JP4942833B2

JP4942833B2 - リリーフ圧力変更機能付きリリーフバルブ

Info

Publication number: JP4942833B2
Application number: JP2010088864A
Authority: JP
Inventors: 淳夫磯田; 雄太井上; 満寺田; 克明高橋
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Toyota Motor Corp; Aisin Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Aisin Corp
Priority date: 2010-04-07
Filing date: 2010-04-07
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2030-04-07
Also published as: JP2011220414A; EP2375083A3; EP2375083A2; EP2375083B1

Description

本発明は、リリーフバルブ、特にエンジン潤滑系の油圧調整に用いられるリリーフ圧力が変更可能なリリーフバルブに関する。

リリーフバルブは、油圧回路の圧力が設定圧以上になると、リリーフバルブの内部に設けられている余剰油の逃し路を開くことによって、油圧回路の圧力上昇を抑制するものである。
この種のリリーフバルブは、例えば、非特許文献１のように、ボディ、バルブ、スプリング、リテーナ、プラグ、リテーナとプラグ間にオイルを導入する油路、及びオイル導入をコントロールする背圧用コントロールバルブで構成される。
このリリーフバルブにおいて、リテーナとプラグ間にオイルが導入されない場合には、リテーナはプラグ端面位置にありスプリング長が長くセットされて、バルブ開弁圧が低圧に設定される。一方、リテーナとプラグ間にオイルが導入される場合には、リテーナが上昇してスプリングを収縮させ、バルブ開弁圧が高圧に設定される。

公開技報２００６−５０５９４６

この種のリリーフバルブにおいて、運転状況に応じたバルブ開弁圧の調整について異常が発生することがある。その場合には、前記リリーフバルブが低圧側あるいは高圧側の動作状態の一方にて固定されたまま他方に変更できなくなることが多い。非特許文献１のリリーフバルブの場合、オイル中のスラッジ等により背圧用コントロールバルブが詰まると、リテーナとプラグ間にオイルが導入されなくなり、バルブ開弁圧が低圧のまま保持されてしまう。この結果、エンジンが高回転の時にも低圧でオイルがドレインに排出されることとなり、エンジン各部にオイルが供給されず焼付け発生の要因となることがあった。

そこで、本発明は、背圧用コントロールバルブの故障時においても、エンジンへのオイル供給を可能にするリリーフバルブの提供を目的としている。

本発明に係るリリーフバルブの第１の特徴構成は、流体が流入する第１ポートと流体を排出する第２ポートとを有するバルブボディと、
前記バルブボディの内部で摺動し、前記第１ポートに連通する流入口と、前記第２ポートに連通する排出口とを備えた筒状のスリーブと、
前記流入口を介した前記流体の圧力を受けつつ前記スリーブの内部で摺動し、前記流入口の側に近接して前記排出口を閉じる閉じ状態と、前記流入口から離間して前記排出口を開く開き状態とを形成するバルブと、
前記バルブを前記第１ポートからの流体圧に抗う方向に付勢力を付与する付勢部材と、
前記スリーブに対して前記付勢力と同じ方向に前記第１ポートの流体圧を作用させる第１状態と、前記スリーブの前記第１ポートとは反対の側の流路とドレイン流路とを連通させる第２状態とに切換える状態切換機構と、
前記状態切換機構が前記第２状態のときに、前記ドレイン流路からの流体の逆流を防止するよう前記ドレイン流路に設けられた弁と、を備えたことにある。

この構成により、本発明に係るリリーフ圧力変更機能付きリリーフバルブは、状態切換機構において、スリーブに対して付勢部材の付勢力と同じ方向に第１ポートの流体圧を作用させる第１状態と、スリーブの第１ポートとは反対の側の流路とドレイン流路とを連通させる第２状態とに切換えるだけで、バルブボディに対するスリーブの位置を変更することができる。つまり、状態切換機構が第１状態のときは、スリーブに第１ポートからの流体圧に抗う方向にも第１ポートの流体圧が作用して、スリーブが第１ポートの側に移動する。一方、状態切換機構が第２状態のときは、スリーブは第１ポートからの流体圧のみを受け、スリーブの第１ポートとは反対の側の流路はドレイン流路に連通するので、第１ポートから離れて第２ポートの側へ移動する。

