JP4122468B2 - 瞬時起動流量増幅動的負荷信号流体コントローラ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体コントローラに関し、より具体的には、動的負荷信号形式および流量増幅形式の両方の流体コントローラに関するものである。
【０００２】
このような流体コントローラは、一般的に、車両ポンプ等の加圧流体源から車両ステアリングシリンダ等の流体圧作動装置への流体の流れを制御するために使用され、また、ステアリングコントロールユニット（ＳＣＵ）と呼ばれるものである。
【０００３】
【従来の技術】
流量増幅形式の流体コントローラは、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第4,759,182 号に示されて説明されており、これは本説明に参考として含まれる。流量増幅形式のコントローラにおいては、バルブ機構は、流体メータを通る主流体通路と平行する可変増幅オリフィスを含む流体通路を形成する。一般的に、主流体通路は、入口ポートと流体メータとの間の主流量制御オリフィス（A1オリフィス）および流体メータとシリンダポートすなわちステアリングシリンダに接続するポートとの間の可変流量制御オリフィス（A4オリフィス）とを含んでいる。
【０００４】
一般的な流量増幅流体コントローラにおいては、可変増幅オリフィス（AQオリフィス）は、A1オリフィスが開き始めた後に開き始めるが、これは、当業者には周知の理由によるものであり、ここでは説明しない。ステアリング操作を開始するとすぐに作動できる流量増幅特性を有することが望ましいという特定の適用ではあるが、ここに述べられたオリフィスの段階的な配置は、その作動においてほぼ満足されてきている。一例では、流量増幅特性は、不等受圧面積ステアリングシリンダを有する車両を操舵するとき、（一方の旋回において、）シリンダの不等受圧面積を補償するために用いられている。当業者には理解されるように、ステアリング操作を開始するとき、完全に作動する流量増幅特性（「瞬時起動」流量増幅と呼ばれる）が主に必要なのは、比較的大きなステアリング修正がなされるときの「ワークモード(work mode) 」作動中よりも、むしろ小さなステアリング修正のみがなされるときの「トランスポートモード(transport mode)」（負荷）の作動中である。
【０００５】
流量増幅形式の流体コントローラすなわちＳＣＵを利用するほとんどの車両において、そのステアリングを含む油圧回路は、負荷感知形式である。旧型の従来の静的負荷信号回路を使用しても、瞬時起動流量増幅が達成されることはわかっている。しかしながら、多くの車両において、ＳＣＵを含む回路は、「動的負荷信号」形式であり、その一例が、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第4,620,416 号に示され説明されており、その内容は参考として本説明に含まれる。「動的信号」回路において、優先負荷回路へ向かう流れの一部がそれて負荷感知回路へ確実に送り込まれ、少量の動的信号流体が負荷信号回路を流れて、一般的には、ＳＣＵの中のA1オリフィスの下流で主流体通路に合流する。これにより、静的負荷信号圧力よりも、むしろ動的信号回路が信号の流れを利用して、負荷感知流体源（ポンプまたはプライオリティ弁等）の応答性を増大させる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
流量増幅特性を有する動的信号ＳＣＵにおいては、動的信号流体の負荷感知回路を通る継続的な流れがあり、これは、A1、A4およびAQオリフィスが開く前であっても、流体メータを通ってステアリングシリンダへ流出する。その結果として、動的信号流体の流れの結果、厳密にはステアリングホィールが約７RPM で回転すると、ステアリングの作動が生じるが、流量増幅の発生をともなわない。換言すれば、ＳＣＵのこの点での作動では、望ましい流量増幅比（例えば 1.8：1 または 2.2：１程度）に対して、実際の流量増幅比は１：１である。
【０００７】
したがって、本発明は、ステアリング操作を開始すると殆ど瞬時に作動する流量増幅特性を有する動的信号形式の改良された流体コントローラを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記および他の目的は、動的信号の変化に応答して流体コントローラへの流体の供給を変化させる圧力応答手段を含む加圧流体源から流体圧作動装置への流体の流れを制御可能な改良された流体コントローラの提供によって達成される。この流体コントローラは、流体源に接続する入口ポート、流体圧作動装置に接続する第１および第２制御流体ポートおよび動的負荷信号に接続する負荷感知ポートを形成するハウジング手段を含んでいる。バルブ手段は、前記ハウジング内に配置され、ニュートラル位置と少なくとも１つの作動位置とを形成し、この作動位置では、ハウジング手段とバルブ手段とが協働して、入口ポートから第１制御流体ポートへの流体接続を提供する主流体通路およびこの主流体通路と平行する増幅流体通路を形成する。主流体通路は、主可変流量制御オリフィスおよび流体メータを含み、増幅流体通路は、可変増幅オリフィスを含み、これによって、バルブ手段がニュートラル位置から作動位置に変位されたとき、動的負荷信号流体は、主可変流量制御オリフィスおよび可変増幅オリフィスが開く前に、負荷感知ポートに流入して主流体通路および流体メータを通って流れる。
【０００９】
この改良された流体コントローラは、少なくとも主可変流量制御オリフィスおよび可変増幅オリフィスが開くまで、負荷感知ポートから主流体通路への動的信号流体の流れによって、流体メータの上流の主流体通路における流体圧の増大を防止するための手段を特徴とする。その結果、主可変流量制御オリフィスおよび可変増幅オリフィスの両方が開くまで、加圧流体は流体メータを通って流れない。これにより、運転者は、流量増幅特性が「瞬時に」立上ることに気がつく。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明を限定することを意図しない図面を参照して、図１は、本発明の教示に従って製造された流体コントローラを含む動的負荷信号形式の車両油圧パワーステアリングシステムの概略図である。このシステムは、前述の米国特許第4,620,416 号の教示に従って製造することができ、ここでは、以下に簡単にのみ説明する。
