(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁（１）であって、弁ハウジング（２）及び弁ピストン（３）を含み、前記弁ハウジング（２）は、少なくとも、１つの供給ポート（Ｐ）、１つの作動ポート（Ａ）、及び１つの流出開口（Ｔ）を備え、前記弁ピストン（３）が、前記弁ハウジング（２）内に、制御圧力の印加により軸方向に移動可能に配置された弁（１）において、前記弁ハウジング（２）に装備された前記流出開口（Ｔ）は、少なくとも、第１制御縁（４）及び第２制御縁（５）を備え、前記制御圧力が第３制御圧力レベルに達すると、前記弁ピストン（３）が、前記弁ハウジング（２）において端部ストッパ（８）に接することを特徴とする弁（１）。
【請求項２】
前記流出開口（Ｔ）の流れ横断面は、前記第１制御縁（４）と前記第２制御縁（５）の間で、同一形状で構成されることを特徴とする、請求項１に記載の弁。
【請求項３】
前記流出開口（Ｔ）の流れ横断面は、前記第１制御縁（４）と前記第２制御縁（５）の間で、非同一形状で構成されることを特徴とする、請求項１に記載の弁。
【請求項４】
前記流出開口（Ｔ）は、Ｌ字型又はＴ字型に構成されることを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載の弁。
【請求項５】
前記弁ピストン（３）は少なくとも第１ピストン鍔部（６）を備え、該第１ピストン鍔部（６）は少なくとも１つの制御縁（７）を備え、前記第１ピストン鍔部（６）は、前記弁ピストン（３）の定義された開始位置において、前記流出開口（Ｔ）の全体を覆うことを特徴とする、請求項１〜４の少なくとも１項に記載の弁。
【請求項６】
前記弁ピストン（３）は、該弁ピストン（３）に対する力の作用、又は前記第１ピストン鍔部（６）に対する力の作用により、前記定義された開始位置に配置されることを特徴とする、請求項５に記載の弁。
【請求項７】
前記制御圧力が第１制御圧力レベルを超えると、前記弁ピストン（３）の前記第１ピストン鍔部（６）の少なくとも１つの制御縁（７）が、前記流出開口（Ｔ）の前記第１制御縁（４）を開放することを特徴とする、請求項５又は６に記載の弁。
【請求項８】
前記制御圧力が第２制御圧力レベルを超えると、前記弁ピストン（３）の前記第１ピストン鍔部（６）の少なくとも１つの制御縁（７）が、前記流出開口（Ｔ）の前記第２制御縁（５）を開放することを特徴とする、請求項５〜７の何れか１項に記載の弁。
【請求項９】
前記制御圧力が前記第３制御圧力レベルに達すると、前記弁ピストン（３）の前記第１ピストン鍔部（６）が、前記弁ハウジング（２）において端部ストッパ（８）に接することを特徴とする、請求項５〜８の何れか１項に記載の弁。
【請求項１０】
前記弁ピストン（３）は第２ピストン鍔部（９）を備え、該第２ピストン鍔部（９）は、前記第１ピストン鍔部（６）と共に弁室（１０）を構成し、該弁室（１０）の領域内に、前記供給ポート（Ｐ）及び前記作動ポート（Ａ）が開口していることを特徴とする、請求項５〜９の少なくとも１項に記載の弁。
【請求項１１】
油圧または空気圧システムであって、少なくとも、１つの圧力媒体ポンプと、１つの油圧又は空気圧消費装置と、請求項１〜１０の少なくとも１項に記載の少なくとも１つの弁（１）と、を備え、該弁（１）により、該弁（１）の前記作動ポート（Ａ）に接続された少なくとも１つの前記消費装置を制御することを特徴とする油圧又は空気圧システム。
【請求項１２】
変速機であって、請求項１〜１０の少なくとも１項に記載の弁（１）、又は請求項１１に記載の油圧又は空気圧システムを含む変速機。
【請求項１３】
