JP3593862B2 - 電磁流量制御弁 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はソレノイドへの通電に応じて連続的に開度が変化するスプール式の電磁流量制御弁で、例えば動力舵取装置において車速等の走行状態に応じて操舵力を制御するために使用するのに適したものに関する。
【0002】
【従来の技術】
この種の電磁流量制御弁には、例えば図6に示すように、バルブ本体10の内孔11に軸線方向摺動可能に嵌装したスプール2をソレノイド17への通電に応じて変位させて、第1及び第2ポート13,14の間の流量を制御するようにしたものがある。スプール2の外周には内孔11の内周面との間に中間室R2が形成され、スプール2に軸線方向に貫通して形成されて一端側が第1ポート13に連通されたパス穴3は横穴4により中間室R2に連通され、中間室R2と第2ポート14の間にはスプール20の変位に応じて開度が変化する可変絞りSが設けられている。パス穴3の一部である延長部3aはスプール2を貫通して内孔11の奥部との間に形成されるバランス室R3に開口している。図に示す作動状態では、ソレノイド17により磁化されたヨーク16の吸引力とスプリング25の弾性力が釣り合ってスプール2の軸線方向位置が定まり、従って可変絞りSの開度も定まる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
この種の電磁流量制御弁を使用した動力舵取装置には、図4及び図5に示すようなものがある。ロータリータイプのサーボ弁40は、図4に示すように、操舵ハンドルから加わる操舵トルクに応じて相対回動するバルブボディ41とバルブロータリ42よりなり、この両部材41,42の間には相対回動によりそれぞれ開度が変化するクローズドバルブT1,T2、低速用オープンバルブL1〜L6及び高速用オープンバルブH1,H2が形成されている。クローズドバルブT1,T2及び低速用オープンバルブL1,L2は、図5に示すように、四角いループ状に連結されて一方の対角線となる頂点部がそれぞれポンプ35とリザーバ36に連通され、他方の対角線となる頂点部の間には動力舵取装置のパワーシリンダCが接続されている。残りの低速用オープンバルブL3〜L6と高速用オープンバルブH1,H2も、図5に示すように、六角のループ状に連結されて図示の対角線となる頂点部がそれぞれポンプ35とリザーバ36に連通され、リザーバ36側となる2つの頂点部の間は図6に示すような電磁流量制御弁VAを設けたバイパス通路37により連通されている。
【0004】
操舵トルクが0となる中立位置からのバルブボディ41とバルブロータリ42の相対回動に対する各バルブの開度の変化特性につき述べれば、先ず図5において対称に配置された各1対のバルブ(例えばT1とT2)の特性は、何れも逆向きで同一である。各クローズドバルブT1,T2は操舵トルクが0となる中立位置で完全に閉じており、それから所定の向きに所定角度相対回動すれば開き始めるものである(逆向きの相対回動では閉じたまま)。各オープンバルブL1〜L6,H1,H2は中立位置で開いており、それから前記と逆の所定の向きに所定角度相対回動すれば閉じるものである(逆向きの相対回動では開度が次第に増大する)が、その所定角度は低速用オープンバルブL1〜L6の方が小さく高速用オープンバルブH1,H2の方が大きい。
【0005】
