JPH0664491B2

JPH0664491B2 - 流量制御装置

Info

Publication number: JPH0664491B2
Application number: JP60262185A
Authority: JP
Inventors: 瑞生大滝
Original assignee: 株式会社ユニシアジェックス
Priority date: 1985-11-20
Filing date: 1985-11-20
Publication date: 1994-08-22
Anticipated expiration: 2009-08-22
Also published as: JPS62120516A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は自動車のパワーステアリング装置等に施用さ
れ、パワーソースからこのパワーステアリング装置等に
供給される作動流体の流量を所定流量に調整する流量制
御装置に関する。

（従来の技術）流体を作動媒体として手動操舵トルクを助勢するパワー
ステアリング装置に作動流体を供給するパワーソースと
してのオイルポンプは通常車両に搭載した内燃機関によ
って回転駆動され、その回転数の増加によって吐出流量
が増加する。

しかるに、パワーステアリング操作に必要な流量は、そ
の操作が車両の停車時あるいは低速走行時に十分に機能
すればよいものであるから、機関の比較的低速域におい
て確保されることを要するが、高速時は差程必要としな
い。従って、高速回転で生じる余剰流量は流量制御装置
によってバイパスさせリザーバタンク等に戻すのが普通
である。

ここにこの種の流量制御装置として本件出願人は第４図
に示すように、ポンプ１からの吐出油を導く導入通路２
に連通するメインオリフィス３を、これに直列配置した
可変絞りのサブオリフィス４を介してパワーステアリン
グ装置５に連通し、感応オリフィス６及び通路７を介し
てメインオリフィス３の前後の圧力をそれぞれサブスプ
ール８に作用させることにより、サブスプール８をメイ
ンオリフィス３の前後に生ずる差圧に応動させてサブオ
リフィス４を制御する一方、サブオリフィス４の前後に
生ずる差圧に応動するメインスプール９を、リザーバタ
ンク（図示略）に通じるドレン通路10と適合させた流量
制御装置を提案している。

この流量制御装置の吐出流量特性は第５図（ｂ）に示す
如くであって、ポンプ１から吐出された作動油は、メイ
ンオリフィス３及びサブオリフィス４を通過する一方
で、サブオリフィス４に流入する作動油の増大に伴うサ
ブオリフィス４通過前後の差圧の増大によってメインス
プール９をこれのつり合いばね11のばね力に抗して右動
させてドレン通路10を開口させ、その一部がドレン通路
10に逃げる。斯くして、パワーステアリング装置５に送
出される作動油を、メインオリフィス３及びサブオリフ
ィス４による制御のもとに一定流量Q2に維持する。ポン
プ吐出量が更に増大すると、これに伴うメインスプール
９の更なる右動と共に、メインオリフィス３前後に生ず
る差圧の増大によってサブスプール８をこれのつり合い
ばね12のばね力に抗して左動させ、サブオリフィス４を
絞る。この一連の動作で、パワーステアリング装置５に
送出される流量は、一定流量Q2から漸減して、主にサブ
オリフィス４を通過することでもたらされる流量Q1に制
御され、所謂フローダウン制御される。

（発明が解決しようとする問題点）ところで、前記従来例にあっては、メインスプール９の
移動時にポンプ吐出油が固定絞りのメインオリフィス３
を通過してドレン通路に逃げる構成であるため、メイン
オリフィス３によって生ずる抵抗分導入通路２内の圧力
が上昇し、ポンプ１が無用の仕事を強いられる。即ち、
ポンプ負荷が増大しエネルギのロスが発生する上に、発
熱によりポンプ吐出油の油温が上昇し吐出油の劣化が早
まるという問題点があった。更に、油温が上昇すると、
ポンプ１やパワーステアリング装置５にはゴム製部品が
多数使用されているため、これらゴム製部品の劣化が促
進される上に、キャビテーションが発生し易くなってポ
ンプ１やパワーステアリング装置５の故障が増大すると
いう問題点もあった。