請求項１２に記載の変速機を含む自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念において詳説された種類の弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術においては、通常の機械的に駆動される圧力媒体ポンプが、変速機への供給、及びシフト要素の制御のために、自動又は自動化された自動車変速機において使用される。変速機への供給、及びシフト要素の制御のために、一定の押しのけ容積を有する圧力媒体ポンプが使用される場合、圧力媒体ポンプの押しのけ容積は、圧力媒体ポンプの駆動回転数に対して固定比率の関係にある。駆動回転数は、例えば圧力媒体ポンプを変速機入力軸に配置した場合、変速機入力軸の回転数に対応する。
【０００３】
圧力媒体ポンプから一定の押しのけ容積を供給される油圧又は空気圧システムは、最大の単独消費装置の需要に従って構成される。又は複数の単独消費装置が共に作動される場合、油圧又は空気圧システムは、必要に応じて、共に作動される単独消費装置の需要に従って構成される。従って圧力媒体ポンプからの一定の押しのけ容積により、圧力媒体ポンプの駆動回転数を介して発生した圧力が、油圧又は空気圧システムに存在する他の消費装置用に与えられる。
【０００４】
従って従来技術においては、圧力リリーフ弁が既知である。圧力リリーフ弁は、メインシステムにおいて定められた圧力を超えると開放し、過剰なポンプ媒体を、バイパスを通して流出させる。また、既に消費装置位置の入力側において、又は既に消費装置位置への供給ラインにおいて、押しのけ媒体の圧力を、予め定義可能な最大値に制限することも既知である。特にこれは、消費装置位置が機械的に敏感である、又は機械的に敏感な部分を含む場合に、有効である。機械的に敏感な部分は、最大圧力を超えると、破壊される、又はより早く磨耗する。そうした最大圧力の制限は、例えば潤滑媒体システムにおいても必要である。潤滑媒体システムにおいては、実際の消費位置の前に、オイルフィルタ等にさえ切り換えられる。同様にオイルフィルタ等は、破損されないよう、過剰に高い圧力が加えられてはならない。
【０００５】
例えばスロットル弁又はオリフィス弁のような制流弁は、システムに存在する圧力を、設定された値に低減する。これらの弁は、油圧又は空気圧システムの部分により少ない圧力を供給するために使用される。そのため流体を絞り位置で絞ることは、例えば、油圧又は空気圧システムにおいてサブ回路の圧力を、メイン回路の圧力よりも小さくするよう作用する。
【０００６】
従来の圧力リリーフ弁によっては、システム圧力を単に上方でのみ制限可能である。一方、制流弁を介しては、ラインにおける弁の後ろのシステム圧力を、全体でのみ低減可能である。圧力リリーフ弁によりシステム圧力を制限すると、ポンプ回転数が高い際に、油圧又は空気圧システムへの供給不足に至る可能性がある。一方、制流弁によりシステム圧力を低減すると、ポンプ回転数が小さい際に、油圧又は空気圧システムへの供給不足に至る可能性がある。従って、押しのけ容積が一定の圧力媒体ポンプを備えた油圧又は空気圧システムにおいては、システムにおいてより低い優先度で供給される消費装置用に、需要に応じたシステムを構成することが、厄介な問題である。
【０００７】
ドイツ特許出願公開第40 25 578号は、流れ又は圧力の制御のための制御弁を開示する。この制御弁において、圧力媒体入口及び圧力媒体出口は、相互に接続される。制御ピストンは２つの制御縁を備える。一方の制御縁は制御開口と協働し、及び他方の制御縁は安全孔と協働する。制御ピストンの軸方向の位置に依存して、入口側のオイル導管は、制御開口並びに安全孔の可変の開放横断面を介して、出口側のオイル導管に接続される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】ドイツ特許出願公開第40 25 578号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、油圧又は空気圧システムにおける消費装置の制御を改良可能な弁を提供するという課題に基づく。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この課題は、請求項１に記載の特徴を有する弁により解決される。有利な形態は、従属請求項、明細書、及び図面から明らかである。
