JP2006348794A - 流量制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 オイルポンプの吐出圧が高回転、かつ低圧時においてもポンプ室内のキャビテーションを防止する流量制御装置を提供する。
【解決手段】 流量制御弁１のスプール１１の一端に第１受圧面１２を設け、また他端に第１受圧面１２よりも面積の広い第２受圧面１３を設け、第１受圧面１２および第２受圧面１３にそれぞれ絞り５の前後の油圧（絞り前油圧Ｐ１、ライン圧ＰＬ）を作用させる。流量制御弁１はライン圧ＰＬの高低によってオリフィス流量Ｑｏｒｆが変化するものとなり、ライン圧ＰＬの低圧時には高圧時に比べてオリフィス流量Ｑｏｒｆが少なくなる。したがって、オイルポンプ２が高回転、かつライン圧ＰＬが低油圧時でありキャビテーションが発生しやすい場合にも、多くのオイルをポンプ室内に供給することができ、確実にキャビテーションを防止することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、オイルポンプの吐出流量を制御する流量制御装置に関する。

オイルポンプの吐出ポートから吐出されたオイルのうち、余剰オイルを吸入ポート側に還流させてキャビテーションの発生を防止する流量制御装置として、たとえば特開２００１−１８２６６４号公報に記載のものがある。
この流量制御装置は、オイルポンプの吐出ポートに連通し加圧されたオイルが流れる吐出回路に、絞り（オリフィス）を設けるとともに、一端側に吐出回路の絞り前の回路に連通する第１ポートと、スプール穴の他端側に吐出回路の絞り後の回路に連通する第２ポートと、オイルポンプの吸入回路に連通する第３ポートとを有するスプール穴と、一端側に絞り前の油圧が作用する第１受圧面と、他端側に絞り後の油圧が作用し、受圧面と同一面積の第２受圧面とを備えたスプールと、前記スプールに他端側から一端側へ付勢力を作用させるスプリングと、を有する流量制御弁とを設け、絞り前後の差圧に応じて第３ポートを開閉して、余剰オイルを吸入回路側に排出するよう作動している。

このとき、上記流量制御弁は、図６に示すような特性で作動する。すなわち、オイルポンプの回転数が上昇してオイルポンプの吐出流量が増加するにしたがって、吸入回路側に排出する流量を増加させて、オリフィス流量がほぼ一定値となるよう作動する。これにより、流量制御弁から吸入回路側に排出されたオイル（余剰オイル）は、吸入ポートに還流し、この還流するオイルの効果によってオイルポンプのポンプ室へのオイルのチャージ効果を高め、オイルポンプのオイル吸入工程でのキャビテーションを防止している。
特開２００１−１８２６６４号公報

しかしながら、特許文献１の流量制御装置においては流量制御弁のオイルの受圧面が同一に設定されており、オイルポンプの吐出回路の油圧によらず、オイルポンプの回転数のみに依存してオリフィス流量が増減するため、以下の問題点がある。
一般的に、オイルポンプの吐出回路の油圧が高い場合には、低い場合と比較して、例えばシール部等からのオイルリーク量が多くなる。このため、吐出回路の油圧が高いときを基準にして、オリフィスの下流側の油量収支が成立するようにオリフィス流量の特性設定がなされている。したがって、オイルポンプの吐出回路の油圧が低い場合には、全般的にオリフィス下流側へ供給されるオリフィス流量が過剰となり、燃費の悪化を招いていた。
さらに、一般的に、オイルポンプが高回転領域、かつ吐出回路の油圧が低い状態で作動するときにポンプ室内にキャビテーションが発生し易い。
しかしながら、上記の流量制御装置は低油圧状態のときには、上述したように、オリフィス下流側に過剰にオイルを供給しているにも関わらず、ポンプの吸入回路に戻す余剰油の油量が少ないため、このような状況下ではオイルポンプが吸入する油量が不足してポンプ室内でキャビテーションが発生し、エロージョンによりオイルポンプの部品の耐久性を悪化させるといった問題があった。