（問題点を解決するための手段）この発明は、上述した問題点に着目してなされたもの
で、ハウジングに形成された収容孔にメインスプールを
摺動自在に嵌挿して該メインスプールの一側に一次圧力
室を、他側に２次圧力室を画成する一方、前記収容孔に
は、第１オリフィスを介して前記１次圧力室に連通する
導入通路と、前記メインスプールの摺動に応じて開口面
積が増減されるドレン通路と、前記１次圧力室から第２
オリフィスを介して連通する吐出通路とを開口形成する
と共に、該吐出通路を前記２次圧力室に連通させて、前
記メインスプールを前記１次圧力室と２次圧力室との差
圧に応じて摺動させて、前記ドレン通路からのドレン流
量を制御することによって前記導入通路からの導入流量
の変動に対して前記吐出通路からの吐出量を所定の流量
特性に制御する流量制御装置において、前記導入通路の
前記収容孔への開口部に設けられて、前記第１オリフィ
ス前後の差圧に応じて変位して該第１オリフィス自体の
開口面積を変化させる制御スプールを設けて構成した。

（作用）この発明に係る流量制御装置によれば、導入通路に流入
する流体の低流量域においては、第１オリフィスが比較
的小さな開口面積をもって導入通路と吐出通路とを連通
し、また、導入通路に流入する流体の高流量域において
は、第１オリフィスを通過する流体の流量が増加する伴
い制御スプールが第１オリフィスの前後の流体圧力差に
応動して第１オリフィスの開口面積を増大させる。この
ため、この流量制御装置による流体回路の圧力損失が低
減されて、ポンプ負荷が軽減されるとともに流体圧力の
上昇に起因した流体温度の上昇が阻止されるものであ
る。

（実施例）以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図（ａ），（ｂ）、第２図および第３図（ａ）、
（ｂ）、（ｃ）は、この発明の一実施例を車両のパワー
ステアリング装置に適用したものを示している。

