せる制御リング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
伴い制御リングが第１オリフィスの前後の流体圧力差に
応動するサブスプールの動きに応じて第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図および第２図は、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はケーシング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’ＦＬ２１ａに開口する導入通路２３ａおよび
ドレン通路２３ｂが形成されている。そして、導入通路
２３ａはポンプ２４の吐出ポートに接続され、〜ドレン
通路２３ｂはポンプ２４の吸込ポ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２９が形成されている。３１は第３大径部２８に嵌着
され、コネクタ２２に植立てられたピン３２によって大
径部２８に固定された中空の制御リングである。この制
御リング３１は、その外周部に形成され通孔２９と収容
孔２１ａとを連通ずる軸方向の溝３３と、軸孔３１ａと
、を有している。４０はコネクタ２２の孔２２ａおよび
制御リング３１の軸孔３１ａ内に軸方向摺動可能に嵌入
され、大径部４０ａと小径部４０ｂおよび連通孔４２を
有する略円筒状のサブスプールである。前記通孔２９と
制御リング３１の溝３３、それに、サブスプール４０の
一端小径部４０ｄ外周面と軸孔３１ａ内周面との間隙は
組合わさって第１オリフィス３４を構成している。この
第１オリフィス３４は導入通路２３ａと吐出通路２３Ｇ
との間に位置して、サブスプール４０の変位に応じて開
口面積が変化する。すなわち、サブスプール４０の一端
小径部４０ｄが制御リング３１の軸孔３１ａ内に位置す
るときは、通孔２９および制御リング３１の溝３３によ
り決定された開口面積を有し、また、サブスプール４０
の一端小径部４０ｄが制御リング３１の軸孔３１ａ内か
ら抜は出すと、該小径部４０ｄの外周面と軸孔３１ａの
内周面との間隙、および、通孔２９と溝３３とにより決
定される開口面積を有する。３９は第２大径部２７の一
端面とサブスプール４０の大径部４０ａとの間に縮設さ
れ、サブスプール４０を制御リング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の連通孔４２の一端部（図の左端部）に
はメインオリフィス４１が設けられており、メインオリ
フィス４１の近傍には連通孔４２と直交し孔２２ａの第
１大径部２６に開口する孔４３が設けられている。この
結果、孔４３、および第１大径部２６とサブスプール４
０の他端小径部４０ｂ外周面との間隙を介してメインオ
リフィス４１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の他端（吐出通路２３Ｃ側の端部
）の外周面は、孔２２ａ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。前記ピン３２はサブスプー
ル４０の図中右方向の移動範囲を規定するストッパとし
ても機能している。一方、ケーシング２１の収容孔２１
ａ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、通孔２９と制御リング３１の溝３３
および制御リング３１の軸孔３１ａとサブスプール４０
の一端小径部外周面との間隙を介して導入通路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２１に形成された導孔２１ｂおよびコネクタ２
２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４
９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４７
ｂが形成され、３つのランド４７℃、４７ｄ、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４Ｂ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５
０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。孔４６を介して条溝４７ａと
連通するメインスプール４７の軸穴５３内には、ボール
弁体５４をその押圧ロット５５とともにチェックスプリ
ング５６で偏倚して軸穴５３の開口端に固着した中空尾
栓５７の弁座に着座させたＩＪ　ＩＪ−フ弁５８が設け
られている。このリリーフ弁５８は前記導孔２２ｃ、４
孔２１ｂ、条溝４７ｂ、細孔５０を介して二次圧力室４
９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４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、流量制御装置は、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２
４へ還流してζ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４図（ｂ））
に維持するのである。

以下、第４図（ａｌ、（ｂｌ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ｉＪＴ回路２
３Ｃまでの流体圧力をそれぞれ符号Ｐ７、Ｐｚ　、Ｐａ
＋で表示する。

まず、導入通路２３ａに流入する流体流星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ている。また、サ
ブスプール４０もスプリング３９により付勢されて図中
右方に位置し、その一端小径部４０ｄが制御リング３１
の軸孔３１ａ内に位置している。

このため、第１オリフィス３４は、通孔２９および制御
リング３１の溝３３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２３．Ｉ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内べ流入し、更にメイ
ンオリフィス４１およびサブオリフィス４４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
８以上に増大すると（Ｎ、≦Ｎ＜ＮＺ　）、第２オリフ
ィス４５の前後の流体圧力差（ΔＰ２）（ΔＰｚ　−Ｐ
ｚ　　Ｐ３　）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４７
は、スプリング５１の弾性力に抗して第２オリフィス４
５の前後の流体圧力差ΔＰ２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２３
ａ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ｉｋ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Ｑ２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Ｑ２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。

導入通路２３ａに流入する流体流量Ｎが所定量Ｎ２以上
に増大すると（ＮＺ≦Ｎ　＜　Ｎ３　）　、導入通路２
３ａに流入した流体の全流量が通過する第１オリフィス
３４の前後の流体圧力差（ΔＰ、）（ΔＰ＋＝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４
０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操舵安定
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ＩＮが前述の所
定量Ｎ　３以上に増大すると（Ｎ３≦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。したかって、導入通路２
３ａ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・１１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４図（ｂｌ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、サブス
プール４０の一端小径部４０ｂがまだ制御リング３１の
軸孔３１ａ内に位置しているため、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（ＮａＮ３）、サブスプール４０が更に左方
へ変位し、その一端小径部４０ｄが制＜’Ｉ’ｄリング
３１の軸孔３１ａから抜は出すため、第１オリフィス３
４の開口面積が増大する。すなわち、ザブスプール４０
の一端小径部４０ｄが制御リング３１の軸孔３１ａから
抜は出すと、該小径部４０ｄの外周面端部と軸孔３１ａ
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、制御すン
グ３１の溝３３および前記間隙により決定された開口面
積を有し、その開口面積は導入通路２３ａへ流入する流
体流量Ｎの増加にともなうサブスプール４０の左動に対
応じて増大する。したがって、導入通路２３ａの流体圧
力Ｐ１は、第４図（ａｌに示すように、流星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Ｎ１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Ｐ、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（。

すなわち、吐出圧の増大分ΔＰが導孔２２Ｃ，！孔２１
ｂ、条溝４７ｂ、細孔５０を介して二次圧力室４９に作
用しメインスプール４７を左方へ動かしてドレンオリフ
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４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Ｐ３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リング
とサブ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図および第２図はこの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図はその正面断面図但し制
御リング部についてはＩ−１断面図、第２図は制御リン
グの正面図、第３図は従来の流星制御装置を示す正面断
面図、第４図（ａｌ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４図（ｂｌ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・・・・・・制御リング、 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７−１２じ （外１名）

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
   固定されて前記サブスプールと係合し、前記第１オリフ
   ィスの前後の流体圧力差に応じた前記サブスプールの動
   きに応じて該第１オリフィスの開口面積を変化させる制
   御リングを設けたことを特徴とする流量制御装置。