状態切換機構が第１状態のときには、スリーブの第１ポートの側への移動に伴い、第２ポートに連通する排出口の位置も第１ポートの側に近づく。このとき、バルブもスリーブとともに第１ポートの側に移動し、バルブの付勢部材が伸張状態となる。よって、液供給路の液圧が低圧であっても、第１ポートの側に付勢する付勢部材が第１ポートとは反対の側に押戻されてバルブがスリーブの排出口を開放する。この結果、スリーブの内部で第１ポートと第２ポートとが連通することで液供給路の余剰液がリリーフされる。つまり、この場合は、リリーフ圧力変更機能付きリリーフバルブのバルブ開弁圧が低圧設定となる。

状態切換機構が第２状態の場合には、スリーブが第２ポートの側への移動に伴い、排出口の位置も第１ポートの側から遠ざかる。さらに、スリーブとともにバルブ４も第２ポートの側に移動し、バルブの付勢部材が収縮状態となる。よって、液供給路の液圧が低圧の時には、第１ポートの側に付勢する付勢部材は第１ポートと反対側には押戻されない。液供給路の液圧が高圧になると、第１ポートの側に付勢する付勢部材を第１ポートの反対側に押戻して排出口を開放し、スリーブの内部で第１ポートと第２ポートとが連通して液供給路の余剰液がリリーフされる。つまり、この場合は、リリーフバルブのバルブ開弁圧が高圧設定となる。

例えば、本発明に係るリリーフバルブをエンジンオイルの供給路に用いた場合には、エンジンオイルが低温の時、状態切換機構を第１状態にし、スリーブに対して第１ポートからの流体圧に抗う方向に第１ポートの流体圧を作用させる。これにより、スリーブは第２ポートから第１ポートの側へ移動し、リリーフバルブのバルブ開弁圧は低圧設定となる。リリーフバルブが開き易くなると、エンジン各部のうちオイル供給が必要な他の箇所にオイルが供給され難くなる。しかし、エンジンの暖機運転を行う場合などには、例えば、ピストンやシリンダを冷却する部位に直ちにオイルを供給する必要がないため、オイルの供給負荷を小さく抑えた状態で暖機運転を効率よく行うことができる。

また、エンジンが低回転（低負荷）の時も、状態切換機構を第１状態にし、スリーブに対して第１ポートからの流体圧に抗う方向に第１ポートの流体圧を作用させる。これにより、スリーブは第２ポートから第１ポートの側へ移動し、リリーフバルブのバルブ開弁圧は低圧設定となる。つまり、エンジン回転数が低い場合には、エンジンを構成する部材同士の摩擦も少なく、当該箇所にオイルを供給する必要性に乏しい場合がある。よって、エンジンが低回転の場合には、所定の箇所のみにオイルを供給し、例えばオイルポンプのフリクションを低減させてエンジンを効率よく運転することができる。

さらに、オイルに混在するスラッジ等の影響により状態切換機構が故障し、スリーブに対して第１ポートからの流体圧に抗う方向に第１ポートの流体圧を作用させることができなくなっても、リリーフバルブは、スリーブが第１ポートの液圧を受けて第１ポートから離脱し第２ポートの側へ移動し、リリーフバルブのバルブ開弁圧は高圧設定となる。したがって、オイル供給路の液圧が低圧の時は、バルブは、第１ポートの側に付勢する付勢部材を反第１ポートの側に押し戻すことができない。つまり、スリーブの第２ポートと連通する排出口を閉じたままであるので、エンジンにオイルが供給されることとなり、エンジンの焼付け等の不具合を未然に防止できる。