【００１１】
このシステムは、ここでは固定容量ポンプとして示される流体ポンプ11および概して符号13で示されるパイロット操作負荷感知プライオリティ弁（ＬＳＰＶ）を含んでいる。このＬＳＰＶ13は、ポンプ11からの流体の流れを
(1) 流体作動ステアリングシリンダ15および概して符号17で示される流体コントローラを含む主回路と、
(2) 符号19で概略的に表されるオープンセンタ補助回路と
の間に分配する。
【００１２】
継続して図１を参照して、流体コントローラ17は、ハウジング20（図１では概略的にのみ示す）を含み、ハウジング20は、入口ポート21と、戻りポート23（システムリザーバＲに接続する）と、ステアリングシリンダ15の両端に接続する一対の制御（シリンダ）ポート25，27とを形成する。コントローラ17は、負荷信号(LS)ポート29も含み、動的負荷感知の技術における当業者には公知のように、負荷信号ポート29は、動的負荷信号ライン31に接続され、このライン31はＬＳＰＶ13の制御流量(CF)ポート33に接続される。
【００１３】
ＬＳＰＶ13は、米国特許第4,043,419 号に示される形式のものであり、この特許は、発明の譲受人に譲渡されており、その内容は参考として本説明に含まれる。以下の説明および特許請求の範囲の目的のため、ポンプ11とＬＳＰＶ13とが一体となって「流体の分配を変化させる圧力応答手段」を有する「流体源」または機能的に同等なものを構成している。換言すれば、「流体源」として参照されるものは、ポンプ単体またはポンプとＬＳＰＶとの組み合わせのいずれかを表しており、負荷信号に応答して流体源の出力を変化させる手段がありさえすればよい。
【００１４】
本発明の実施形態では、ＬＳＰＶ13は、単に「静的な」負荷信号すなわち静的圧力のみではなく、「動的」負荷信号を提供する形式、すなわち、負荷信号ライン31を通る実際の流れが存在する形式のものである。このため、ＬＳＰＶ13から流体コントローラ17の入口ポート21へ流れる流体の一部は、CFポート33からそれて、動的信号ライン31を流通してLSポート29でコントローラ17に流入する。
【００１５】
続けて図１を参照して、流体コントローラ17をより詳細に説明する。ステアリング操作中、コントローラ17は、入口ポート21と流体メータ37とを接続する流体通路35および流体メータ37から制御流体ポート25へ接続する流体通路39を形成する。シリンダ15から吐出される流体は、制御ポート27を通って戻り、流体通路41を通って戻りポート23へ流れる。流体通路35は、主可変流量制御オリフィス43（A1オリフィス）を含み、流体通路39は、可変流量制御オリフィス45（A4オリフィス）を含む。戻り流体通路41は、可変流量制御オリフィス47（A5) オリフィスを含む。流体通路35および39は、合わせて「主流体通路」と呼ばれることが多いが、この用語は、流体通路41も含んで理解されることが多い。
【００１６】
主流体通路35，39と平行しているのは、増幅流量通路48であり、この増幅流量通路48は、可変増幅オリフィス50（AQオリフィス）を含んでいる。増幅流量通路48は、上述の米国特許第4,759,182 号において教示されているように、一般的に、A1オリフィス（オリフィス43）の上流で主流体通路に接続し、また、A4オリフィス（オリフィス45）の下流で再び主流体通路に接続している。
【００１７】
流体通路35は、可変負荷信号オリフィス51を含む負荷信号回路49によって、LSポート29および戻りポート23の両方にも接続されている。回路49は、ドレンライン53に接続され、次いで、ドレンライン53は、A5オリフィス(47)の下流で戻り流体通路41に接続されている。
【００１８】
主に図２を参照して、コントローラ17のバルブ機構は、当業者には公知のように、概して符号55で示される回転可能な主バルブ部材（「スプール」）を含んでいる。このスプール弁55は、環状溝57およびこれに連通する複数の軸方向スロット59を形成する。各軸方向スロット59から円周上に、より長い軸方向スロット61が配置され、各軸方向スロット59と円周上に整列するさらに長い軸方向スロット63が設けられている。スプール55は、環状溝57の右側に一対の軸方向ドレンスロット65を形成しており、このドレンスロット65に隣接して、図２おいてその右端側へ向かってスプール55の内側に開放連通するスロット67が設けられている。公知であるが本発明と関係のないスプール55の他の構造の詳細は説明しない。
【００１９】
主に図３を参照して、コントローラ17のバルブ機構は、概して符号69で示される相対回転可能な追従バルブ部材（「スリーブ」）も含んでいる。このスリーブバルブ69は、入口ポート21に連通する複数の圧力ポート71を形成する。このポート71の左側に、複数のメータポート73が設けられ、メータポート73は、コントローラ17のバルブ機構55，69と流体メータ37の拡張収縮容積室とを接続する。本実施形態においては、例示に過ぎないが、流体メータ37は、６（Ｎ）個の容積室を形成し、これにより、１２（２Ｎ）個のメータポート73がある。メータポート73の左側に制御ポート25に接続する複数のシリンダポート75が設けられ、さらに、その左側に制御ポート27に接続するシリンダポート77が設けられている。
【００２０】
スリーブバルブ69は、メータポート73のすぐ左側の表面上に配置された環状の負荷感知溝79およびスリーブ69を通して径方向に延びる複数の負荷感知孔81を形成している。スリーブ69の右端側には、以下に説明する機能を有する複数のドレン孔83が配置されている。