【００１１】
本発明による弁は弁ハウジングを含む。弁ハウジングは、少なくとも、１つの供給ポート、１つの作動ポート、及び１つの流出開口を備える。弁ハウジング内には、軸方向に移動可能、又は長手方向に移動可能な弁ピストンが配置される。本発明により、弁ハウジングに装備された流出開口は、少なくとも２つの制御縁を備える。
【００１２】
弁ハウジング内で軸方向に移動可能な弁ピストンは少なくとも１つのピストン鍔部を備える。ピストン鍔部は少なくとも１つの制御縁を備える。以下で静止位置と称される、弁ピストンの定義された開始位置において、弁ハウジングに装備された流出開口は、弁ピストンのピストン鍔部により全体が覆われる。弁ハウジングにおいて、弁ピストンの静止位置は、弁ピストン又はピストン鍔部に対する力の作用により達成される。この力は、以下で対向力と称される。対向力は、弁ピストンの作動方向に対向して作用する。また、対向力は、例えばバネ素子、又は油圧若しくは空気圧印加により、発生可能である。
【００１３】
弁を作動させるために、弁に制御圧力を印加可能である。制御圧力は、対応する作動力を弁ピストンに作用させる。制御圧力により作用される作動力が、弁ピストン又は弁ピストンのピストン鍔部に作用する対向力を超えると、弁ハウジング内の弁ピストンが、軸方向に移動される。第１制御圧力レベルが超えられると、弁ピストンは弁ハウジング内で、弁ピストンのピストン鍔部の少なくとも１つの制御縁が、流出開口の第１制御縁を開放するよう配置される。一方、第２制御圧力レベルを超えると、弁ピストンは弁ハウジング内で、弁ピストンのピストン鍔部の少なくとも１つの制御縁が、流出開口の第２制御縁を開放するよう配置される。第３制御圧力レベルが優勢である場合、弁ピストン又は弁ピストンのピストン鍔部は、最終的に、弁ハウジングにおいて端部ストッパに接する。
【００１４】
流出開口の流れ横断面は、流出開口の第１制御縁を超えた後であり、且つ第２制御縁を超えるに至るまで、開放される。弁の作動ポートでの更なる圧力上昇は、主に流出開口の流れ横断面により決定される。流出開口の両方の制御縁の間の流れ横断面、及び弁ピストンに作用する対向力は、弁の作動ポートにおいて、所望された作動圧力が優勢であるよう、相互に調整される。
【００１５】
そのため第１実施形態において、流出開口の流れ横断面は、第１制御縁と第２制御縁の間で、例えば矩形又は長孔形の同一形状で構成可能である。
【００１６】
これに対して、第２実施形態において、流出開口の流れ横断面は、第１制御縁と第２制御縁の間で、例えば台形、三角形、又は円形の非同一形状で構成可能である。
【００１７】
弁ハウジングに装備され、及び少なくとも２つの制御縁を備える流出開口は、実施形態に従いワンピース型で、例えばＬ字型又はＴ字型に構成される。更なる実施形態において、弁ハウジングに装備された流出開口は、マルチピース型で構成可能である。マルチピース型で構成された流出開口は、例えば複数の孔により実現可能である。複数の孔は、少なくとも２つの制御縁を備えた流出開口が発生するよう、弁ハウジングの周囲に配置される。
【００１８】
更なる実施形態において、流出開口の第１制御縁と第２制御縁の間に、少なくとも１つの更なる制御縁を装備可能である。その場合、流出開口の流れ横断面は、第１制御縁と第２制御縁の間で、例えばステップ形状で構成される。
【００１９】
弁の好適な実施形態において、弁ピストンは第２ピストン鍔部を備える。第２ピストン鍔部は、第１ピストン鍔部と共に弁室を構成する。弁室の領域内に、供給ポート及び作動ポートが開口している。
【００２０】
