JP2005512877A

JP2005512877A - 電磁弁

Info

Publication number: JP2005512877A
Application number: JP2003554490A
Authority: JP
Inventors: シュバルツァー、パウル; リヒター、アンドレアス; カール、ハラルド; ボーン、ヨアヒム
Original assignee: コンチネンタル・テベス・アーゲー・ウント・コンパニー・オーハーゲー
Priority date: 2001-12-08
Filing date: 2002-12-04
Publication date: 2005-05-12
Also published as: WO2003053753A1; US20050006951A1; EP1456069A1

Abstract

本発明は電磁弁に関し、この電磁弁は、バルブ切り換えノイズを減少するために、制動圧制御における絞り位置に電気的に切換えられる。

Description

本発明は、特に、請求項１の前段部分に記載のスリップ制御付自動車ブレーキシステム用の電磁弁に関する。

ドイツ特許公報ＤＥ４３３９３０５Ａ１は、スリップ制御付自動車ブレーキシステムに使用するための２位置作動（binary operation）の電磁弁について開示しており、この弁部材は、弁座に対して、閉あるいは完全に開いた切換位置に保持される。電磁弁の望ましくない切換えノイズを防止するために、液圧作動の切換えピストンが電磁弁に配置されており、規定された圧力差に達したときに、バルブ通路を絞る位置に切換えられる。圧力流体を液圧で絞ることによるノイズ低減のために必要とする製造上の労力は、極めて大きい。

上述に鑑み、本発明の目的は、上記型式の電磁弁を改善し、上述の欠点防止することにある。

本発明によると、この目的は、上述の型式の電磁弁に対して請求項１および８に記載の特徴により達成される。

本発明の他の特徴、利点、および適用性は、以下に説明する実施形態から得ることができる。

図１は、その基本的位置で、通常開の電磁弁の全体の図を示し、この電磁弁は、段付弁タペット１に設けた球形の弁閉鎖部材９を含むカートリッジタイプのバルブハウジング８を備えた２ウェイ／２ポジション方向切換弁として形成されている。弁タペット１は、弁閉鎖部材９に対向する前端部で、円筒状の磁気アーマチュア１０に接触する。弁閉鎖部材９は、管状の弁座部材２に向き、一方、反対側に配置された磁気アーマチュア１０が、弁ハウジング８内に一体化された磁気コア１１に対面する。磁気アーマチュア１０には、深絞りで形成されるのが好ましいスリーブ１２が固定され、このスリーブ内で、磁気コア１１が自らを位置合わせし、軸方向に移動することができる。スリーブ１２の周囲に、磁気コイル１３が配置され、ヨークタイプの金属シート１６と磁気プレート１７との間に埋設される。

従来知られている態様で、磁気アーマチュア１０は、磁気コイル１３が励磁されている間、弁タペット１と弁座部材２との間に介挿されたバルブスプリング４の作用に抗して磁気コア１１の方向に移動し、これにより、弁タペット１に形成された弁閉鎖部材９は、基本位置で常時開の圧力流体入口および圧力流体出口通路１４，１５間の圧力流体接続部を遮断する。

電磁弁はスリップ制御付自動車ブレーキシステムに使用することを意図したものであり、磁気アーマチュア１０と協働するその弁閉鎖部材９は、弁タペット１と弁座部材２との間に配置されたバルブスプリング４によって、基本位置では弁座部材２から離隔されている。電気的に励磁された弁位置では、弁閉鎖部材９は、弁座部材２の方向に移動し、磁気アーマチュア１０は磁気コア１１の方向に移動する。特別な特徴は、磁気コイル１３が、３つの異なる切換電流値Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３で励磁され、バルブ切換えノイズを減少することにある。磁気コイル１３が電気的に無励磁の状態では、第１の切換電流値Ｉ１＝０であり、バルブスプリング４により、弁閉鎖部材９は完全に開かれている。第１の切換電流値Ｉ１より高くかつ第３の切換電流値Ｉ３よりも低い第２の切換電流値Ｉ２により、部分的（partly）に励磁された状態では、弁閉鎖部材９は、弁座部材２の断面積を絞った状態で開く。この絞り位置を保持可能とするため、弁座部材２と弁タペット１との所定の幾何学的デザインが必要となる。弁タペット１の弁閉鎖部材９は、このために１．８ミリメートルから２．２ミリメートルの径の球形であるのが好ましい外形を有する。これは、０．９ミリメートルから１．１ミリメートルの弁座におけるシール径に対応する。ここでは、弁座角度（valve seat angle）は、１２０度の大きさである。