まず構成を説明すると、第１図（ａ），（ｂ）におい
て、21は図中左右方向に延在し左端を開口した収容孔21
aが形成されたケーシング、22は孔22aが形成された中空
状のコネクタであり、コネクタ22はケーシング21の収容
孔21aの開口端に螺着され、ケーシング21とともにバル
ブハウジング23として機能する。ケーシング21には、収
容孔21aに開口する導入通路23aおよびドレン通路23bが
形成され、導入通路23aがポンプ24の吐出ポートに接続
され、ドレン通路23bがポンプ24の吸込ポートに接続さ
れている。ポンプ24は、図示しない車載エンジンにより
駆動されリザーバ（図示省略）内の流体を加圧して吐出
するもので、その回転軸の１回転当り一定量の流体を吐
出する。コネクタ22の孔22aは図中左端に吐出通路23cが
設けられ、この吐出通路23cが図示しないパワーステア
リング装置のコントロールバルブ（四方切換弁）に接続
されている。また、コネクタ22の孔22aは吐出通路23cの
右隣から順に小径部25および第１、第２、第３の大径部
26、27、28を有しており、第３大径部28には孔22aと導
入通路23aとを連通する通孔29が形成されている。31は
第３大径部28に軸方向摺動可能に嵌入された中空の制御
スプールである。この制御スプール31は、その軸孔31a
と通孔29とを連通する通孔32と、制御スプール31の摺動
に伴って第３大径部28から抜け出し、第３大径部28の内
周面の端部との間に導入通路23aと収容孔21aとを連通す
る間隙を形成するフランジ部33と、を有している。この
フランジ部33はコネクタ22の通孔29および制御スプール
31の通孔32とともに第１オリフィス34を構成している。
35は制御スプール31の軸孔31aの壁面に軸方向に形成さ
れた初期差圧発生用の制限通路である。また、37は第３
大径部28に直径方向に架設された平板状の座金38と制御
スプール31の軸孔31aの肩部との間に縮設され、制御ス
プール31をそのフランジ部33がコネクタ22の孔22aの第
３大径部28内に位置する方向（図中左方向）に常時付勢
しているコイルスプリングである。なお、制御スプール
31には摺動する際に座金38と干渉しないように座金38を
嵌入するための切欠部31bが形成されている。前記第１
オリフィス34は導入通路23aと吐出通路23cとの間に位置
して、制御スプール31の変位に応じて開口面積が変化
し、制御スプール31のフランジ部33が第３大径部28内に
位置するときは、通孔29、32により決定された開口面積
を有し、また、制御スプール31のフランジ部33が第３大
径部28から抜け出すと、制御スプール31のフランジ部33
と第３大径部28の内周面の端部との間に形成される間隙
および通孔29、32により決定される開口面積を有する。
40はコネクタ22の孔22aおよび制御スプール31の軸孔31a
内に軸方向摺動可能に嵌入された略円筒状のサブスプー
ルであり、39は第２大径部27の一端面とサブスプール40
の大径部との間に縮設され、サブスプール40を制御スプ
ール31の方向（図の右方向）へ常時付勢しているコイル
スプリングである。サブスプール40は、一端部（図の左
端部）にメインオリフィス41が設けられた連通孔42、お
よびメインオリフィス41の近傍で連通孔42と直交し孔22
aの第１大径部26に開口する孔43を有している。したが
って、孔43、および第１大径部26とサブスプール40の外
周面との間隙を介してメインオリフィス41の上流側と下
流側とが連通している。そして、サブスプール40の吐出
通路23c側の端部の外周面は、孔22aの小径部25と第１大
径部26の間の肩部とともにサブオリフィス44を構成して
おり、このサブオリフィス44は、サブスプール40の図中
左方向への変位に伴って閉止され開口面積が変化する。
すなわち、サブオリフィス44はコネクタ22とサブスプー
ル40との相対位置に応じた開口面積を有している。この
サブオリフィス44とメインオリフィス41は連通孔42と吐
出通路23cとの間に並列的に位置して第２オリフィス45
を構成している。そして、第２オリフィス45はサブオリ
フィス44の開口面積の変化に応じてその開口面積が変化
する。一方、ケーシング21の収容孔21aの図中右方に
は、メインスプール47が摺動自在に嵌挿されて、その両
端に一次圧力室48と二次圧力室49とを画成している。一
次圧力室48は、制御スプール31の軸孔31aおよび通孔3
2、29を介して導入通路23aに連通するとともに、第２オ
リフィス45を介して吐出通路23cに連通している。すな
わち、一次圧力室48は第２オリフィス45の上流側に位置
し、第２オリフィス45を第１オリフィス34を介して導入
通路23aに連通させている。また、二次圧力室49は、メ
インスプール47の（後述する）ランドに形成された細孔
50、ケーシング21に形成された導孔21bおよびコネクタ2
2に形成された導孔22cを介して第２オリフィス45の下流
の孔22aと連通している。51は二次圧力室49内に縮設さ
れメインスプール47を図中左方向へ付勢しているコイル
スプリングである。メインスプール47の外周面には、ド
レン通路23bに開口した条溝47aおよびケーシング21の導
孔21bに開口した条溝47bが形成され、３つのランド47
c、47d、47eが形成されている。図中左方のランド47c
は、ドレン通路23bの収容孔21aにおける開口縁との間に
ドレンオリフィス52を構成している。このドレンオリフ
ィス52は、一次圧力室48とドレン通路23bとの間に位置
し、メインスプール47の変位にともない開口面積を変更
する。すなわち、このドレンオリフィス52は、メインス
プール47の図中右動にともないドレン通路23bの開口面
積を増大し、一次圧力室48を介して導入通路23aとドレ
ン通路23bとをメインスプール47の変位に応じた開口面
積で連通する。また、図中右方のランド47eには、条溝4
7bと二次圧力室49とを連通する前述の細孔50が形成され
ている。この細孔50は、前述のように、コネクタ22の導
孔22c、ケーシング21の導孔21bおよび条溝47bとともに
二次圧力室49を第２オリフィス45の下流の孔22a内に連
通している。メインスプール47に形成された軸穴53内に
は、ボール弁体54をその押圧ロッド55とともにチェック
スプリング56で偏倚して軸穴53の開口端に固着した中空
尾栓57の弁座に着座させたリリーフ弁58が設けられてい
る。このリリーフ弁58は前記導孔22c、導孔21b、条溝47
b、細孔50を介して二次圧力室49内に導入される吐出通
路23cの圧力超過をドレン通路23bへ逃がすためのもので
ある。