そこで本発明はこのような問題点に鑑み、オイルポンプの吐出回路の油圧が低圧時においても過剰なオリフィス流量油圧の供給を防止するとともに、ポンプ室内のキャビテーションを防止する流量制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、オイルポンプの吐出ポートに連通する吐出回路を流れるオイルの流量を制御し、吐出回路のうち余剰となったオイルを、ポンプの吸入ポートに連通する吸入回路にリターンオイルとして還流させる流量制御手段を備えた流量制御装置において、流量制御手段は、オイルポンプが所定回転数以上の領域では、同一のポンプ回転数で比較したとき、吐出回路の油圧が低いほど、リターンオイルの流量が多くなるように作動するように構成されているものとした。

本発明によれば、オイルポンプが所定回転数以上の領域では、流量制御手段が吐出回路の油圧が低くなるにしたがって、同一回転数で比較したときに、吸入回路へのリターンオイルの量が多くなるよう作動するため、吐出回路の低圧時に下流側に過剰な油圧の供給を防止できるとともに、とくにオイルポンプの回転数の高回転、かつオイルポンプの吐出回路の油圧が低いようなキャビテーションの発生し易い状況下であっても、多くのオイルを吸入回路を介してポンプ室内に供給することができるため、確実にキャビテーションを防止することができる。
一方、オイルポンプの下流側においてオイルのリーク量が多くなる吐出回路の油圧が高い場合には、リターンオイルの量を少なくすることにより、オイルのリークによってオイルポンプの下流側においてオイルが不足することが無い油量を、オイルポンプの下流側に供給することができる。

次に本発明の実施の形態を実施例により説明する。
なお本実施例は、流量制御弁によって、自動変速機のライン圧を生成するベーンポンプから吐出されるオイルの流量を制御するものとする。
図１は、流量制御弁をベーンポンプの吐出ポートに連通する吐出回路に適用した油圧回路を示す図である。
ベーンポンプ２がオイルパン７に溜まるオイルを吸入回路３を通じて吸入ポート３Ａから吸入し、ベーンポンプ２の内部でオイルを加圧した後、吐出ポート４Ａから吐出回路４に吐出する。
ベーンポンプ２は、いわゆる平衡型ベーンポンプであり、断面が略楕円形の内周面を有するカムリング２２と、カムリング２２の内部に配置され、エンジンの回転力によって駆動されるロータ２０と、ロータ２０の外周縁から突出する複数のベーン２１とより構成される。

ベーン２１はロータ２０の直径方向に移動可能であり、ベーンポンプ２の動作時には、ベーン２１の先端がカムリング２２の内周面に接触した状態でロータ２０がカムリング２２内で回転する。
ベーンポンプ２はオイルを吸い込んでカムリング２２の内部へ引き込むための吸入ポート３Ａを２つ備え、それぞれの吸入ポート３Ａに吸入回路３が接続される。
またベーンポンプ２は加圧したオイルをカムリング２２の外部へ吐出するための吐出ポート４Ａを２つ備え、それぞれの吐出ポート４Ａに吐出回路４が接続されている。
なおベーンポンプ２の構成は、既知のものを用いることができる。

吐出回路４にはベーンポンプ２からのオイルの吐出流量を制御するため、絞り５（流量制御手段）と流量制御弁１（流量制御手段）とが設けられている。
流量制御弁１は、図２に示すように一端側に絞り前の吐出回路４部分に接続する第１ポート３０Ａと、他端側に絞り後の吐出回路４部分に接続する第２ポート３０Ｂと、吸入回路３に連通する吸入リターン回路に接続する第３ポート３０Ｃとを有するスプール穴３０と、該スプール穴３０に移動可能に挿入された一端側及び他端側にそれぞれ第１受圧面１２及び第２受圧面１３を有するスプール１１と、スプール穴内３０で他端側から一端側へ付勢力Ｆｓｐを第２受圧面１３に作用するバネ１０とから構成されている。
流量制御弁１のスプール１１の第１受圧面１２には、絞り５によって絞る前の油圧（以下、絞り前油圧Ｐ１と呼ぶ）が作用し、第２受圧面１３には絞り５によって絞った後の絞り後油圧（以下、ライン圧ＰＬと呼ぶ）が作用し、また、第２受圧面１３は、第１受圧面１２よりも面積が広く設定されている。