完全に励磁された状態では、電磁弁は第３の切換電流値Ｉ３により閉じられる。これは、電磁弁の構造を変更することなく、ノイズの減少を可能とする。

タンデム型マスターシリンダが、制動圧ジェネレータ３として、図１に示す電磁弁の圧力流体入口通路１４に接続される。バルブスプリング４の高さ（level）で、電磁弁の圧力流体出口通路１５がホイールブレーキ５と接続される。ホイールブレーキ５に延びる上記圧力流体接続部には、出口弁７を設けられた戻り管路が接続され、戻り・送出し原理（return delivery principal）にしたがって、この戻り管路に低圧アキュムレータ１８とポンプ１９とが設けられている。この戻り管路が圧力流体入口通路１４と接続される。図示の液圧回路は、基本的なものであり、一般な説明用である。これと異なるものであってもよい。

図示のように、磁気コイル１３が電気的に無励磁の状態Ｉ１で、電磁弁が最初に完全に開いているに基づき、制動圧制御作動では、最初に電磁弁が完全に閉じられる完全励磁状態Ｉ３に切換えられる。続いて、部分的にのみ（状態Ｉ２）電気的に開かれ、ノイズを低減し、そして、切換えられて、その後にのみ、完全閉状態Ｉ３に再度配置される（re-assume）。この制御シーケンスに関する詳細を、図２を参照して説明する。

バルブスプリング４はヘリカルスプリングとして形成するのが好ましく、累進的な（progressive）ばね特性曲線を有し、このばね力は、磁気コイル１３が第２の切換電流値Ｉ２で部分的に励磁されたときに、弁閉鎖部材９が部分的に開いたノイズ低減切換位置を維持する大きさに設定されている。

部分的に開いた切換位置で弁閉鎖部材９に作用する液圧差を示すために、弁閉鎖部材９の上流側と下流側とに作用する液圧を検出する手段が設けられる。電磁弁が部分的に開いた状態では、電磁弁を部分的に開くために必要な電気切換電流値Ｉ２は、所定の圧力差から開始して電磁弁を開いておくために十分なものではなくなっている可能性があるため、好適な手段により、できる限り正確に差圧を測定することが極めて重要である。

液圧差を検知するための手段として、例えば圧力センサ６が好適であり、これらの圧力センサは、弁閉鎖部材９の上流側と下流側とでブレーキ回路に接続される。弁閉鎖部材９における圧力差を示す圧力センサ信号は、磁気コイル１３を作動させる電子コントローラ２０において評価される。

図示のパターンによると、電磁弁は、制動圧ジェネレータ３をホイールブレーキ５に接続するスリップ制御付自動車ブレーキシステムの制動圧管路に介挿され、圧力センサ６による圧力検出に代えて、圧力モデルに対する特性分野（characteristic field）における好適なソフトウェアによって検出することができ、このために、磁気コイル１３を作動する電子コントローラ２０が好適である。圧力モデルは、ホイールブレーキ５および制動圧ジェネレータ３における圧力変化を表す。有益なことは、圧力モデルを使用することで、比較的高価な圧力センサ装置を省略することが可能なことである。