次に、作用を説明する。

この流量制御装置は、メインスプール47が第２オリフィ
ス45の前後の流体圧力差（一次圧力室48と二次圧力室49
との流体圧力差）を一定とするように変位し、ドレンオ
リフィス52の開口面積すなわちドレン通路23bの開口面
積を変更して導入通路23aに流入する流体の一部をドレ
ン通路23bから排出し、更に、サブスプール40が第２オ
リフィス45の前後の差圧で応動して、詳しくはサブスプ
ール40の一側から吐出通路23c内の２次圧力を、他側
（１次圧力室48側）から第１オリフィス34前の圧力（導
入圧力）と後の圧力である１次圧力とを夫々受圧するこ
とによって、両側からの力がバランスする位置まで移動
することで吐出通路23cからパワーステアリング装置へ
供給する流体を第５図（ｂ）に示す流量特性に維持す
る。すなわち、車載エンジンにより駆動されるポンプ24
は、その吐出量がエンジンの回転数に略比例的な関係を
有するため、流量制御装置は、導入通路23aから流入す
る流体の一部をドレン通路23bからポンプ24へ還流し
て、吐出通路23cからパワーステアリング装置へ供給す
る流体を所定の流量特性（第５図（ｂ））に維持するの
である。

以下、第５図（ａ）、（ｂ）を参照して、この流量制御
装置の作動を説明する。なお、以下の説明においては、
導入通路23aから第１オリフィス34までの流体圧力、第
１オリフィス34から第２オリフィス45までの流体圧力お
よび第２オリフィス45から吐出通路23cまでの流体圧力
をそれぞれ符号P₁、P₂、P₃で表示する。

まず、導入通路23aに流入する流体流量Ｎが所定値N1に
満たない場合、メインスプール47はスプリング51により
付勢されて図中左方に位置し、サブスプール40もスプリ
ング39により付勢されて図中右方に位置する。更に、制
御スプール31も第１図（ａ）および第２図に示す如くス
プリング37により付勢されて図中左方、すなわちそのフ
ランジ部33が孔22aの第３大径部28内に嵌入している位
置にある。このため、第１オリフィス34は、通孔29およ
び32により決定される開口面積を有し、第２オリフィス
45は、メインオリフィス41およびサブオリフィス44の開
口面積の総和により決定された開口面積を有し、また、
ドレンオリフィス52は、メインスプール47のランド47c
がドレン通路23bを閉止しているため閉じられた状態に
ある。したがって、導入通路23aに流入した流体は、第
１オリフィス34、一次圧力室48を経て連通孔42内へ流入
し、更にメインオリフィス41およびサブオリフィス44を
経て全量が吐出通路23cからパワーステアリング装置へ
供給される。