流量制御弁１は、入力された絞り前油圧Ｐ１のうちの余剰油を吸入リターン回路６及び吸入回路３を通じて吸入ポート３Ａへ戻すよう作用し、この吸入リターン回路６へ戻す余剰油の量を変化させることによって絞り５を通過する油の流量を制御している。
吸入リターン回路６から吸入回路３に戻されたオイルは、ベーンポンプ２内にオイルを押し込むいわゆるスーパーチャージ効果を発生させ、ベーンポンプ２のオイルの吸入工程でのキャビテーションを防止している。

ベーンポンプ２によって加圧され、絞り５と流量制御弁１によって流量が制御された油がライン圧ＰＬとして自動変速機内のクラッチ・ブレーキ等９に供給される。
ここで、図示しない自動変速機コントローラが、車両の走行状態やエンジンの出力トルク等に応じて必要なライン圧ＰＬの値を決定する。
ソレノイドバルブはライン圧ＰＬの決定値にもとづいてソレノイド圧（ＳＯＬ圧）を生成して、該ソレノイド圧をリリーフ弁８に作用させる。
クラッチ・ブレーキ等９に供給されるライン圧ＰＬは、ソレノイド圧に応じて作動するリリーフ弁８によって、油圧値が制御される。

次に流量制御弁の詳細な構成について説明する。
図２の（ａ）〜（ｃ）に、流量制御弁１の状態の変化を示す。
図２の（ａ）は吸入リターン回路６が閉じられた状態を示し、図２の（ｂ）は吸入リターン回路６が開口し始めた状態を示し、図２の（ｃ）は吸入リターン回路６が完全に開口した状態を示す。
ベーンポンプ２から吐出された絞り５によって絞られる前の絞り前油圧Ｐ１を、流量制御弁１内に備えられたスプール１１の図２の（ａ）中左側の端部（第１受圧面１２）に作用させ、絞り５によって絞られた後のライン圧ＰＬをスプール１１の図２の（ａ）中右側の端部（第２受圧面１３）に作用させる。

絞り前油圧Ｐ１が大きくなり、ライン圧ＰＬとバネ付勢力Ｆｓｐとの合計の力に打ち勝つと、スプール１１が図２の（ａ）中の右方に移動し、図２の（ｂ）に示すように吸入リターン回路６が開口し始める。
さらに絞り前油圧Ｐ１が大きくなると、スプール１１がさらに図２の（ｂ）中の右方へ移動し、吸入リターン回路６が完全に開口する（図２の（ｃ）に示す状態）。
このように吸入リターン回路６が開口すると吐出回路４と吸入リターン回路６とが連通し、絞り前油圧Ｐ１の油が余剰油として吸入リターン回路６に流れ込む。
吸入リターン回路６に流れ込んだ余剰油は吸入回路３を通ってベーンポンプ２の吸入ポート３Ａに戻される。

また、絞り前油圧Ｐ１が小さくなるとスプール１１が図２の（ｃ）中の左方へ移動して吸入リターン回路６を塞ぎ、吸入リターン回路６への油圧の流れが遮断される。
このように絞り５の前後の油圧（絞り前油圧Ｐ１、ライン圧ＰＬ）の圧力差に応じて、流量制御弁１が絞り５を通過するオイルの流量を制御する。

次に、絞り５を通過するオリフィス流量について説明する。
図３に、流量制御弁１の模式図を示す。
ここで、第１受圧面１２の受圧面積をＡ１とし、第２受圧面１３の受圧面積をＡ１＋Ａ２とする。
スプール１１に作用する力は次式によって示すことができる。

また、ΔＰ＝Ｐ１−ＰＬとして式１を変換すると、

となる。
これにより絞り前油圧Ｐ１とライン圧ＰＬとの差圧ΔＰは、ライン圧ＰＬの影響を受けて変化する。
すなわち図４に示すように、ライン圧ＰＬが高い時には差圧ΔＰも高くなり、ライン圧ＰＬが低い時には差圧ΔＰも低くなる。

また絞り５を通過するオリフィス流量Ｑｏｒｆは、次式によって表すことができる。

なお、ｃは流量係数、Ａは絞り５の断面積、ρはオイル密度とする。
式３より、差圧ΔＰが大きくなると、オリフィス流量Ｑｏｒｆは増加する。
したがって、式２と式３とより、差圧ΔＰが大きくなる、すなわちライン圧ＰＬが高くなると、絞り５を通過するオリフィス流量Ｑｏｒｆは多くなる。