ホイールブレーキ５の圧力変化を示す圧力モデルが、車両関連およびブレーキ特性パラメータ（vehicle-related and brake-specific parameters）に基づいて演算（compute）される。特に、これらのパラメータは、車両の減速度、制動圧ジェネレータのパイロット圧、および、制動圧増圧・制動圧減圧特性に関連するデータである。制動圧ジェネレータ３のための圧力モデルの計算は、磁気コイル１３を作動することにより所要の制動圧の増圧の達成に必要な制動圧増圧パルスの数および／または制動圧増圧パルスの持続間隔（duration）を考慮する。更に、ホイールブレーキ５の圧力モデルが、制動圧ジェネレータ３のための圧力モデルの計算に含められる。

図２は、縦座標に沿ってスリップ制御付ホイールブレーキ５（図１参照）の圧力変動および図１に示す電磁弁の３つの異なる切換電流値Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３を、時間ｔの関数としてプロットした図である。座標軸のポイント０から直線的に上がる圧力変化は、電磁弁が無励磁（Ｉ１＝０）であるため、制動圧ジェネレータ３によるスリップ無しの状態の制動圧の増圧状態を示す。許容可能な制動圧値（ポイントＡ−Ｂ）に達し、維持されると、磁気コイル１３は、切換電流値Ｉ１，Ｉ２よりも高い切換電流値Ｉ３で励磁され、この結果、弁閉鎖部材９が閉位置に配置される。同時に、ホイールブレーキ５（図１参照）に接続された出口弁７は、開位置切換えられ、ポイントＣまでのホイールブレーキ５の急速な減圧が開始される。最初の急激な減圧の後、バルブノイズを減少する切換電流値Ｉ２（ポイントＤ）に切換電流値Ｉ３を減少するまで、弁閉鎖部材９が閉位置にあるため、出口弁７が閉じた後、ホイールブレーキ５内の圧力が一定に維持される短い段階がある。磁気コイル１３を切換電流値Ｉ２で励磁することにより、弁閉鎖部材９は、絞り位置に配置され、ポイントＥまで、ホイールブレーキ５の圧力が低い増圧勾配で上昇する。この後は圧力保持段階であり、この増圧の終わりで、磁気コイル１３が最大の切換電流値Ｉ３によって再度励磁され、この結果、弁閉鎖部材９が移動して弁座部材２に着座する。ホイールブレーキ５の増圧を更に絞るため、磁気コイル１３の切換電流値Ｉ３は、ポイントＦにおいて、ノイズ縮小切換電流値Ｉ２まで減少され、これにより、ポイントＧまで更に絞られて圧力が上昇する。ポイントＨまで、圧力維持段階が続き、これはＩ２の電流が切換電流値Ｉ３に増大するためである。切換電流値Ｉ２まで、磁気コイル１３の励磁が新たに減少されることにより、最大の制動圧値（ポイントＡ，Ｂ参照）に対応したポイントＪまで、絞られ続けられた低ノイズの増圧が行われる。磁気コイル１３を切換電流値Ｉ３で励磁することにより、弁閉鎖部材９は再度閉位置に配置され、ポイントＫまで圧力維持段階が続く。最大の制動圧値が許容できないブレーキスリップを生じさせたときに、出口弁７は、ポイントＬに達するまで、ホイールブレーキ５を迅速に減圧し、再度、圧力が一定に維持される段階および絞られた増圧段階である段階が続く。

ここに説明した制動圧制御作動は、電磁弁のいわゆる電流勾配作動（current ramp actuation）に基づくもので、電磁弁の絞りにより、増圧勾配が小さくなり、この勾配により、制動圧制御の際の弁ノイズおよびペダルの脈動を減らすことが可能となる。