ここで、状態切換機構が第２状態の場合、すなわち、リリーフバルブのバルブ開弁圧が高圧設定である場合には、スリーブの第１ポートとは反対の側の流路とドレイン流路とが連通している。このとき、例えばエンジン回転数が過度に増減し、それに伴ってオイルポンプの吐出圧が瞬間的に小さくなると、スリーブが付勢部材の付勢力を受けて押し上げられることがあり、その際にオイルがドレイン流路を逆流することがある。その結果、ドレイン流路を介して異物やエアをスリーブの側に吸い込むことがあり、スリーブやバルブの作動を阻害することにもなる。

しかし、本発明に係るリリーフバルブでは、状態切換機構が第２状態のときに、ドレイン流路からの流体の逆流を防止する弁がドレイン流路に設けられている。このため、ドレイン流路において、状態切換機構からドレイン流路へ向かうオイルの流れは許可され、ドレイン流路から状態切換機構へ向かうオイルの流れは遮断される。こうして、ドレイン流路からの異物やエアの侵入が確実に阻止され、スリーブやバルブの良好な作動状態を保持できる。

本発明に係るリリーフバルブの実施形態（低圧設定状態）を示す図である。本発明に係るリリーフバルブの実施形態（低圧設定状態）を示す図である。本発明に係るリリーフバルブの実施形態（高圧設定状態）を示す図である。本発明に係るリリーフバルブの実施形態（高圧設定状態）を示す図である。本発明に係るリリーフバルブのスリーブの形状を示す図である。本発明に係るリリーフバルブの他の実施形態を示す図である。本発明に係るリリーフバルブの他の実施形態を示す図である。

以下、本発明の実施形態として、エンジンへオイルを供給する供給流路１０の圧力を制御するリリーフバルブ１を図面に基づいて説明する。
〔実施形態１〕

図１〜図４に示すように、エンジン作動状態では、オイルポンプ２０によって、オイルパン２１の内部に貯留された流体（オイル）を吸出し、供給用流路１０を用いて各被潤滑部材に向けて送出する。リリーフバルブ１は、バルブボディ２と、このバルブボディの内部で摺動する筒状のスリーブ４と、このスリーブ４の内部で摺動するバルブ５と、バルブに付勢力を付与する付勢部材６（例えば、スプリングバネ）とを備え、供給用流路１０の経路中に配置される。

バルブボディ２は、流体が流入する第１ポート１１と流体を排出する第２ポート１２とを有している。スリーブ４は、第１ポート１１に連通する流入口７と第２ポート１２と連通する排出口８とを備えている。バルブ５は、流入口７を介した流体の圧力を受けつつスリーブ４の内部で摺動し、流入口７の側に近接して排出口８を閉じる閉じ状態と、流入口７から離間して排出口８を開く開き状態とを形成する。付勢部材６は、バルブ５を第１ポート１１からの流体圧に抗う方向に付勢力を付与するよう構成されている。

リリーフバルブ１は、状態切換機構１３を備えている。この状態切換機構１３は、供給用流路１０から分岐しスリーブ４の第１ポート１１とは反対の側（以下、反第１ポートの側という）に接続される背圧用流路１４と、背圧用流路１４の経路中に設けられ、第１ポート１１の流体圧の作用を入切するＯＳＶ１５とによって構成されている。

状態切換機構１３は、ＯＳＶ１５をＯＮにすると、図１、図２に示すように、背圧用流路１４から供給用流路１０の流体がスリーブ４の反第１ポート１１の側に導入され、スリーブ４に対して、第１ポート１１からの流体圧に抗う方向に第１ポート１１の流体圧を作用させる第１状態となる。また、状態切換機構１３は、ＯＳＶ１５をＯＦＦにすると第２状態となり、図３、図４に示すように、背圧用流路１４から供給用流路１０の流体がスリーブ４の反第１ポート１１の側に導入されなくなり、スリーブの第１ポートとは反対の側の流路とドレイン流路１６とを連通させる第２状態となる。