【００２１】
主に図４を参照して、スプール55とスリーブ69とが相対的にそのニュートラル位置（回転中央）にあるとき、圧力ポート71は、軸方向スロット59との流体接続が遮断される。しかしながら、各軸方向スロット59は、スリーブ69の負荷感知孔81の１つに連通している。これにより、動的負荷信号流体ライン31を流れる動的信号流体は、負荷感知ポート29でコントローラ17へ流入し、負荷感知溝79に流入し、そして、孔81を通ってそれぞれの軸方向スロット59へ流入する。その後、動的信号流体は、軸方向スロット59から環状溝57へ流入し、そして、軸方向ドレンスロット65へ流入する。スプールおよびスリーブが図４に示すニュートラル位置にあることにより、各ドレン孔83は、軸方向スロット65，67の両方に連通する。動的信号流体は、これにより、スロット65を通って連通され、スリーブ69の孔83を通り、そして、スロット67を通ってスプール55の内部へ流れ、最終的に戻りポート23から流出する。
【００２２】
図１に概略的に示され、説明したとおりドレン通路は、ドレンライン53を含み、孔83およびスロット65，67のオーバラップの有効面積が組み合わさって、可変負荷感知ドレンオリフィスLD1 （図１参照）を構成する。当業者には公知であり、また、図６に示されるように、スプール55およびスリーブ69がそのニュートラル位置（図６において変位＝０）にあるとき、ドレンオリフィスLD1 は、最大流路面積となる。スプール55およびスリーブ69がニュートラル位置から回転すると、本実施形態では、例示に過ぎないが、ドレンオリフィスLD1 の面積は、約３度変位して閉鎖するまで減少する。当業者には公知であるように、コントローラ17の入口ポート21で適当な圧力（負荷圧力プラス「スタンバイ」）を立ち上げるために、負荷感知ドレンオリフィスLD1 は、A1オリフィス（オリフィス43）が開き始めるのとほぼ同時に閉じる必要がある。
【００２３】
続けて図４を参照して、スプール55は、軸方向ドレンスロット85およびこれに隣接するスロット87をも形成しており、スロット87は、スロット67と同様な方法でスプール55の内部に連通され、これにより、戻りポート23にも接続されている。スリーブバルブ69は、スロット85および87とオーバラップするドレン孔89を形成し、これらの間のオーバラップの有効面積は、可変負荷感知ドレンオリフィスLD2（負荷感知ドレンオリフィス）を構成する。図１に概略的に示されるように、オリフィスLD2は、上述のようにドレンオリフィスLD1と平行しており、これにより、ほぼ同様の機能を提供する、すなわち、スプール55およびスリーブ69がニュートラル位置またはその付近にあるとき、動的信号流体のタンクへの流路を提供する。
【００２４】
しかしながら、本発明の１つの特徴によれば、スロット85，87および孔89は、オリフィスLD2 がオリフィスLD1 によって提供されるものとは全く異なる結果を提供するように、相対的な位置および／または大きさにが設定されている。主に図５および図６を参照して、スプールおよびスリーブが約３度変位（回転変位）したとき、LD1 はちょうど閉じるが、LD2 は、小さく減少されたオリフィス面積ではあるが、まだ開いている。スプール−スリーブのこの変位位置でこの回路にオリフィスLD2 が存在していることは、動的信号流体が負荷感知ポート29に流入するための戻りポート23への通路が存在することを意味する。結果として、主流体通路35の流体メータ37の上流に、「従来技術」において述べた方法で流体メータを「駆動」するには不十分な流体圧力が上昇することになる。
【００２５】
オリフィスLD1 と平行してオリフィスLD2 を付加したことによる性能における相違は、図７のグラフを参照することによってわかる。図７のグラフにおいて、破線は、本発明のものと同様であるがオリフィスLD2 を有していないコントローラである「従来技術」を示している。従来技術のコントローラは、従来型のオリフィスLD1 のみを備えるが、このオリフィスLD1 は、変位＝０において総面積が本発明のオリフィスLD1 ＋LD2 と等しくなるような大きさに設定されている。換言すれば、従来技術の装置では、オリフィスLD1 は、スロット65，67およびドレン孔83の３つの組み合わせから構成される。「従来技術」の曲線の０ RPMから約７ RPMの部分で、LD1 は遮断され、圧力は上述の方法において流体メータを駆動するのに充分に上昇している。この間、増幅比は、 1.0：１に過ぎず、要求される増幅比である約 1.5：１は、ステアリングホィールが約33RPM で回転するまで生じない。このため、車両運転者は、増幅比の段階的な変化が非常に気になることになる。
【００２６】
コントローラ17がオリフィスLD2 を含む本発明を示す図７における実線を参照すると、流量増幅比は、ステアリングホィール速度０ RPMで 1.0：１からスタートするが、その後、増幅比は急速に立ち上がって、ステアリングホィールが５ RPMで回転されるまでに、すなわち、あらゆる通常のステアリング操作よりも遅い速度におて、増幅比は既に 1.5：１に達している。したがって、本発明によるオリフィスLD2 の付加は、結果として、「瞬時起動」として特徴づけられる流量増幅特性をもたらす。流体コントローラの流量増幅特性に関連して「瞬時起動」という用語を用いることは、一般的な運転者が増幅比が 1.0：１から最終的な増幅比に変化したのに気づかないことを意味する。
【００２７】
LD2 オリフィスを追加する代わりに、単純にLD1 オリフィスを「拡張」して、図６に示されるLD2 の約３度から約５度の変位のオリフィス面積を有するようにすることにより、理論的には同様の結果を達成可能であることは、当業者には理解されるであろう。換言すれば、具体的なオリフィスの配置は重要ではなく、オリフィス面積および適当な時間（変位）まで圧力の上昇を阻止する能力が重要である。実際問題として、LD1 を構成する孔の形状を適合させるように試みるよりも、平行してLD2 等のより大きなオリフィスすなわち孔を付加するほうが簡単である。