ブレーキシステムの入口弁として作動し、ノイズを減少し、ペダルの脈動を最小化するために、３の異なる電流値Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３によって、３つの異なる切換位置を採用する上述の電磁弁に代え、上述の目的を達成する電磁弁について説明する（図１に示す弁構造に基づいて）。この弁の磁気コイル１３は、１つの切換電流値Ｉ１で作動され、この場合、磁気コイル１３が電気的に励磁された状態では、電磁弁は完全には閉まらず、常に僅かに開いており、弁座２と弁閉鎖部材９との間に、ノイズを減少するための絞りを設けた圧力流体接続部が形成される。したがって、本発明は、切換電流値Ｉ１で磁気コイル１３を励磁する際の弁座部材２における恒常的な漏洩に基づくものであり、弁閉鎖部材９は弁座部材２に完全に着座することはない。これは電磁弁の複雑な作動の必要を排除し、これにより、出口弁７を含む制動圧制御に悪影響をおよぼすことなく、バルブノイズおよびペダルの脈動を最小化する。

この点に関して、図３は、スリップ制御されたホイールブレーキ５（図１参照）の制動圧変化、および、図１から理解される電磁弁の切換電流値Ｉ１を、時間の関数として縦座標に沿ってプロットした図を示す。

ポイント０から直線的に上昇する圧力変化は、最初は、電磁弁が無励磁（Ｉ＝０）であるため、制動圧ジェネレータ３で形成されるスリップ無しの制動圧の増圧を示す。許容可能な制動圧値（ポイントＡ）に達すると、磁気コイル１３は切換電流値Ｉ１で励磁され、この結果、弁閉鎖部材９は、その絞られた位置を占める。更に、ホイールブレーキ５（図１参照）に接続された出口弁７は、開位置に切換えられ、ポイントＢに達するまで、ホイールブレーキ５の迅速な減圧が開始される。初期の急激な減圧の後、部分的な電流値Ｉ１の遮断（ポイントＣ）まで、弁閉鎖部材９の絞られた位置により、出口弁７が閉まった後に、ホイールブレーキ５が平坦状態で増圧する。バルブスプリング４の作用により、弁閉鎖部材９は、その絞り位置から、完全に開いた弁切換位置に移動し、この結果、ポイントＣ−Ｄ間の圧力勾配が増大する。磁気コイル１３が、再度、部分的な電流値Ｉ１（ポイントＤ）で励磁されると直ちに、弁閉鎖部材は、再度、その絞り位置を占め、この結果、ポイントＥに向けて再度平坦な勾配で圧力が上昇する。スリップ制御付ブレーキシステムにおける通常の態様で出口弁７を開くことでホイールブレーキ５内の減圧段階が開始すると、出口弁７を通る流体量が、入口弁として作用する電磁弁の最も絞られた断面を通るよりも、当然にかなり多いため、特性曲線のポイントＦに達するまで急速に圧力が低下する。出口弁が、再度その閉位置に配置されると、ポイントＧに至るまで、弁閉鎖部材９の絞られた位置に応じて僅かに上昇する。ポイントＧで磁気コイル１３の励磁が中断すると、電磁弁は、絞られない開位置に戻され、ポイントＨに至るまでホイールブレーキ５内の圧力が急速に増大する。部分的な電流値Ｉ１により、電磁弁が再度絞り位置に切換えられると、ホイールブレーキ５内における平坦な圧力上昇が繰り返される。したがって、増圧勾配が小さいことにより、バルブノイズおよびペダルの脈動が確実に抑制される。

参照符号のリスト
１弁タペット
２弁座部材
３制動圧ジェネレータ
４バルブスプリング
５ホイールブレーキ
６圧力センサ
７出口弁
８弁ハウジング
９弁閉鎖部材
１０磁気アーマチュア
１１磁気コア
１２スリーブ
１３磁気コイル
１４圧力流体入口通路
１５圧力流体出口通路
１６ヨークタイプ金属シート
１７磁気プレート
１８低圧アキュムレータ
１９ポンプ
２０コントローラ

スリップ制御付ブレーキシステムに使用される型式の電磁弁の全体図。図１による電磁弁の制動圧の変化および電流の変化をプロットした図。図１による電磁弁の他の制動圧変化および電流変化をプロットした他の図。