次に、導入通路23aに流入する流体流量Ｎが所定量N₁以
上に増大すると（N₁≦Ｎ＜N₂）、第２オリフィス45の前
後の流体圧力差（ΔP₂）（ΔP₂＝P₂−P₃）が増大し、メ
インスプール47は第２オリフィス45の前後の圧力差ΔP₂
すなわち一次圧力室48と二次圧力室49との流体圧力差に
応動してドレン通路23bを開口する。すなわち、メイン
スプール47は、スプリング51の弾性力に抗して第２オリ
フィス45の前後の流体圧力差ΔP₂を一定にするよう右動
してドレンオリフィス52を開く。このため、導入通路23
aに流入した流体は、一部が第１オリフィス34を経て一
次圧力室48に流入した後ドレン通路23bから排出され、
吐出通路23cからパワーステアリング装置へ供給される
流体流量Ｑが一定量Q₂になる。なお、この時、導入通路
23aと吐出通路23cとの間は、第１オリフィス34と、メイ
ンオリフィス41およびこれと並列なサブオリフィス44を
介して連通しているため、流体流量を大きめQ₂に制御す
ることが可能である。すなわち、メインオリフィス41と
並列に設けられたサブオリフィス44が、連通孔42と吐出
通路23cとの間を連通しているため、第２オリフィス45
の面積が大きくなっているためである。

また、導入通路23aに流入する流体流量Ｎが所定量N₂以
上に増大すると（N₂≦Ｎ＜N₃）、導入通路23aに流入し
た流体の全流量が通過する第１オリフィス34の前後の流
体圧力差（ΔP₁）（ΔP₁＝P₂−P₁）が増大し、また、第
２オリフィス45の前後の流体圧力差ΔP₂も増大する。こ
のため、サブスプール40は、スプリング39の弾性力に抗
して左動し、サブオリフィス44を閉止するため、サブオ
リフィス44はサブスプール40の変位に応じた開口面積と
なる（開口面積が減少する）。したがって、吐出通路23
cからパワーステアリング装置へ供給される流体流量Ｑ
が減少する。これにより、パワーステアリング装置は、
パワーシリンダにより発生される操舵補助力が減少し、
高速走行時における走行安定性が図れるものである。

次に、導入通路23aに流入する流体流量Ｎが前述の所定
量N₃以上に増大すると（N₃≦Ｎ＜N₄）、サブスプール40
がさらに図中左方へ変位して、サブオリフィス44が完全
に閉止される。したがって、導入通路23aと吐出通路23c
との間は、第１オリフィス34およびメインオリフィス41
を直列に介してのみ連通し、メインスプール47がメイン
オリフィス41の前後の流体圧力差ΔP₂を一定にするよう
に変位する。このため、第５図（ｂ）に示すように、吐
出通路23cからパワーステアリング装置へ供給される流
体流量Ｑはほぼ一定量Q1となる。なお、上述の場合にあ
っては、制御スプール31はコイルスプリング37の付勢力
によって左端位置にあり、そのフランジ部33は孔22aの
第３大径部28内に嵌入した状態にあるため、第１オリフ
ィス34の開口面積が変化することは無い。

この後、さらに導入通路23aに流入する流体流量Ｎが増
大すると（Ｎ≧N₄）、制御スプール31が第１オリフィス
34前後の流体圧力差ΔP₁の増大により第１図（ｂ）に示
すように右方へ変位し、第１オリフィス34の開口面積が
増大する。すなわち、制御スプール31が右方へ変位する
と、制御スプール31のフランジ部33が孔22aの第３大径
部28から右方に突出し、制御スプール31のフランジ部33
と第３大径部28の内周面端部との間に環状の間隙が形成
される。このため、第１オリフィス34は、通孔32および
前記間隙により決定された開口面積を有し、その開口面
積が導入通路23aへ流入する流体流量Ｎの増加にともな
う制御スプール31の右動に対応して増大する。したがっ
て、導入通路23aの流体圧力P₁は、第５図（ａ）の実線
に示すように、流量Ｎが増大してもその上昇率は極めて
緩やかとなって、ポンプ24の負荷を軽減するとともに、
流体圧力P₁の上昇に起因した流体温度の上昇を阻止す
る。