【００２８】
負荷信号が特定の位置、すなわち、A1オリフィスの下流の軸方向スロット59で主流路に接続する実施形態に関して本発明を説明してきた。しかしながら、本発明の範囲内において、負荷感知回路を様々な他の構造とすることが可能であることが、当業者にはわかるでろう。本発明の本質は、動的信号流体が主流体通路に流入したとき、少なくともA1オリフィスおよびAQオリフィスが開くまで、主流体通路の流体メータの上流の流体圧力の上昇を阻止する手段を提供することである。
【００２９】
本発明は、可変オリフィスであるオリフィスLD2 とともに示されてきたが、本発明はこれに限定されるものではない。オリフィスLD2 は、固定オリフィスで構成することもでき、好ましくは、図６において、ほぼAQオリフィスが開き始める時間でのLD2 とほぼ同じオリフィス面積を有するものにするとよい。当業者であれば、個々の流体コントローラに好ましいオリフィス構造の形式を決定することができ、また、オリフィス面積、位相等を決定することができるであろう。もし、オリフィスLD2 が大きすぎる場合、前述のように、コントローラの基本的作動は、適当な負荷信号を生じることができないことにより、逆に作用することになる。オリフィスLD2 が小さすぎる場合、メータの上流の圧力が上昇して、コントローラの作動は、図７の「従来技術」により近くなる。
【００３０】
以上に本発明を詳細に説明してきたが、当業者が本明細書を読んで理解すれば、本発明の様々な変形および修正が明らかになるであろう。そのような全ての変形および修正は、特許請求の範囲の範囲内にある限り、本発明に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る動的負荷感知流量増幅形式の油圧パワーステアリング装置の概略油圧回路図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る流体コントローラの主バルブ部材のレイアウトを示す展開図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る流体コントローラの追従バルブ部材のレイアウトを示す展開図である。
【図４】 図２および図３に示す主バルブ部材および追従バルブ部材のニュートラル位置における重ね合わせを拡大して示す破断図。
【図５】図４の一部をさらに拡大して示す図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る流体コントローラのバルブ機構の様々なオリフィスのバルブ変位に対する流路面積を示すグラフ図である。
【図７】本発明の一実施形態および従来技術に係る流体コントローラのステアリング速度に対する流量増幅比を示す図である。
【符号の説明】
11 流体ポンプ
13 パイロット操作負荷感知プライオリティ弁
15 流体作動ステアリングシリンダ
17 流体コントローラ
20 ハウジング
21 入口ポート
23 戻りポート
25,27 制御ポート
29 負荷感知ポート
31 動的負荷信号ライン
37 流体メータ
35,39 流体通路
43 主可変流量制御オリフィス
48 増幅流量通路
50 可変増幅オリフィス
51 可変負荷信号オリフィス
55 スプール
69 スリーブ
LD1 可変負荷感知ドレンオリフィス
LD2 可変負荷感知ドレンオリフィス
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体コントローラに関し、より具体的には、動的負荷信号形式および流量増幅形式の両方の流体コントローラに関するものである。
【０００２】
このような流体コントローラは、一般的に、車両ポンプ等の加圧流体源から車両ステアリングシリンダ等の流体圧作動装置への流体の流れを制御するために使用され、また、ステアリングコントロールユニット（ＳＣＵ）と呼ばれるものである。
【０００３】
【従来の技術】
流量増幅形式の流体コントローラは、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第4,759,182 号に示されて説明されており、これは本説明に参考として含まれる。流量増幅形式のコントローラにおいては、バルブ機構は、流体メータを通る主流体通路と平行する可変増幅オリフィスを含む流体通路を形成する。一般的に、主流体通路は、入口ポートと流体メータとの間の主流量制御オリフィス（A1オリフィス）および流体メータとシリンダポートすなわちステアリングシリンダに接続するポートとの間の可変流量制御オリフィス（A4オリフィス）とを含んでいる。
【０００４】
一般的な流量増幅流体コントローラにおいては、可変増幅オリフィス（AQオリフィス）は、A1オリフィスが開き始めた後に開き始めるが、これは、当業者には周知の理由によるものであり、ここでは説明しない。ステアリング操作を開始するとすぐに作動できる流量増幅特性を有することが望ましいという特定の適用ではあるが、ここに述べられたオリフィスの段階的な配置は、その作動においてほぼ満足されてきている。一例では、流量増幅特性は、不等受圧面積ステアリングシリンダを有する車両を操舵するとき、（一方の旋回において、）シリンダの不等受圧面積を補償するために用いられている。当業者には理解されるように、ステアリング操作を開始するとき、完全に作動する流量増幅特性（「瞬時起動」流量増幅と呼ばれる）が主に必要なのは、比較的大きなステアリング修正がなされるときの「ワークモード(work mode) 」作動中よりも、むしろ小さなステアリング修正のみがなされるときの「トランスポートモード(transport mode)」（負荷）の作動中である。
【０００５】