従って本発明による弁は、弁ピストンの作動位置に依存して異なる弁機能を可能にする。そのため、弁の供給ポートに接するシステム圧力は、弁ピストンの第１調節領域においてほぼ全体を、弁の作動ポートへ伝達可能である。弁ピストンの第２調節領域において、弁ハウジングに装備された流出開口の第１横断面領域が開放される。これにより、弁の供給ポートに接するシステム圧力の一部が、第１横断面領域を通り、圧力媒体シンクへ流出する。また、弁の作動ポートでは、低減された体積流量又は低減された圧力レベルが優勢である。弁ピストンの第３調節領域において、第１横断面領域に追加して、弁ハウジングに装備された流出開口の第２横断面領域が開放される。これにより、圧力媒体シンクに流出する体積流量が増大する。また、弁の作動ポートで優勢である体積流量、又は弁の作動ポートで優勢である圧力レベルが、最大値に制限される。圧力制限により、発生の可能性がある過圧をシステムで封じることが可能である。
【００２１】
更に本発明は、油圧又は空気圧システムに関する。油圧又は空気圧システムは、特に自動又は自動化された車両変速機に油圧又は空気圧を供給し、及び油圧的又は空気圧的に制御する。油圧又は空気圧システムは、少なくとも、１つの圧力媒体ポンプと、１つの油圧又は空気圧消費装置と、少なくとも１つの上述の弁と、を備える。従って本発明による弁の全ての構成は、対応する弁を含む油圧又は空気圧システムにも適用される。少なくとも１つの油圧又は空気圧消費装置は、上述の弁の作動ポートに接続される。これにより、油圧又は空気圧消費装置への体積流量を、弁により調整可能である。一定の押しのけ容積を有する圧力媒体ポンプとして構成された圧力媒体ポンプは、ポンプ回転数に依存する体積流量を、弁の供給ポートへもたらす。弁を作動させる制御圧力は、圧力媒体ポンプの回転数に依存する。圧力媒体ポンプの回転数が高いほど、弁ピストンに作用する制御圧力がより大きくなり、及び弁ピストンの静止位置からの軸方向の移動がより大きくなる。上述の弁を油圧又は空気圧システムに使用すると、スロットル弁又はオリフィス弁、及び圧力リリーフ弁の両方を、油圧又は空気圧システムにおいて省略可能である。
【００２２】
更に本発明は、上述のような、弁、又は油圧若しくは空気圧システムを備える自動車用の変速機にも、及びそうした変速機を備える自動車にも関する。
【００２３】
本発明は、複数の実施形態を可能にする。本発明は、図面を参照して以下に例示的に詳説される。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】ａ乃至ｄは、弁を、異なる作動位置において概略的に示す図である。
【図２】本発明による弁の特性線を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１ａは、本発明による弁１の実施形態を、その静止位置において概略的に示す。ここに示された弁１は、スライド弁又は長手方向スライド弁として構成される。弁ハウジング２の円筒状の孔には、第１ピストン鍔部６及び第２ピストン鍔部９を備えた弁ピストン３が、軸方向に移動可能に導かれる。弁ハウジング２は、例えば弁ブッシュとして構成可能である。第１ピストン鍔部６には、制御縁７が構成される。弁ハウジング２は、供給ポートＰ、作動ポートＡ、及び流出開口Ｔを備える。流出開口Ｔは、第１制御縁４及び第２制御縁５を備える。図１に従い、流出開口ＴはＬ字型に構成される。
【００２６】
この場合、弁ピストン３の両方のピストン鍔部６、９は、同一の直径で構成される。及びピストン鍔部６、９が、弁室１０を構成する。弁室１０の領域内に、供給ポートＰ及び作動ポートＡが開口している。流体は、供給ポートＰに接するシステム圧力により、弁１を通過可能である。システム圧力はその後、弁１の作動ポートＡにおいて作動圧力として利用可能である。両方のピストン鍔部６、９は同一のピストン鍔部直径を有する。そのため、体積流量が弁１を通過すると、弁室１０において、ピストン鍔部６、９に作用する圧縮力が相互に相殺し合う。
【００２７】