図4及び図5に示す動力舵取装置では、操舵トルクによるバルブボディ41とバルブロータリ42の相対回動及び車速による電磁流量制御弁VAの開度に応じてパワーシリンダCに加わる流体圧が変化して操舵アシスト力が適切に制御される。しかしながらこのような動力舵取装置では、作動状態によってはバイパス通路37を通る流量がかなり増大することがある。例えば、クローズドバルブT2が開く直前までバルブロータリ42がバルブボディ41に対し時計回転方向に回動された状態では、低速用オープンバルブL3,L6の開度はかなり小さくなり、低速用オープンバルブL4,L5の開度はかなり大きくなる(高速用オープンバルブH1の開度はあまり小さくなく、高速用オープンバルブH2の開度は非常に大きい)。この状態ではポンプ35からの作動流体は全量が電磁流量制御弁VA側のループを通り、しかもその大部分は高速用オープンバルブH2、低速用オープンバルブL4からバイパス通路37を通って低速用オープンバルブL5に流れるので、電磁流量制御弁VAを通る流量が相当増大する。バルブボディ41とバルブロータリ42が更に相対回動してクローズドバルブT2が開き始めれば、電磁流量制御弁VA側のループを通る流量は全体としては減少し始めるが、対象に配置されたバルブL3とバルブL4の開度の差、及びバルブL5とバルブL6の開度の差は何れも増大するので、バイパス通路37を通る流量はあまり減少しない。すなわちクローズドバルブT2が開いた後でもその開度がある程度大きくなるまでは、電磁流量制御弁VAを通る流量は相当増大した状態のままである。
【0006】
ところで図6に示すような従来技術では、一方の向き(例えば右向き)にハンドルを切った場合にパス穴3を実線矢印のように流れる作動流体によりパス穴3の第1ポート13側開口と横穴4の間にΔPaなる圧力損失が生じたとすれば、スプール2の両側となる第1室R1とバランス室R3の間の圧力差もΔPaとなるので、スプール2には実線矢印の向きに次の力F1が加わる。
【0007】
F1=ΔPa・π(D2−d2)/4
但し D:スプール2の外径
d:パス穴3の内径
また逆向き(例えば左向き)にハンドルを切ってパス穴3に破線矢印のように作動流体が流れれば、スプール2には破線矢印の向きに力F1が加わる。パス穴3を通る作動流体の流量が少ない場合はこの力F1は特に問題にはならないが、図4及び図5で説明した理由などにより、電磁流量制御弁VA従ってパス穴3を通る流量が多くなって圧力損失ΔPaが大きくなるとこの力F1も大きくなり、このためスプール2は、ソレノイド17とスプリング25による釣り合い位置からハンドルを切る向きに応じて軸線方向何れかの向きに変位する。これによりソレノイド17への印加電流が変わらなくても、ハンドルを切る向きにより可変絞りSの開度が減少または増大するので、パワーシリンダCに加わる作動流体圧が変化し、右切りと左切りとでハンドルトルク特性が異なったものとなってしまう。
【0008】
電磁流量制御弁において作動流体が流れる向きにより作動特性が異なることは、上述したような動力舵取装置の場合に限らず、種々の不都合をもたらす原因になる。
本発明はパス穴を通る作動流体の圧力損失によりスプールに加わる軸線方向の力を減少させあるいはほゞ0にして、このような問題を解決することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明による電磁流量制御弁は、内孔とこの内孔を介して互いに連通する第1及び第2ポートを有するバルブ本体と、内孔に軸線方向摺動可能に嵌装されこの内孔の内周面及び奥部との間に中間室及びバランス室を形成するスプールと、このスプールを軸線方向に貫通して一端側が第1ポートに連通され他端側がバランス室に連通されるパス穴と、このパス穴から分岐されて中間室に開口する横穴と、中間室と第2ポートの間に形成されスプールの軸線方向変位に応じて開度が連続的に変化する可変絞りと、スプールを軸線方向に付勢するスプリングと、印加される制御電流に応じてスプリングに抗してスプールを連続的に変位させるソレノイドを備えてなる電磁流量制御弁に関するものであり、パス穴及び横穴により構成される連通路に対し並列に配置された外周通路をスプールに形成し、第1ポートと中間室を、パス穴及び横穴を介して連通するとともに、外周通路を介して連通したことを特徴とするものである。
【0010】
前項の電磁流量制御弁は、パス穴、横穴及び外周通路の流通抵抗及び通路面積を、
(P1−P3)・π(D2−d2)/4 − (P1−P2)・B
但し D:スプールの外径