流量増幅形式の流体コントローラすなわちＳＣＵを利用するほとんどの車両において、そのステアリングを含む油圧回路は、負荷感知形式である。旧型の従来の静的負荷信号回路を使用しても、瞬時起動流量増幅が達成されることはわかっている。しかしながら、多くの車両において、ＳＣＵを含む回路は、「動的負荷信号」形式であり、その一例が、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第4,620,416 号に示され説明されており、その内容は参考として本説明に含まれる。「動的信号」回路において、優先負荷回路へ向かう流れの一部がそれて負荷感知回路へ確実に送り込まれ、少量の動的信号流体が負荷信号回路を流れて、一般的には、ＳＣＵの中のA1オリフィスの下流で主流体通路に合流する。これにより、静的負荷信号圧力よりも、むしろ動的信号回路が信号の流れを利用して、負荷感知流体源（ポンプまたはプライオリティ弁等）の応答性を増大させる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
流量増幅特性を有する動的信号ＳＣＵにおいては、動的信号流体の負荷感知回路を通る継続的な流れがあり、これは、A1、A4およびAQオリフィスが開く前であっても、流体メータを通ってステアリングシリンダへ流出する。その結果として、動的信号流体の流れの結果、厳密にはステアリングホィールが約７RPM で回転すると、ステアリングの作動が生じるが、流量増幅の発生をともなわない。換言すれば、ＳＣＵのこの点での作動では、望ましい流量増幅比（例えば 1.8：1 または 2.2：１程度）に対して、実際の流量増幅比は１：１である。
【０００７】
したがって、本発明は、ステアリング操作を開始すると殆ど瞬時に作動する流量増幅特性を有する動的信号形式の改良された流体コントローラを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記および他の目的は、動的信号の変化に応答して流体コントローラへの流体の供給を変化させる圧力応答手段を含む加圧流体源から流体圧作動装置への流体の流れを制御可能な改良された流体コントローラの提供によって達成される。この流体コントローラは、流体源に接続する入口ポート、流体圧作動装置に接続する第１および第２制御流体ポートおよび動的負荷信号に接続する負荷感知ポートを形成するハウジング手段を含んでいる。バルブ手段は、前記ハウジング内に配置され、ニュートラル位置と少なくとも１つの作動位置とを形成し、この作動位置では、ハウジング手段とバルブ手段とが協働して、入口ポートから第１制御流体ポートへの流体接続を提供する主流体通路およびこの主流体通路と平行する増幅流体通路を形成する。主流体通路は、主可変流量制御オリフィスおよび流体メータを含み、増幅流体通路は、可変増幅オリフィスを含み、これによって、バルブ手段がニュートラル位置から作動位置に変位されたとき、動的負荷信号流体は、主可変流量制御オリフィスおよび可変増幅オリフィスが開く前に、負荷感知ポートに流入して主流体通路および流体メータを通って流れる。
【０００９】
この改良された流体コントローラは、少なくとも主可変流量制御オリフィスおよび可変増幅オリフィスが開くまで、負荷感知ポートから主流体通路への動的信号流体の流れによって、流体メータの上流の主流体通路における流体圧の増大を防止するための手段を特徴とする。その結果、主可変流量制御オリフィスおよび可変増幅オリフィスの両方が開くまで、加圧流体は流体メータを通って流れない。これにより、運転者は、流量増幅特性が「瞬時に」立上ることに気がつく。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明を限定することを意図しない図面を参照して、図１は、本発明の教示に従って製造された流体コントローラを含む動的負荷信号形式の車両油圧パワーステアリングシステムの概略図である。このシステムは、前述の米国特許第4,620,416 号の教示に従って製造することができ、ここでは、以下に簡単にのみ説明する。
【００１１】
このシステムは、ここでは固定容量ポンプとして示される流体ポンプ11および概して符号13で示されるパイロット操作負荷感知プライオリティ弁（ＬＳＰＶ）を含んでいる。このＬＳＰＶ13は、ポンプ11からの流体の流れを
(1) 流体作動ステアリングシリンダ15および概して符号17で示される流体コントローラを含む主回路と、
(2) 符号19で概略的に表されるオープンセンタ補助回路と
の間に分配する。
【００１２】
継続して図１を参照して、流体コントローラ17は、ハウジング20（図１では概略的にのみ示す）を含み、ハウジング20は、入口ポート21と、戻りポート23（システムリザーバＲに接続する）と、ステアリングシリンダ15の両端に接続する一対の制御（シリンダ）ポート25，27とを形成する。コントローラ17は、負荷信号(LS)ポート29も含み、動的負荷感知の技術における当業者には公知のように、負荷信号ポート29は、動的負荷信号ライン31に接続され、このライン31はＬＳＰＶ13の制御流量(CF)ポート33に接続される。
【００１３】
ＬＳＰＶ13は、米国特許第4,043,419 号に示される形式のものであり、この特許は、発明の譲受人に譲渡されており、その内容は参考として本説明に含まれる。以下の説明および特許請求の範囲の目的のため、ポンプ11とＬＳＰＶ13とが一体となって「流体の分配を変化させる圧力応答手段」を有する「流体源」または機能的に同等なものを構成している。換言すれば、「流体源」として参照されるものは、ポンプ単体またはポンプとＬＳＰＶとの組み合わせのいずれかを表しており、負荷信号に応答して流体源の出力を変化させる手段がありさえすればよい。
【００１４】
本発明の実施形態では、ＬＳＰＶ13は、単に「静的な」負荷信号すなわち静的圧力のみではなく、「動的」負荷信号を提供する形式、すなわち、負荷信号ライン31を通る実際の流れが存在する形式のものである。このため、ＬＳＰＶ13から流体コントローラ17の入口ポート21へ流れる流体の一部は、CFポート33からそれて、動的信号ライン31を流通してLSポート29でコントローラ17に流入する。
【００１５】