スリーブ４の両端面４Ａ、４Ｂのうち、一方の端面４Ａは第１ポート１１に面し、他方の端面４Ｂは状態切換機構１３の背圧用流路１４に面している。ここで、端面４Ｂの面積は端面４Ａの面積よりも大きく設定してある。こうすることで、第１ポート１１の液圧を他方の端面４Ｂに作用させたとき、両端面４Ａ、４Ｂの面積の差によって、一方の端面４Ａに作用する流体圧による付勢力に比べて他方の端面４Ｂに作用する流体圧による付勢力の方が大きくなり、スリーブ４を第１ポート１１の側に位置させることができる。よって、ＯＳＶ１５を入切操作することで、スリーブ４を第１ポート１１の側または第２ポート１２の側に位置させることができる。

［通常運転時］
状態切換機構１３が第１状態のときは、スリーブ４に対して、第１ポート１１からの流体圧に抗う方向に第１ポート１１の流体圧が作用し、スリーブ４を第１ポート１１の側に移動させる。スリーブ４が第１ポート１１の側に位置すると、それに伴い、排出口８の位置も第１ポート１１の側に近づく。さらに、スリーブ４とともにバルブ５も付勢部材６で付勢されて第１ポート１１の側に位置するので、付勢部材６が伸張状態となる。伸張状態となった付勢部材６は反第１ポートの側に押し戻され易い。よって、供給流路１０の流体圧が低圧であっても、図２のように、付勢部材６を反第１ポート１１の側に押戻して、バルブ５がスリーブ４の流入口７から離間してスリーブ４の排出口８を開く開き状態となる。こうして、第１ポート１１と第２ポート１２とが連通し、余剰流体（オイル）がオイルポンプ２０の吸入口に還流する。つまり、この場合は、リリーフバルブ１のバルブ開弁圧が低圧設定となる。

一方、状態切換機構１３が第２状態のときは、スリーブ４に対して第１ポート１１からの流体圧に抗う方向に第１ポート１１の流体圧が作用しなくなり、スリーブ４の第１ポート１１とは反対の側の流路とドレイン流路１６とが連通する。スリーブ４には第１ポート１１からの流体圧のみが作用し、スリーブ４を第２ポート１２の側に移動させる。スリーブ４が第２ポート１２の側に位置すると、それに伴い、排出口８の位置も第１ポート１１の側から遠ざかる。さらに、スリーブ４とともにバルブ５も第２ポート１２の側に位置するので、付勢部材６が収縮状態となる。収縮状態となった付勢部材６は反第１ポート１１の側に押し戻され難くなる。よって、供給用流路１０の流体圧が低圧では、付勢部材６が反第１ポートの側に押戻されず、図３のように、バルブ５がスリーブ４の排出口８を閉じる閉じ状態に維持される。供給用流路１０の流体圧が高圧になると、図４のように、収縮状態の付勢部材６を反第１ポート１１の側に押し戻して、バルブ５がスリーブ４の流入口７から離間してスリーブ４の排出口８を開く開き状態となる。こうして、第１ポート１１と第２ポート１２とが連通し、余剰流体（オイル）がオイルポンプ２０の吸入口に還流する。つまり、この場合は、リリーフバルブ１のバルブ開弁圧が高圧設定となる。

上述のように、状態切換機構が第２状態のときには、スリーブ４に対して第１ポート１１からの流体圧に抗う方向に第１ポート１１の流体圧が作用しなくなり、スリーブ４の反第１ポート１１の側の流路とドレイン流路１６とが連通して、スリーブ４が第１ポート１１の側に移動する。このとき、例えばエンジン回転数の過度に増減によりオイルポンプ２０の吐出圧が小さくなると、スリーブ４が付勢部材６の付勢力を受けて押し上げられることがあり、その際にオイルがドレイン流路１６を逆流することがある。その結果、オイルパン２１に存在する異物等をドレイン流路１６を介してスリーブ４の側に吸い上げてしまうおそれがある。また、ドレイン流路１６がオイルパン２１に開放されている場合には、ドレイン流路１６を介してスリーブ４の側にエアを吸い込んでしまい、オイルポンプ２０の吐出量が低下するおそれもある。