d:パス穴の内径
B:外周通路の断面積の合計
P1:第1ポートにおける作動流体圧
P2:中間室内の作動流体圧
P3:バランス室内の作動流体圧
がほゞ0となるように選択することが好ましい。このようにすれば、パス穴を通る作動流体の圧力損失によりスプールに軸線方向の力が加わらなくなる。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下に図1〜図5により、本発明を動力舵取装置用の電磁流量制御弁に適用した場合の実施の形態の説明をする。なお図1〜図3に示す電磁流量制御弁Vは、スプール20の構造を除き、図6に示す従来技術の電磁流量制御弁VAと実質的に同じであるので、同一部分には同一符号を付して示す。
主として図1に示すように、電磁流量制御弁Vのバルブ本体10は鉄などの磁性体のケース部10bとその先に一体的に嵌合固着された非磁性体のスリーブ部10aよりなり、ケース部10bにはスリーブ部10aと反対側に非磁性体のスペーサを介して磁性体のヨーク16が一体的に固着されている。スリーブ部10a、ケース部10b、スペーサ及びヨーク16は同軸的に結合され、それらの内周には連続した内孔11が形成され、内孔11の先端部が第1ポート13を構成している。スリーブ部10aには、その軸線方向中間位置となる内孔11の内周に環状溝12が形成され、この環状溝12の内部は円周方向等間隔に配置された4個の第2ポート14を介してスリーブ部10aの外周面に開口されている。ヨーク16とカラーとこれに続くケース部10bの一部には、ソレノイド17が巻き付けられている。
【0012】
図1〜図3に示すように、スプール20は磁性体の本体部とその先端側の多少小径とした部分の外周に嵌合固着したスリーブ20aよりなり、それらの外周面は内孔11の内周面に軸線方向摺動可能に嵌合するように仕上げられている。スプール20の小径部の根本側となる段部と、これと対向するスリーブ20aの端面の間には多少の間隔が設けられている。このスプール20を内孔11に嵌合すれば、内孔11の内周面とスプール20の間に環状の中間室R2が形成され、また内孔11の奥部とスプール20の間にはバランス室R3が形成される。第1ポート13と中間室R2はスプール20を同軸的に貫通するパス穴21とその途中から分岐される横穴22により連通されている。
【0013】
スリーブ20aが嵌合固着されるスプール20の本体の小径部は全長にわたり二面取りされ、この二面取りの表面とスリーブ20aの内面との間に形成されるかまぼこ形断面形状の2つの外周通路24によっても、第1ポート13は中間室R2に連通される。すなわち第1ポート13と中間室R2は、パス穴21及び横穴22により構成される連通路とこれに対し並列に配置された外周通路24とにより連通されている。なお横穴22の中間室R2側は、二面取りの表面に開口されている。中間室R2側となるスリーブ20aの端縁には、後述するように環状溝12と協働して可変絞りSを形成する2個のU字状のスリット23が形成されている。
【0014】
内孔11の内周面に摺動可能に嵌合されたスプール20は、ヨーク16に同軸的に設けた調節ねじとの間に介装したスプリング25により第1ポート13側に付勢され、ソレノイド17に電流を印加しない自由状態では、第1ポート13側となる内孔11の内周面に係止した止め輪15に当たって停止されている。ソレノイド17に電流を印加すれば、スプール20は磁化されたヨーク16による吸引力とスプリング25の弾性力が釣り合う軸線方向位置まで移動する。スリーブ20aが止め輪15と当接している自由状態では、スリット23の大部分が環状溝12内に入り、スリット23と環状溝12が重なる部分で構成される可変絞りSの開度は最大となり、ヨーク16の吸引力によりスプール20がスプリング25に抗して移動するにつれて可変絞りSの開度は減少し、スプール20後端に固定したカラー26がヨーク16と当接する最大ストローク位置では可変絞りSの開度は最小となる。
【0015】