続けて図１を参照して、流体コントローラ17をより詳細に説明する。ステアリング操作中、コントローラ17は、入口ポート21と流体メータ37とを接続する流体通路35および流体メータ37から制御流体ポート25へ接続する流体通路39を形成する。シリンダ15から吐出される流体は、制御ポート27を通って戻り、流体通路41を通って戻りポート23へ流れる。流体通路35は、主可変流量制御オリフィス43（A1オリフィス）を含み、流体通路39は、可変流量制御オリフィス45（A4オリフィス）を含む。戻り流体通路41は、可変流量制御オリフィス47（A5) オリフィスを含む。流体通路35および39は、合わせて「主流体通路」と呼ばれることが多いが、この用語は、流体通路41も含んで理解されることが多い。
【００１６】
主流体通路35，39と平行しているのは、増幅流量通路48であり、この増幅流量通路48は、可変増幅オリフィス50（AQオリフィス）を含んでいる。増幅流量通路48は、上述の米国特許第4,759,182 号において教示されているように、一般的に、A1オリフィス（オリフィス43）の上流で主流体通路に接続し、また、A4オリフィス（オリフィス45）の下流で再び主流体通路に接続している。
【００１７】
流体通路35は、可変負荷信号オリフィス51を含む負荷信号回路49によって、LSポート29および戻りポート23の両方にも接続されている。回路49は、ドレンライン53に接続され、次いで、ドレンライン53は、A5オリフィス(47)の下流で戻り流体通路41に接続されている。
【００１８】
主に図２を参照して、コントローラ17のバルブ機構は、当業者には公知のように、概して符号55で示される回転可能な主バルブ部材（「スプール」）を含んでいる。このスプール弁55は、環状溝57およびこれに連通する複数の軸方向スロット59を形成する。各軸方向スロット59から円周上に、より長い軸方向スロット61が配置され、各軸方向スロット59と円周上に整列するさらに長い軸方向スロット63が設けられている。スプール55は、環状溝57の右側に一対の軸方向ドレンスロット65を形成しており、このドレンスロット65に隣接して、図２おいてその右端側へ向かってスプール55の内側に開放連通するスロット67が設けられている。公知であるが本発明と関係のないスプール55の他の構造の詳細は説明しない。
【００１９】
主に図３を参照して、コントローラ17のバルブ機構は、概して符号69で示される相対回転可能な追従バルブ部材（「スリーブ」）も含んでいる。このスリーブバルブ69は、入口ポート21に連通する複数の圧力ポート71を形成する。このポート71の左側に、複数のメータポート73が設けられ、メータポート73は、コントローラ17のバルブ機構55，69と流体メータ37の拡張収縮容積室とを接続する。本実施形態においては、例示に過ぎないが、流体メータ37は、６（Ｎ）個の容積室を形成し、これにより、１２（２Ｎ）個のメータポート73がある。メータポート73の左側に制御ポート25に接続する複数のシリンダポート75が設けられ、さらに、その左側に制御ポート27に接続するシリンダポート77が設けられている。
【００２０】
スリーブバルブ69は、メータポート73のすぐ左側の表面上に配置された環状の負荷感知溝79およびスリーブ69を通して径方向に延びる複数の負荷感知孔81を形成している。スリーブ69の右端側には、以下に説明する機能を有する複数のドレン孔83が配置されている。
【００２１】
主に図４を参照して、スプール55とスリーブ69とが相対的にそのニュートラル位置（回転中央）にあるとき、圧力ポート71は、軸方向スロット59との流体接続が遮断される。しかしながら、各軸方向スロット59は、スリーブ69の負荷感知孔81の１つに連通している。これにより、動的負荷信号流体ライン31を流れる動的信号流体は、負荷感知ポート29でコントローラ17へ流入し、負荷感知溝79に流入し、そして、孔81を通ってそれぞれの軸方向スロット59へ流入する。その後、動的信号流体は、軸方向スロット59から環状溝57へ流入し、そして、軸方向ドレンスロット65へ流入する。スプールおよびスリーブが図４に示すニュートラル位置にあることにより、各ドレン孔83は、軸方向スロット65，67の両方に連通する。動的信号流体は、これにより、スロット65を通って連通され、スリーブ69の孔83を通り、そして、スロット67を通ってスプール55の内部へ流れ、最終的に戻りポート23から流出する。
【００２２】
図１に概略的に示され、説明したとおりドレン通路は、ドレンライン53を含み、孔83およびスロット65，67のオーバラップの有効面積が組み合わさって、可変負荷感知ドレンオリフィスLD1 （図１参照）を構成する。当業者には公知であり、また、図６に示されるように、スプール55およびスリーブ69がそのニュートラル位置（図６において変位＝０）にあるとき、ドレンオリフィスLD1 は、最大流路面積となる。スプール55およびスリーブ69がニュートラル位置から回転すると、本実施形態では、例示に過ぎないが、ドレンオリフィスLD1 の面積は、約３度変位して閉鎖するまで減少する。当業者には公知であるように、コントローラ17の入口ポート21で適当な圧力（負荷圧力プラス「スタンバイ」）を立ち上げるために、負荷感知ドレンオリフィスLD1 は、A1オリフィス（オリフィス43）が開き始めるのとほぼ同時に閉じる必要がある。
【００２３】
続けて図４を参照して、スプール55は、軸方向ドレンスロット85およびこれに隣接するスロット87をも形成しており、スロット87は、スロット67と同様な方法でスプール55の内部に連通され、これにより、戻りポート23にも接続されている。スリーブバルブ69は、スロット85および87とオーバラップするドレン孔89を形成し、これらの間のオーバラップの有効面積は、可変負荷感知ドレンオリフィスLD2（負荷感知ドレンオリフィス）を構成する。図１に概略的に示されるように、オリフィスLD2は、上述のようにドレンオリフィスLD1と平行しており、これにより、ほぼ同様の機能を提供する、すなわち、スプール55およびスリーブ69がニュートラル位置またはその付近にあるとき、動的信号流体のタンクへの流路を提供する。