第１ピストン鍔部６において、弁室１０の反対側のピストン面には、対向力１１が作用する。対向力１１により、弁ピストン３又は第２ピストン鍔部９は、弁１の非作動時に、例えば安全リングに接し、及び弁ハウジング内２でその静止位置に配置される。対向力１１は、弁ピストン３の作動方向に対向して作用する。及び対向力１１は、例えばここでは図示されていないバネ素子、又は油圧若しくは空気圧印加により、発生可能である。弁１を作動させるために、弁１に制御圧力１２を印加可能である。制御圧力１２は、対応する作動力を弁ピストンに作用させる。制御圧力１２により作用される作動力が、弁ピストン３又は第１ピストン鍔部６に作用する対向力１１を超え、及び追加的にピストン鍔部６、９と弁ハウジング２の間を接続する摩擦力を超えると、弁ハウジング２内の弁ピストン３が、軸方向に移動される。
【００２８】
弁ピストン３のピストン鍔部６の制御縁７が、静止位置と流出開口Ｔの第１制御縁４の間の位置にあると、流出開口Ｔは、第１ピストン鍔部６により全体が覆われる。及び供給ポートＰに接する体積流量は、ほぼ全体が弁１の作動ポートＡへと更に導かれる。この場合、弁の漏れに起因する僅かな損失のみが、体積流量を低減する可能性がある。発生する漏れは、流出開口Ｔを通って流出される。従って弁１の作動ポートＡに接続された消費装置に、ほぼ無制限の体積流量を付与可能である。
【００２９】
図１ｂは、第１ピストン鍔部６の制御縁７が流出開口Ｔの第１制御縁４に接する位置にある弁１を、概略的に示す。この状態で弁ピストン３に制御圧力１２が印加されると、制御圧力１２により、弁ピストン３は更にその作動方向に移動される。そうすると第１ピストン鍔部６の制御縁７は、流出開口Ｔの第１制御縁４を開放する。供給ポートＰで優勢である体積流量の一部は、開放される流出開口Ｔの横断面を通り、ここでは図示されていない圧力媒体シンクへと流出される。また、弁１の作動ポートＡには、対応して低減された体積流量が存在する。従って弁１の作動ポートＡに接続された消費装置に、低減された作動圧力を印加可能である。ここで本発明による弁は、つまり従来技術から既知の制流弁のように作用する。そのため本発明による弁により、システム圧力を作動圧力に低減可能である。
【００３０】
流出開口Ｔの流れ横断面は、流出開口Ｔの第１制御縁４を超えた後であり、且つ第２制御縁５を超えるに至るまで、開放される。弁１の作動ポートＡでの更なる圧力上昇は、主に流出開口Ｔの流れ横断面により決定される。従って、流出開口Ｔの両方の制御縁４、５の間で開放される流れ横断面、及び弁ピストン３に作用する対向力１１は、弁１の作動ポートＡで、所望通りに低減された作動圧力が優勢であるよう、相互に調整される。
【００３１】
図１ｃは、第１ピストン鍔部６の制御縁７が流出開口Ｔの第２制御縁５に接する位置にある弁１を、概略的に示す。この状態で弁ピストン３に制御圧力１２が印加されると、制御圧力１２により、弁ピストン３は更にその作動方向に移動される。そうすると第１ピストン鍔部６の制御縁７は、制御圧力１２が僅かに更に上昇した際に、流出開口Ｔの第２制御縁５を開放する。流出開口Ｔの横断面はその後、迅速に増加する。これにより、流出開口Ｔを通って流出する体積流量が著しく高まる。また、弁１の作動ポートＡで優勢である体積流量又は作動圧力は、最大値に制限される。ここで本発明による弁１は、つまり、従来技術から既知の圧力リリーフ弁のように作用する。そのため本発明による弁１により、システム圧力を制限可能である。
【００３２】
第３制御圧力レベルが優勢である場合、弁ピストン３又は第１ピストン鍔部６は、最終的に、弁ハウジング２において端部ストッパ８に接する。この状態は、図１ｄに示される。
【００３３】
特に図２のグラフは、圧力媒体ポンプにより発生された体積流量Ｑをｌ／ｍｉｎで、Ｕ／ｍｉｎで表されたポンプ回転数ｎに対して示す。一点鎖線で示された特性線１３から、圧力媒体ポンプにより送られた体積流量Ｑは、上昇するポンプ回転数ｎに比例して上昇することが明らかである。
【００３４】