またベーンポンプ２が吐出するオイルの流量（絞り５のベーンポンプ２側を流れる流量）をポンプ吐出流量Ｑｐｕｍｐとし、流量制御弁１から吸入リターン回路６へ流れ込むオイルの流量をリターン回路流量Ｑｒｔｒｎとすると、次式が成立する。

次に式２〜式４にもとづいて、所定回転数における本発明の流量制御弁１の絞り５を通過するオリフィス流量Ｑｏｒｆ及びリターン回路流量Ｑｒｔｒｎについて考察する。
ライン圧ＰＬが上がれば差圧ΔＰは高くなる。よって、オリフィス流量Ｑｏｒｆは増え、吸入リターン回路６へ流れるリターン回路流量Ｑｒｔｒｎは少なくなる。
したがってライン圧ＰＬが高い場合には、絞り５より下流側でのオイルのリーク量が多いため、絞り５を通過するオリフィス流量Ｑｏｒｆを多くする必要があるが、流量制御弁１はライン圧ＰＬが高い場合にリターン回路流量Ｑｒｔｒｎを少なくしてオリフィス流量Ｑｏｒｆを多くすることができ、クラッチ、ブレーキ等でのオイルの流量不足を防止できる。

一方、ライン圧ＰＬが下がれば差圧ΔＰは低くなる。よって、オリフィス流量Ｑｏｒｆは少なくなり、吸入リターン回路６へ流れるリターン回路流量Ｑｒｔｒｎは増加する。
したがってライン圧ＰＬが低い場合には、絞り５より下流側でのオイルのリーク量が少ないため、絞り５を通過するオリフィス流量Ｑｏｒｆをライン圧が高い場合に比べて少なくする必要があり、流量制御弁１はライン圧ＰＬが低い場合にリターン回路流量Ｑｒｔｒｎを増加させてオリフィス流量Ｑｏｒｆを少なくすることができ、燃費の悪化を防止することができる。

また絞り５を通過するオリフィス流量Ｑｏｒｆを少なくした分、流量制御弁１から吸入リターン回路６へ流れ込むリターン回路流量Ｑｒｔｒｎを増やすことができ、とくにポンプ高回転、かつライン圧ＰＬの低油圧時でのベーンポンプ２のオイルの吸入工程でのオイルのチャージ効果の効率を上げて、キャビテーションの発生をより一層防止することができる。

次に、ポンプ回転数とオリフィス流量Ｑｏｒｆとの関係を図を用いて説明する。
図５に、ポンプ回転数とオリフィス流量Ｑｏｒｆとの関係を示す。
ロータ２０の回転数が増加するとともにポンプ吐出流量Ｑｐｕｍｐも増加する。
流量制御弁１が作動するまでは、吐出回路４と吸入リターン回路６とが連通していないので（図２の（ａ）に示す状態）、ポンプ吐出流量Ｑｐｕｍｐ＝オリフィス流量Ｑｏｒｆとなる。

ベーンポンプ２のロータ２０の回転数が上がり所定回転数Ｎ１になると、ポンプ吐出流量が所定量以上になり、流量制御弁１が作動可能となる（スプール１１が移動して吐出回路４と吸入リターン回路６とが連通可能となる）。そして、このＮ１回転数以上の領域では、ライン圧ＰＬに応じて、吸入リターン回路６にリターン回路流量Ｑｒｔｒｎが流れると、オリフィス流量Ｑｏｒｆの上昇勾配が小さくなる。

ここで、ライン圧ＰＬが低い場合には、ライン圧ＰＬが高い場合と比較して、低い回転数でスプール１１が図２の（ａ）に示す状態から図２の（ｂ）に示す状態へと変化可能となる。
したがって、ライン圧ＰＬが低い場合には、ライン圧ＰＬが高い場合と比較してロータ２０の回転数が低い状態のときから流量制御弁１の作動が可能となる。
なお図５に、ライン圧ＰＬが制御範囲内で最低値の場合のオリフィス流量Ｑｏｒｆの変化特性を低圧時オリフィス流量Ｑｏｒｆ＿ｌとして示し、ライン圧ＰＬが制御範囲内で最高値場合のオリフィス流量Ｑｏｒｆの変化特性を高圧時オリフィス流量Ｑｏｒｆ＿ｈとして示す。つまり、本発明の実施例の流量制御弁１は、オリフィス流量Ｑｏｒｆがライン圧ＰＬに応じて低圧時オリフィス流量Ｑｏｒｆ＿ｌと高圧時オリフィス流量Ｑｏｒｆ＿ｈとの間の流量をとるよう作動している。