【００２４】
しかしながら、本発明の１つの特徴によれば、スロット85，87および孔89は、オリフィスLD2 がオリフィスLD1 によって提供されるものとは全く異なる結果を提供するように、相対的な位置および／または大きさにが設定されている。主に図５および図６を参照して、スプールおよびスリーブが約３度変位（回転変位）したとき、LD1 はちょうど閉じるが、LD2 は、小さく減少されたオリフィス面積ではあるが、まだ開いている。スプール−スリーブのこの変位位置でこの回路にオリフィスLD2 が存在していることは、動的信号流体が負荷感知ポート29に流入するための戻りポート23への通路が存在することを意味する。結果として、主流体通路35の流体メータ37の上流に、「従来技術」において述べた方法で流体メータを「駆動」するには不十分な流体圧力が上昇することになる。
【００２５】
オリフィスLD1 と平行してオリフィスLD2 を付加したことによる性能における相違は、図７のグラフを参照することによってわかる。図７のグラフにおいて、破線は、本発明のものと同様であるがオリフィスLD2 を有していないコントローラである「従来技術」を示している。従来技術のコントローラは、従来型のオリフィスLD1 のみを備えるが、このオリフィスLD1 は、変位＝０において総面積が本発明のオリフィスLD1 ＋LD2 と等しくなるような大きさに設定されている。換言すれば、従来技術の装置では、オリフィスLD1 は、スロット65，67およびドレン孔83の３つの組み合わせから構成される。「従来技術」の曲線の０ RPMから約７ RPMの部分で、LD1 は遮断され、圧力は上述の方法において流体メータを駆動するのに充分に上昇している。この間、増幅比は、 1.0：１に過ぎず、要求される増幅比である約 1.5：１は、ステアリングホィールが約33RPM で回転するまで生じない。このため、車両運転者は、増幅比の段階的な変化が非常に気になることになる。
【００２６】
コントローラ17がオリフィスLD2 を含む本発明を示す図７における実線を参照すると、流量増幅比は、ステアリングホィール速度０ RPMで 1.0：１からスタートするが、その後、増幅比は急速に立ち上がって、ステアリングホィールが５ RPMで回転されるまでに、すなわち、あらゆる通常のステアリング操作よりも遅い速度におて、増幅比は既に 1.5：１に達している。したがって、本発明によるオリフィスLD2 の付加は、結果として、「瞬時起動」として特徴づけられる流量増幅特性をもたらす。流体コントローラの流量増幅特性に関連して「瞬時起動」という用語を用いることは、一般的な運転者が増幅比が 1.0：１から最終的な増幅比に変化したのに気づかないことを意味する。
【００２７】
LD2 オリフィスを追加する代わりに、単純にLD1 オリフィスを「拡張」して、図６に示されるLD2 の約３度から約５度の変位のオリフィス面積を有するようにすることにより、理論的には同様の結果を達成可能であることは、当業者には理解されるであろう。換言すれば、具体的なオリフィスの配置は重要ではなく、オリフィス面積および適当な時間（変位）まで圧力の上昇を阻止する能力が重要である。実際問題として、LD1 を構成する孔の形状を適合させるように試みるよりも、平行してLD2 等のより大きなオリフィスすなわち孔を付加するほうが簡単である。
【００２８】
負荷信号が特定の位置、すなわち、A1オリフィスの下流の軸方向スロット59で主流路に接続する実施形態に関して本発明を説明してきた。しかしながら、本発明の範囲内において、負荷感知回路を様々な他の構造とすることが可能であることが、当業者にはわかるでろう。本発明の本質は、動的信号流体が主流体通路に流入したとき、少なくともA1オリフィスおよびAQオリフィスが開くまで、主流体通路の流体メータの上流の流体圧力の上昇を阻止する手段を提供することである。
【００２９】
本発明は、可変オリフィスであるオリフィスLD2 とともに示されてきたが、本発明はこれに限定されるものではない。オリフィスLD2 は、固定オリフィスで構成することもでき、好ましくは、図６において、ほぼAQオリフィスが開き始める時間でのLD2 とほぼ同じオリフィス面積を有するものにするとよい。当業者であれば、個々の流体コントローラに好ましいオリフィス構造の形式を決定することができ、また、オリフィス面積、位相等を決定することができるであろう。もし、オリフィスLD2 が大きすぎる場合、前述のように、コントローラの基本的作動は、適当な負荷信号を生じることができないことにより、逆に作用することになる。オリフィスLD2 が小さすぎる場合、メータの上流の圧力が上昇して、コントローラの作動は、図７の「従来技術」により近くなる。
【００３０】
以上に本発明を詳細に説明してきたが、当業者が本明細書を読んで理解すれば、本発明の様々な変形および修正が明らかになるであろう。そのような全ての変形および修正は、特許請求の範囲の範囲内にある限り、本発明に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る動的負荷感知流量増幅形式の油圧パワーステアリング装置の概略油圧回路図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る流体コントローラの主バルブ部材のレイアウトを示す展開図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る流体コントローラの追従バルブ部材のレイアウトを示す展開図である。
【図４】 図２および図３に示す主バルブ部材および追従バルブ部材のニュートラル位置における重ね合わせを拡大して示す破断図。
【図５】図４の一部をさらに拡大して示す図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る流体コントローラのバルブ機構の様々なオリフィスのバルブ変位に対する流路面積を示すグラフ図である。