電磁流量制御弁Vは、図1に示すように、取付基体30にねじ込んで取り付けられる。スリーブ部10aの先端部は取付基体30に形成した嵌合孔31に液密に差し込まれ、これにより取付基体30との間には、第1ポート13と連通される第1室R1及び第2ポート14と連通される第2室R4が形成される。第1室R1と第2室R4には、二分されたバイパス通路37の一方と他方が連通されている。
【0016】
この実施の形態では、電磁流量制御弁Vは図4及び図5に示すような車速感応式の動力舵取装置に組み込まれて使用される。この動力舵取装置は、車速センサ45により検出された車速に基づき電磁流量制御弁Vのソレノイド17への印加電流を制御するコントローラ46を備えている。コントローラ46は、車速が上昇するにつれてソレノイド17への印加電流を減少させて、電磁流量制御弁Vの開度を大きくするものである。これ以外のこの動力舵取装置の作用は従来技術の説明の際に詳細に述べてあるのでここでは説明を省略する。
【0017】
次に上記実施の形態の電磁流量制御弁Vを図4及び図5に示すような動力舵取装置に適用した場合の作動の説明をする。クローズドバルブT2が開くまでハンドルを右向きに切ればパワーシリンダCにはアシスト力が生じ、低速用オープンバルブL3,L6の開度はかなり小さくなり、低速用オープンバルブL4,L5の開度はかなり大きくなり(高速用オープンバルブH1の開度はあまり小さくなく、高速用オープンバルブH2の開度は非常に大きい)、バイパス通路37には作動流体が図5において右向き(図4では上向き)に流れる。この状態で車速が上昇すればソレノイド17への印加電流が減少し、電磁流量制御弁Vの開度が大きくなるので、パワーシリンダCに加わる作動流体圧が減少してアシスト力も減少する。これと逆に車速が低下すればパワーシリンダCのアシスト力は増大する。すなわち車速に感応する操舵力制御が行われる。ハンドルを左向きに切った場合は、作動流体が左向きに流れる点を除き、同様な操舵力制御が行われる。
【0018】
図1に示す電磁流量制御弁Vでは、例えば右向きにハンドルを切った場合、作動流体は実線矢印に示すように第1ポート13からパス穴21の一部と横穴22を通って中間室R2に流れる。パス穴21の横穴22から第1ポート13までの間の部分の管路抵抗と横穴22の管路抵抗を考慮すれば、第1室R1、中間室R2及びバランス室R3内の圧力P1,P2及びP3は異なったものとなり、各圧力の間の関係は P1>P3>P2 となる。これらの圧力の差によりスプール20に実線矢印の向きに加わる力Faとこれと逆向きに加わる力Fbとは次のようになる。
【0019】
Fa=P1{π(D2−d2)/4 − B}+P2・B
Fb=P3・π(D2−d2)/4
但し D:スプール20の外径
d:パス穴21の内径
B:外周通路24の断面積の合計
スプール20に加わる実線矢印の向きの力F2は、差し引き Fa−Fb で、これを整理すれば次の通りとなる。
【0020】
但し ΔPa=P1−P3
ΔPb=P1−P2
この力F2が0となるように、作動流体が通るパス穴21、横穴22及び外周通路24の流通抵抗及び通路面積を選択すれば、このような力のために作動流体の流れる向きにより電磁流量制御弁Vの作動特性が異なったものとなり、右切りと左切りとでハンドルトルク特性が異なったものとなるという問題はなくなる。なお上記式から導かれることであるが、外周通路24の断面積Bが0の場合は力F2は実線矢印の向きとなり、横穴22の通路面積が0の場合は力F2はこれと逆向きとなるので、上述したような選択が可能なことは明らかである。なおハンドルを左向きに切って作動流体が破線矢印で示す向きに流れる場合には、各圧力の関係は P2>P3>P1 となるが、右切りのときにF2=0となるようにすれば、左切りのときにもF2=0となる。
【0021】