また、低圧時オリフィス流量Ｑｏｒｆ＿ｌおよび高圧時オリフィス流量Ｑｏｒｆ＿ｈともに流量制御弁１の作動後においても流量が増加しているが、この増加は、スプール１１を付勢するバネ１０の付勢力Ｆｓｐが、バネ１０の圧縮具合によって変化するためである。付勢力Ｆｓｐが一定であれば、流量制御弁１の作動後においてオリフィス流量は一定となる。

図５に示すように、ライン圧ＰＬが高圧時と低圧時とではベーンポンプ２のロータ２０の回転数が同じであったとしても、ポンプ吐出流量Ｑｐｕｍｐとオリフィス流量Ｑｏｒｆとの差分であるリターン回路流量Ｑｒｔｒｎは、ライン圧ＰＬが高いほうが少なく（高圧時リターン流量Ｑｒｔｒｎが少なく）、ライン圧ＰＬが低いほうが多く（低圧時リターン流量Ｑｒｔｒｎが多く）なる。

したがって上述のように、リーク量が多いライン圧ＰＬが高圧時にはリターン流量Ｑｒｔｒｎを少なくして絞り５を通過するオリフィス流量Ｑｏｒｆを多くすることができる。
また、リーク量が多いライン圧ＰＬの高圧時に油量収支が成立するようオリフィス流量Ｑｏｒｆを設定しても、ライン圧ＰＬの低圧時には絞り５を通過するオリフィス流量Ｑｏｒｆを少なくし、増加したリターン流量Ｑｒｔｒｎをベーンポンプ２に供給することができるので、ライン圧ＰＬ高圧時における油量不足を防止できるとともに、ライン圧ＰＬ低圧時における過剰なオリフィス流量の供給を防止して、燃費の悪化を防止し、さらにキャビテーションの発生し易いポンプ高回転、かつライン圧ＰＬ低圧時においてもベーンポンプ２のキャビテーションをより一層防止することができる。

本実施例は以上のように構成され、流量制御弁１のスプール１１の一端に第１受圧面１２を設け、また他端に第１受圧面１２よりも面積の広い第２受圧面１３を設け、第１受圧面１２および第２受圧面１３にそれぞれ絞り５の前後の油圧（絞り前油圧Ｐ１、ライン圧Ｐｌ）を作用させることにより、図５に示すように流量制御弁１は、ベーンポンプ２の所定回転数Ｎ１以上の領域において、同一回転数で比較したとき、ライン圧ＰＬの高低によってオリフィス流量Ｑｏｒｆが変化するものとなり、ライン圧ＰＬの低圧時には高圧時よりもオリフィス流量Ｑｏｒｆが少なくリターン流量Ｑｒｔｒｎが多くなる。
したがって、ライン圧ＰＬの低圧時に、多くのオイルをポンプ室内に供給することができるので、ライン圧ＰＬ低圧時における過剰なオリフィス流量の供給を防止して、燃費の悪化を防止し、さらにキャビテーションの発生し易いポンプ高回転、かつライン圧ＰＬ低圧時においてもベーンポンプ２のキャビテーションを確実に防止することができる。

一方、クラッチ・ブレーキ等９においてオイルのリーク量が多くなるライン圧ＰＬが高い場合には、ライン圧ＰＬ低圧時に比べてリターン回路流量Ｑｒｔｒｎの量を少なくすることにより、オイルのリークによってオイルが不足することが無いオリフィス流量Ｑｏｒｆをクラッチ・ブレーキ等９に供給することができる。 （以上、請求項１に対応する効果）
さらに、第２受圧面の面積を第１受圧面よりも大きく設定することで、リターン回路流量Ｑｒｔｒｎ及びオリフィス流量Ｑｏｒｆをライン圧ＰＬの高低に応じて変化させるようにしたため、従来に比べて大幅な設計変更や部品の追加や複雑な制御など行うことなく、適切な流量制御を行うことができる。 （請求項２に対応する効果）