【図７】本発明の一実施形態および従来技術に係る流体コントローラのステアリング速度に対する流量増幅比を示す図である。
【符号の説明】
11 流体ポンプ
13 パイロット操作負荷感知プライオリティ弁
15 流体作動ステアリングシリンダ
17 流体コントローラ
20 ハウジング
21 入口ポート
23 戻りポート
25,27 制御ポート
29 負荷感知ポート
31 動的負荷信号ライン
37 流体メータ
35,39 流体通路
43 主可変流量制御オリフィス
48 増幅流量通路
50 可変増幅オリフィス
51 可変負荷信号オリフィス
55 スプール
69 スリーブ
LD1 可変負荷感知ドレンオリフィス
LD2 可変負荷感知ドレンオリフィス
Claims (3)
- 動的負荷信号ライン(31)を流れる動的負荷信号流体の変化に応答して流体コントローラ(17)への流体の分配を変化させる圧力応答手段を含む加圧流体源(11,13)から、流体圧作動装置(15)への流体の流量を制御するために作動する流体コントローラ(17)であって、
前記加圧流体源(11,13)に接続する入口ポート(21)と、前記流体圧作動装置(15)に接続する第１および第２制御流体ポート(25,27)と、前記動的負荷信号ライン(31)に接続する負荷感知ポート(29)とを含むハウジング手段(20)と、
該ハウジング手段に配置されて、ニュートラル位置および少なくとも１つの作動位置を形成するバルブ手段(55,69)とを備え、
前記作動位置では、前記ハウジング手段(20)と前記バルブ手段(55,69)とが協働して、前記入力ポート(21)から前記第１制御流体ポート(25)への流体接続を提供する主流体通路(35,39)と、該主流体通路と平行する増幅流体通路(48)とを形成し、
前記主流体通路(35,39)は、主可変流量制御オリフィス(43)および流体メータ(37)を含み、
前記増幅流体通路(48)は、可変増幅オリフィス(50)を含み、
前記バルブ手段(55,69)が前記ニュートラル位置から前記作動位置へ変位されたとき、前記主可変流量制御オリフィス(43)および前記可変増幅オリフィス(50)が開く前に、前記動的負荷信号流体が前記負荷感知ポート(29)へ流入して前記主流体通路(35,39)および流体メータ(37)を流通し、
さらに、
（ａ）前記バルブ手段 (55,69) は、少なくとも前記主可変流量制御オリフィス(43)および前記可変増幅オリフィス(50)が開くまで、前記負荷感知ポート(29)をシステムリザーバ (R) に接続される流体戻りポート (23) に流体接続する負荷感知ドレンオリフィス (LD2) を形成して、前記負荷感知ポート (29) から前記主流体通路への前記動的負荷信号流体の流れによって前記主流体通路 (35,39) の前記流体メータ (37) の上流の流体圧力の上昇を阻止し、
（ｂ）これにより、前記主可変流量制御オリフィス(43)および前記可変増幅オリフィス(50)が開くまで、加圧流体が前記流体メータ(37)を流通しないようにする
ことを特徴とする流体コントローラ。 - 前記バルブ手段 (55,69) は、前記負荷感知ポート (29) から前記主流体通路 (35,39) の前記流体メータ (37) の上流に流体接続する負荷感知通路 (51) を形成して、前記流体メータ (37) の上流の流体圧力の上昇を阻止することを特徴とする請求項１に記載の流体コントローラ。
- 動的負荷信号ライン(31)を流れる動的負荷信号流体の変化に応答して流体コントローラ(17)への流体の分配を変化させる圧力応答手段を含む加圧流体源(11,13)から、流体圧作動装置(15)への流体の流量を制御するために作動する流体コントローラ(17)であって、
前記加圧流体源(11,13)に接続する入口ポート(21)と、前記流体圧作動装置(15)に接続する第１および第２制御流体ポート(25,27)と、前記動的負荷信号ライン(31)に接続する負荷感知ポート(29)とを含むハウジング手段(20)と、
該ハウジング手段に配置されて、ニュートラル位置および少なくとも１つの作動位置を形成するバルブ手段(55,69)とを備え、
前記作動位置では、前記ハウジング手段(20)と前記バルブ手段(55,69)とが協働して、前記入力ポート(21)から前記第１制御流体ポート(25)への流体接続を提供する主流体通路(35,39)と、該主流体通路と平行する増幅流体通路(48)とを形成し、
前記主流体通路(35,39)は、主可変流量制御オリフィス(43)および流体メータ(37)を含み、
前記増幅流体通路(48)は、可変増幅オリフィス(50)を含み、
前記バルブ手段(55,69)が前記ニュートラル位置から前記作動位置へ変位されたとき、前記主可変流量制御オリフィス(43)および前記可変増幅オリフィス(50)が開く前に、前記動的負荷信号流体が前記負荷感知ポート(29)へ流入して前記主流体通路(35,39)および流体メータ(37)を流通し、
前記バルブ手段 (55,69) は、前記ニュートラル位置にあるとき、最大流路面積となって前記負荷感知ポート (29) から流体戻りポート (23) へ流体接続し、ほぼ前記主可変流量制御オリフィス(43)が開き始めるとき閉じる負荷感知ドレンオリフィス(LD1)を備え、
さらに、
（ａ）前記バルブ手段(55,69)は、前記ニュートラル位置から前記作動位置へ変位されたとき、少なくとも前記主可変流量制御オリフィス(43)および前記可変増幅オリフィス(50)が開くまで、前記負荷感知ドレンオリフィス(LD1)を開いた状態に維持する手段(85,87,89)を備え、
（ｂ）これにより、前記主可変流量制御オリフィス(43)および前記可変増幅オリフィス(50)が開くまで、加圧流体が前記流体メータ(37)を流通しないようにする
ことを特徴とする流体コントローラ。
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