ところで、例えば、吐出通路23cからパワーステアリン
グ装置へ供給される流体流量Q₁が所定値に保持されてい
る場合（通常、車両の高速走行時等で導入通路23aへ流
入する流体流量Ｎが所定値N₃以上の場合）、パワーステ
アリング装置が作動すると、吐出通路23cの流体圧力P₃
が増大するため（増大圧力分をΔＰとする）、サブスプ
ール40が図中右方へ押圧される。しかしながら、流量制
御装置は、吐出流量Q₁を一定に維持するために第２オリ
フィス45の前後差圧を一定に保つように働く。

すなわち、吐出圧の増大分ΔＰが二次圧力室49に作用し
メインスプール47を左方へ動かしてドレンオリフィス52
の開口面積を狭くし一次圧力室48の圧をΔＰだけ上昇さ
せる。

このため、サブスプール40の前後面圧はそれぞれΔＰ上
昇することになり、したがって、サブオリフィス44が開
口することも無く、第５図（ｂ）に示す流量特性は不変
的に維持される。

なお、吐出通路23cの流体圧力P₃が異常に高くなった場
合は、リリーフ弁58によってその圧力超過をドレン通路
23bへ逃がすことができる。

（発明の効果）以上説明してきたように、この発明に係る流量制御装置
によれば、導入通路へ流入する流体流量の低流量域にお
いては導入通路と吐出通路との間で第２オリフィスの開
口面積が増大し、また、高流量域においては制御スプー
ルの作用によって第１オリフィスの開口面積が増大する
ため、全体としての抵抗が減少し、ポンプが無用の仕事
を強いられることがなくなる。すなわち、ポンプの負荷
が減少するためエネルギのロスや発熱がなくなり、流体
（作動油）の温度も低下するため流体やゴム製部品の劣
化を防止することができ、また、キャビテーションの発
生も抑制できる。その結果、ポンプやパワーステアリン
グ装置の故障が減少する。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ），（ｂ）乃至第３図（ａ）、（ｂ）、
（ｃ）はこの発明に係る流量制御装置の一実施例を示す
図であり、第１図（ａ），（ｂ）はそれぞれ異なる作動
状態を示すその正面断面図、第２図は第１図（ａ）のＡ
−Ａ矢視断面図、第３図（ａ）は第２図のＢ−Ｂ矢視断
面図、第３図（ｂ）は第２図のＣ−Ｃ矢視断面図、第３
図（ｃ）は第２図のＤ−Ｄ矢視断面図、第４図は従来の
流量制御装置を示す正面断面図、第５図（ａ）は導入通
路へ流入する流体の流量と圧力との関係を示す図、第５
図（ｂ）は流量特性を示す図である。 23……バルブハウジング、 23a……導入通路、 23b……ドレン通路、 23c……吐出通路、 31……制御スプール、 34……第１オリフィス、 40……サブスプール、 45……第２オリフィス、 47……メインスプール、 52……ドレンオリフィス。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ハウジングに形成された収容孔にメインス
プールを摺動自在に嵌挿して該メインスプールの一側に
一次圧力室を、他側に２次圧力室を画成する一方、前記
収容孔には、第１オリフィスを介して前記１次圧力室に
連通する導入通路と、前記メインスプールの摺動に応じ
て開口面積が増減されるドレン通路と、前記１次圧力室
から第２オリフィスを介して連通する吐出通路とを開口
形成すると共に、該吐出通路を前記２次圧力室に連通さ
せて、前記メインスプールを前記１次圧力室と２次圧力
室との差圧に応じて摺動させ、前記ドレン通路からのド
レン流量を制御することによって前記導入通路からの導
入流量の変動に対して前記吐出通路からの吐出量を所定
の流量特性に制御する流量制御装置において、前記導入
通路の前記収容孔への開口部に設けられて、前記第１オ
リフィス前後の差圧に応じて変位して該第１オリフィス
自体の開口面積を変化させる制御スプールを設けたこと
を特徴とする流量制御装置。