なお本実施例において、流量制御弁１による流量制御対象のオイルポンプとして、自動変速機のライン圧を生成するベーンポンプ２を用いて説明したが、これ以外にも、たとえばパワーステアリング装置に用いられるポンプの吐出流量を制御するなど、他の装置に用いられるオイルポンプの吐出流量を制御することもできる。
また、オイルポンプの種類もベーンポンプ以外であってもよい。

さらに、別の実施例として、異なる大きさの受圧面を有するプール１１を備えた流量制御弁１に換えて、電子制御部からの指示にもとづいて開閉が制御される例えば電磁弁を用いることもできる。
この場合にも、ライン圧ＰＬが高い場合には電子制御部が電磁弁をリターン回路流量が少なくなる方向に制御し、ライン圧ＰＬが低い場合には電子制御部が電磁弁をリターン回路流量が多くなる方向に制御する。
これにより、上記の実施例と同様にオイルポンプのライン圧が低圧時には、オリフィス流量を低下させることができるので、燃費の悪化を防止できる。また、その分のリターン流量を増加させることができるので、ポンプ高回転、かつライン圧ＰＬ低圧時のキャビテーションが発生し易い状況であっても、確実にキャビテーションを防止することができる。また、ライン圧ＰＬが高圧時にあっても、クラッチ・ブレーキ等に十分な量のオイルを供給することができる。 （請求項１に対応する効果）

本発明における実施例を示す図である。 流量制御弁の状態の変化を示す図である。 流量制御弁の模式図である。 ライン圧と差圧の関係を示すグラフである。 オイルポンプの回転数とオリフィス流量との関係を示す図である。 従来の流量制御弁におけるオイルポンプの回転数とオリフィス流量との関係を示す図である。

符号の説明

１ 流量制御弁 （流量制御手段）
２ ベーンポンプ （オイルポンプ）
３ 吸入回路
４ 吐出回路
５ 絞り （流量制御手段）
６ 吸入リターン回路
７ オイルパン
８ リリーフ弁
９ クラッチ・ブレーキ等
１０ バネ
１１ スプール
１２ 第１受圧面
１３ 第２受圧面
２０ ロータ
２１ ベーン
２２ カムリング
３０ スプール穴
３０Ａ 第１ポート
３０Ｂ 第２ポート
３０Ｃ 第３ポート
Ｐ１ 絞り前油圧
ＰＬ ライン圧 （絞り後油圧）

Claims (2)

1. オイルポンプの吐出ポートに連通する吐出回路を流れるオイルの流量を制御し、
   該吐出回路のうち余剰となったオイルを、前記ポンプの吸入ポートに連通する吸入回路にリターンオイルとして還流させる流量制御手段を備えた流量制御装置において、
   前記流量制御手段は、前記オイルポンプが所定回転数以上の領域では、同一のオイルポンプ回転数で比較したとき、前記吐出回路の油圧が低いほど、前記リターンオイルの流量が多くなるように作動することを特徴とする流量制御装置。
2. 前記流量制御手段は、
   前記吐出回路に設けられた絞りと、
   一端側で前記絞り前の前記吐出回路に接続する第１ポートと、他端側で前記絞り後の前記吐出回路に接続する第２ポートと、前記吸入回路に接続する第３ポートとを有するスプール穴と、前記第１ポートからの、前記吐出回路の絞り前のオイルが絞り前油圧として作用する第１受圧面と、前記第２ポートからの、前記吐出回路の絞り後のオイルが絞り後油圧として作用するとともに、前記第１受圧面よりも面積の大きい第２受圧面とを有し、前記スプール穴内に設けられたスプールと、前記スプールに対して前記他端側から前記一端側方向への付勢力を作用させる弾性部材と、を備えた流量制御弁とによって構成され、
   該流量制御弁は、前記絞り後油圧が低いほど、前記第３ポートから排出する、前記絞り前の前記吐出回路のオイル流量が多くなるように作動することを特徴とする請求項１に記載の流量制御装置。

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