破線で示された特性線１４は、例示的に、上述の弁１の供給ポートＰで優勢であるシステム圧力を示す。システム圧力は、油圧又は空気圧システムに装備された優先する１つ又は複数の消費装置の需要に依存する。また、システム圧力は、圧力媒体ポンプの一定の押しのけ容積により、ポンプ回転数ｎに依存して発生される。システム圧力も、上昇するポンプ回転数ｎに比例して上昇する。また、システム圧力は、油圧又は空気圧システムで優勢であるよどみ圧、及び圧力媒体ポンプに送られた体積流量Ｑから生じる。
【００３５】
点線で示された特性線１５は、例示的に、油圧又は空気圧システムで優勢であるシステム圧力の圧力推移を示す。システム圧力は、従来技術から既知の圧力リリーフバルブにより制限可能である。約３０００Ｕ／ｍｉｎのポンプ回転数において、システム圧力が、このグラフでは例示的に２．２５バールに達する又は２．２５バールを超えると、過剰なポンプ媒体が、バイパスを通って流出される。そしてシステム圧力は上限を定められる。
【００３６】
本発明による弁１の作動ポートＡに接続された消費装置であり、油圧又は空気圧システムに装備された下位の更なる消費装置用に、直線の特性線１６による圧力推移が生じる。
【００３７】
従って、例えば１０００Ｕ／ｍｉｎとすることが可能な第１ポンプ回転数ｎ１に至るまで、下位の消費装置に、最低圧力が供給される。最低圧力は、例えば０．７５バールとすることが可能である。及び最低圧力は、このポンプ回転数ｎ１に至るまで、弁１の供給ポートで優勢であるシステム圧力にほぼ対応する。この回転数領域において、弁ハウジング２に装備された流出開口Ｔは、弁ピストン３のピストン鍔部６により全体が覆われる。
【００３８】
第１ポンプ回転数ｎ１と、例えば４０００Ｕ／ｍｉｎとすることが可能な第２ポンプ回転数ｎ２の間で、下位の消費装置は、無制限のシステム圧力１４と比較して低減された作動圧力を、例えば０．７５バール乃至２．２５バールの領域で供給される。この回転数領域において、第１ピストン鍔部６の制御縁７は、流出開口Ｔの第１制御縁４を開放する。及び供給ポートＰで優勢である体積流量の一部が、開放される流出開口Ｔの横断面を通り、流出される。
【００３９】
第２ポンプ回転数ｎ２よりも大きい回転数においては、下位の消費装置用の作動圧力は、例えば２．２５バールに制限される。この回転数領域において、第１ピストン鍔部６の制御縁７は、流出開口Ｔの第２制御縁５を開放する。これにより、作動圧力の更なる上昇が回避される。
【００４０】
ポンプ回転数、体積流量Ｑ、システム圧力、及び作動圧力のための全ての数値は、単に例示的と見なされるべきであり、本発明を制限すべきでない。むしろ同業者には、油圧又は空気圧システムの構成に応じて、及び油圧又は空気圧システムに存在する優先する消費装置及び下位の消費装置に依存して、対応する数値が変化することが既知である。これは、本発明による弁１の特性挙動のみに依存する。
【００４１】
作動ポートＡに接続された消費装置に最低圧力を供給することに加えて、上述の弁１により、圧力低減機能及び圧力制限機能もが可能となる。従って、上述の弁１の作動ポートＡに配置された消費装置であり、油圧又は空気圧システムに装備された下位の消費装置用の圧力推移を、適切に調整可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１  弁
２  弁ハウジング
３  弁ピストン
４  流出開口の第１制御縁
５  流出開口の第２制御縁
６  弁ピストンの第１ピストン鍔部
７  ピストン鍔部における制御縁
８  端部ストッパ
９  弁ピストンの第２ピストン鍔部
１０  弁室
１１  対向力
１２  制御圧力
１３  体積流量
１４  特性線
１５  特性線
１６  特性線
Ａ  作動ポート
Ｐ  供給ポート
Ｔ  流出開口
【図１ａ）】
0006723270.tif 000002
【図１ｂ）】
0006723270.tif 000003
【図１ｃ）】
0006723270.tif 000004
【図１ｄ）】
0006723270.tif 000005
【図２】
0006723270.tif 000006