そこで、このリリーフバルブ１では、ＯＳＶ１５のドレイン流路１６に逆止弁１７を備える。当該逆止弁１７を備えることで、ＯＳＶ１５からドレイン流路１６へ向かうオイルの流れは許可され、その逆方向のオイルの流れは遮断される。

したがって、状態切換機構１３が第２状態のときに、スリーブ４の反第１ポート１１の側の流路とドレイン流路１６とが連通していても、ＯＳＶ１５やスリーブ４に対するドレイン流路１６からの異物やエアの侵入が確実に阻止される。よって、スリーブ４やバルブ５の良好な作動状態を保持できる。なお、状態切換機構１３が第２状態のときに、ドレイン流路１６からの逆流を防止する弁は、チェック弁等の各種の逆止弁を用いることができる他、制御弁を用いることもできる。

［背圧用流路の詰まり等による故障時］
エンジン作動状態において、背圧用流路１４がスラッジ等の影響で詰まった場合は、仮にＯＳＶ１５がＯＮの状態であっても、図３、図４に示すＯＳＶ１５のＯＦＦ状態と同様に、供給用流路１０の流体がスリーブ４の反第１ポート１１の側に導入されなくなる。この場合、スリーブ４に対して、第１ポート１１からの流体圧に抗う方向に第１ポート１１の流体圧が作用しない。よって、リリーフバルブ１は、第１ポート１１からの流体圧のみがスリーブ４に作用し、スリーブ４は第２ポート１２の側に位置して、バルブ開弁圧が高圧設定となる。

このように、本発明のリリーフバルブは、スラッジ等の影響で背圧用流路１４が詰まる等の故障時に、リリーフバルブ１のバルブ開弁圧が高圧設定となるように構成されている。そのため、供給用流路１０の流体圧が低圧のときはバルブ５が閉じ状態のままとなって、エンジンにオイルが供給され続けることとなる。よって、エンジンにオイルが供給されないことにより発生するエンジンの焼付け等の不具合を未然に防止できる。

スリーブ４の第１ポート１１に面する端面４Ａには、図５に示すように、全周にわたる平坦な外周面と、外周面より第１ポート１１の側に位置し、全周にわたる平坦な内周面と、外周面から内周面にかけて径が小さくなる方向に傾斜して連続する傾斜面が形成されている。さらに、端面４Ａには、内周面から外周面にかけて切り欠き部４ｃが形成されている。スリーブ４が第１ポート１１の側に位置するとき、端面４Ａがバルブボディ２の第１ポート１１の側のスリーブ当接面２Ａに当接する。このとき、端面４Ａと当接面２Ａとが密接することで、端面４Ａの外周面への流体通路が狭められ、第１ポート１１の流体が端面４Ａの外周面に流れ難い状態になることがある。ここで、端面４Ａに切り欠き部４ｃが形成されていると、第１ポート１１の流体が、切り欠き部４ｃを通じて端面４Ａの外周面全体に流れ込むようになる。このように、第１ポート１１の流体圧を端面４Ａの外周面にまで行き渡るように構成し、スリーブ４の動作を円滑なものとしている。

また、図１〜図４に示すように、スリーブ４の外周面のうち、スリーブ４の両端部に近接した部位にのみバルブボディ２との摺動面４ａが形成されており、両摺動面４ａに挟まれた外周面４ｂはバルブボディ２とは摺動しない。スリーブ４の位置は、第１ポート１１の流体圧を利用して変更されるから、バルブボディ２に対する摺動抵抗はできるだけ小さい方が望ましい。そのため、バルブボディ２との摺動面４ａをスリーブ４の両端部近傍に振り分けることで、摺動時における摺動面の面積を低減し、かつ、スリーブ４の傾きを最小限に留めて、スリーブ４との間に生じる摩擦力を極力少なくしている。
摺動面４ａによって、バルブボディ２の内部のスリーブ４は、バルブボディ２の内部の軸方向に対して傾斜姿勢になることはなく、バルブボディ２の内部でその軸方向に沿った姿勢を保持したまま、第１ポート１１と第２ポート１２との間を移動することとなる。
〔他の実施形態〕