上記実施の形態では、F2=0となるようにパス穴21、横穴22及び外周通路24の流通抵抗及び通路面積を選択したが、本発明は力F2が実用上問題とならない程度に低くすれば充分で、必ずしも0にする必要はない。上記実施の形態の力F2と先に述べた図6の従来技術における力F1とを比較すれば、ΔPb=P1−P2>0 であるので、常に F2<F1 となる。すなわちこの実施の形態においてスプール20に加わる力は、パス穴21を通る作動流体の圧力損失ΔPaにより前述した従来技術の場合よりも常に減少する。従って、電磁流量制御弁Vを通る作動流体の流量が多くなった場合に右切りと左切りとでハンドルトルク特性が異なったものとなるという問題は少なくなる。
【0022】
上記実施の形態では、外周通路24は、スプール20の本体の小径部に全長にわたり形成した二面取りとスリーブ20aにより形成したが、二面取りの代わりに軸線方向の縦溝としてもよく、縦溝の数も任意である。またスプール20はスリーブ20aを用いない一体削り出しとし、外周通路24はパス穴21と平行な孔としてもよい。
【0023】
【発明の効果】
上述のように、本発明によれば、電磁流量制御弁のスプールのパス穴を通る作動流体の圧力損失によりスプールに加わる軸線方向の力が減少するので、作動流体が流れる向きにより作動特性が異なることによる不都合を減少させることができる。
【0024】
また、パス穴、横穴及び外周通路の流通抵抗及び通路面積を、
(P1−P3)・π(D2−d2)/4 − (P1−P2)・B
がほぼ0となるように選択したものによれば、パス穴を通る作動流体の圧力損失によりスプールに加わる軸線方向の力が0になるので、作動流体が流れる向きにより作動特性が異なることによる不都合をなくすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による電磁流量制御弁の一実施形態の縦断面図である。
【図2】図1の2−2断面図である。
【図3】図2の3−3断面図である。
【図4】図1の電磁流量制御弁を使用した動力舵取装置の構造図で、サーボ弁の横断面を主体とする図である。
【図5】図1の電磁流量制御弁を使用した動力舵取装置の全体構成図である。
【図6】従来技術による電磁流量制御弁の一例の縦断面図である。
【符号の説明】
10…バルブ本体、11…内孔、13…第1ポート、14…第2ポート、17…ソレノイド、20…スプール、21…パス穴、22…横穴、24…外周通路、25…スプリング、R2…中間室、R3…バランス室、S…可変絞り、V…電磁流量制御弁。
Claims (2)
- 内孔とこの内孔を介して互いに連通する第1及び第2ポートを有するバルブ本体と、前記内孔に軸線方向摺動可能に嵌装されこの内孔の内周面及び奥部との間に中間室及びバランス室を形成するスプールと、このスプールを軸線方向に貫通して一端側が前記第1ポートに連通され他端側が前記バランス室に連通されるパス穴と、このパス穴から分岐されて前記中間室に開口する横穴と、前記中間室と前記第2ポートの間に形成され前記スプールの軸線方向変位に応じて開度が連続的に変化する可変絞りと、前記スプールを軸線方向に付勢するスプリングと、印加される制御電流に応じて前記スプリングに抗して前記スプールを連続的に変位させるソレノイドを備えてなる電磁流量制御弁において、前記パス穴及び横穴により構成される連通路に対し並列に配置された外周通路を前記スプールに形成し、前記第1ポートと中間室を、前記パス穴及び横穴を介して連通するとともに、前記外周通路を介して連通したことを特徴とする電磁流量制御弁。
- 前記パス穴、横穴及び外周通路の流通抵抗及び通路面積を、
(P1−P3)・π(D2−d2)/4 − (P1−P2)・B
但し D:スプールの外径
d:パス穴の内径
B:外周通路の断面積の合計
P1:第1ポートにおける作動流体圧
P2:中間室内の作動流体圧
P3:バランス室内の作動流体圧
がほゞ0となるように選択したことを特徴とする請求項1に記載の電磁流量制御弁。
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