Claims

磁気アーマチュアと協働し、基本位置でバルブスプリングにより弁座から離隔される弁閉鎖部材を収容する弁ハウジングを備え、電気的に励磁された弁位置で、この弁閉鎖部材は弁座の方向に移動し、磁気アーマチュアは磁気コアの方向に移動し、更に、磁気コアに取り付けられ、磁気アーマチュアがその内部を軸方向に案内されるスリーブと、このスリーブの周部に配置され、磁気アーマチュアを開位置から閉弁位置に切換え作動する磁気コイルとを備える、特にスリップ制御付自動車ブレーキシステム用の電磁弁であって、
前記磁気コイル（１３）は、一定に調整された切換電流値（Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３）で作動され、磁気コイル（１３）の電気的な無励磁状態で完全に開き、部分的に励磁された状態で絞るために部分的に開き、完全励磁状態で閉じられることを特徴とする電磁弁。
バルブスプリング（４）は、好ましくは累進的なばね特性曲線を有し、このばね力は、磁気コイル（１３）が部分的に励磁された状態で、部分的に開いた切換位置を維持する請求項１に記載の電磁弁。
弁閉鎖部材（９）の上流側および下流側の液圧を示す手段が設けられ、部分的に開いた切換位置で、弁閉鎖部材（９）の作用する液圧の差圧を検出する請求項１又は２に記載の電磁弁。
液圧差を検知するため、圧力センサ（６）が弁閉鎖部材（９）の上流側および下流側に配置され、弁閉鎖部材（９）の差圧を示す圧力センサ信号を評価するために、磁気コイル（１３）を作動する電子コントローラ（２０）に接続されることを特徴とする請求項３に記載の電磁弁。
制動圧ジェネレータ（３）からホイールブレーキ（５）に接続するスリップ制御付自動車ブレーキシステムの制動圧管路に介挿される請求項３に記載の電磁弁であって、
圧力モデルのパフォーマンスグラフを、磁気コイル（１３）を作動する電磁コントローラ（２０）に記憶させ、部分的に開いた切換位置で弁閉鎖部材（９）に作用する液圧差を示し、前記パフォーマンスグラフで、ホイールブレーキ（５）および制動圧ジェネレータ（３）内の圧力変化を表現させることを特徴とする電磁弁。
ホイールブレーキ（５）内の圧力変化を示す圧力モデルの演算は、車両の減速度、制動圧ジェネレータ内のパイロット圧、制動圧の増圧および制動圧の減圧特性等の車両関連およびブレーキ関連のパラメータによって行われる請求項５に記載の電磁弁。
制動圧ジェネレータ（３）の圧力モデルの演算は、磁気コイル（１３）の作動による所要の制動圧の増圧に必要な制動圧増圧パルスの数あるいは制動圧増圧パルスの継続時間にしたがって行われ、計算は、ホイールブレーキ（５）の圧力モデルから知られるホイールブレーキ圧によって行われることを特徴とする請求項５に記載の電磁弁。
磁気アーマチュアと協働し、基本位置でバルブスプリングにより弁座から離隔される弁閉鎖部材を収容する弁ハウジングを備え、電気的に励磁された弁位置で、この弁閉鎖部材は弁座の方向に移動し、磁気アーマチュアは磁気コアの方向に移動し、更に、磁気コアに取り付けられ、磁気アーマチュアがその内部を軸方向に案内されるスリーブと、このスリーブの周部に配置され、磁気アーマチュアを開位置から閉弁位置に切換え作動する磁気コイルとを備える、特にスリップ制御付自動車ブレーキシステム用の電磁弁であって、
弁の切換えノイズを減少するため、磁気コイル（１３）は、単一の切換電流値（Ｉ１）で、磁気コイル（１３）が電気的に励磁状態の時に部分的に開いた状態を維持するように作動され、これにより、弁座（２）と弁閉鎖部材（９）との間に、絞り付の圧力流体接続部が設けられることを特徴とする電磁弁。