（１）本発明に係るリリーフバルブ１は、スリーブ４の内部の流体または空気のうち、バルブ５を隔てて反第１ポート１１の側の流体または空気を排出する第１連通孔４ｄを、スリーブ４に設けてあることが好ましい。スリーブ４に第１連通孔４ｄを設ける場合は、例えば、図６に示すように、スリーブ４の反第１ポート１１の側寄りの外周面に第１連通孔４ｄを設ける。状態切換機構１３によってスリーブ４の位置を変更する際には、スリーブ４の内部の流体または空気のうち、バルブ５を隔てて第１ポート１１とは反対側の流体または空気の体積が増減する。その際にこの反第１ポート１１の側の流体または空気を第１連通孔によって排出しておくことで流体の出入りが自由となり、スリーブ４の位置移動に際しての抵抗を低減することができる。

（２）本発明に係るリリーフバルブ１は、図７に示すように、スリーブ４の内部の流体または空気のうち、バルブ５を隔てて反第１ポート１１の側の流体または空気を排出する第２連通孔５ａを、バルブ５に設けてあることが好ましい。第１ポート１１からの流体圧によってバルブ５が押し下げられる場合、バルブ５を隔てて反第１ポート１１の側の流体または空気が抵抗となる。バルブ５に第２連通孔５ａを設けると、図７（ａ）のように、第１ポート１１からの流体圧によってバルブ５が押し下げられる途中で、当該流体または空気が、第２連通孔５ａからスリーブ４の排出口８を通り第２ポート１２に排出されることとなる。よって、当該空間の流体のスリーブ４の排出口８を介して排出が促進されることとなり、バルブ５の動作を円滑なものとなる。図７（ｂ）のように、バルブ５がスリーブ４の流入口７から離間して排出口８を開く開き状態となると、第２連通孔５ａと排出口８とは連通しなくなる。

本発明に係るリリーフバルブは、エンジン潤滑系の油圧調整に限らず、広く、さまざまな液圧調整に用いることができる。

１リリーフバルブ
２バルブボディ
４スリーブ
４ａ摺動面
４ｄ第１連通孔
５バルブ
５ａ第２連通孔
６付勢部材
７流入口
８排出口
１１第１ポート
１２第２ポート
１３状態切換機構
１４背圧用流路
１５ＯＳＶ
１６ドレイン流路
１７逆止弁（逆流を防止する弁）

Claims

流体が流入する第１ポートと流体を排出する第２ポートとを有するバルブボディと、
前記バルブボディの内部で摺動し、前記第１ポートに連通する流入口と、前記第２ポートに連通する排出口とを備えた筒状のスリーブと、
前記流入口を介した前記流体の圧力を受けつつ前記スリーブの内部で摺動し、前記流入口の側に近接して前記排出口を閉じる閉じ状態と、前記流入口から離間して前記排出口を開く開き状態とを形成するバルブと、
前記バルブを前記第１ポートからの流体圧に抗う方向に付勢力を付与する付勢部材と、
前記スリーブに対して前記付勢力と同じ方向に前記第１ポートの流体圧を作用させる第１状態と、前記スリーブの前記第１ポートとは反対の側の流路とドレイン流路とを連通させる第２状態とに切換える状態切換機構と、
前記状態切換機構が前記第２状態のときに、前記ドレイン流路からの流体の逆流を防止するよう前記ドレイン流路に設けられた弁と、を備えたリリーフ圧力変更機能付きリリーフバルブ。