(57)【要約】【課題】ストロークリミッタとは別にサージ圧を抑制することの可能なサージ圧抑制装置を提案する。【解決手段】パワーステアリング装置において流体ポンプからパワーシリンダの圧力室へ作動流体を送り込む高圧側流路に組み込まれるサージ圧抑制装置１０である。サージ圧抑制装置１０は、高圧側流路よりも大径の膨張室１１ａ（２１〜２４，３１〜３４）を１以上備え、該膨張室は、膨張室の室内径ｄよりも小径の入口開口１１ｂ（２１ａ〜２４ａ，３１ａ〜３４ａ）及び出口開口１１ｃ（２１ｂ〜２４ｂ，３１ｂ〜３４ｂ）を有する、チャンバ部１１（２０，３０）と、チャンバ部の下流側に設けられ、膨張室の出口開口から流出する流体の圧力が所定圧を上回るときに開弁して該流体の一部を排出する弁１２ａを備えた圧力制御部１２と、圧力制御部により排出される流体を膨張室へ戻すリターン通路１３と、を含んで構成される。【選択図】図２
2012121343.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パワーステアリング装置において流体ポンプからパワーシリンダの圧力室へ作動流体を送り込む高圧側流路に組み込まれるサージ圧抑制装置であって、
前記高圧側流路よりも大径の膨張室を備え、該膨張室は、当該膨張室内径よりも小径の入口開口及び出口開口を有する、チャンバ部と、
前記チャンバ部の下流側に設けられ、前記膨張室の出口開口から流出する流体の圧力が所定圧を上回るときに開弁して該流体の一部を排出する弁を備えた圧力制御部と、
前記圧力制御部により排出される流体を前記膨張室へ戻すリターン通路と、
を含んで構成されるサージ圧抑制装置。
【請求項２】
前記チャンバ部は、互いの前記出口開口及び前記入口開口を接続して上流から下流へ直列に並べられた複数の膨張室を備える、請求項１記載のサージ圧抑制装置。
【請求項３】
前記リターン通路は、前記圧力制御部により排出される流体を、最も上流に位置した前記膨張室へ戻す、請求項２記載のサージ圧抑制装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の流体式パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
流体圧（一般的には油圧）を利用したパワーステアリング装置では、舵角限界（ストロークリミット）で過大な圧力が作用しないように、ストロークリミッタと呼ばれる機構がパワーシリンダに組み入れられる（例えば特許文献１参照）。近年広く採用されているインテグラル型パワーステアリング装置でも、特許文献２，３に開示されるように、舵角限界に到達するときにパワーシリンダにおいて高圧側の圧力室から低圧側の圧力室へ作動流体を排出するストロークリミッタが設けられている。当該ストロークリミッタは、舵角限界まで動作するセクタギア又はピストンがバルブを開くことにより、高圧側と低圧側の圧力室を連通させる仕組みである。
【０００３】
流体式パワーステアリング装置では、エンジンにより駆動されるベーン型等の流体ポンプを使用して作動流体の圧力を発生する。この流体ポンプにはフローコントロールバルブがあって、吐出量を制御し、所定の上限値を超える圧力が高圧側圧力室にかからないように調節している。しかし、エンジンにより駆動される流体ポンプから吐出される流体には例えば脈動といった特性があり、この特性が高圧側流路を伝わって上限値を超えるサージ圧を高圧側圧力室に発生し得る。すなわち、図３Ａに示すように、パワーステアリング装置の高圧側圧力室にかかる流体圧は、タイヤの舵角に応じて増加し、舵角限界に至る少し前に上限値に到達する。この上限値に到達したときに、脈動等のポンプ吐出特性に起因して一時的に上限値を上回る流体圧を生じるのが、サージ圧である（図３Ａ中の波形拡大図）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０６−１７１５２９号公報
【特許文献２】実開平０５−００３０７４号公報
【特許文献３】特開２００５−０２２６３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のように、従来のパワーステアリング装置にはストロークリミッタが設けられているので、図３Ｂの丸で囲ったサージ圧抑制部分に示すように、舵角限界でストロークリミッタが作動するときのサージ圧に関しては抑制することが可能である。しかし、ストロークリミッタが作動する前の時点ではサージ圧を抑制する手段がないので、流体圧が上限値に至ってから舵角限界に近づいてストロークリミッタが作動するまでの間に、サージ圧の生じる余地がある。したがって、パワーステアリング装置のパワーシリンダには、そのサージ圧を見越した耐圧強度が必要となってしまう。
【０００６】
この課題に着目し、本発明は、ストロークリミッタとは別にサージ圧を抑制することの可能なサージ圧抑制装置を提案するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために提案するのは、パワーステアリング装置において流体ポンプからパワーシリンダの圧力室へ作動流体を送り込む高圧側流路に組み込まれるサージ圧抑制装置であって、
前記高圧側流路よりも大径の膨張室を備え、該膨張室は、当該膨張室内径よりも小径の入口開口及び出口開口を有する、チャンバ部と、
前記チャンバ部の下流側に設けられ、前記膨張室の出口開口から流出する流体の圧力が所定圧を上回るときに開弁して該流体の一部を排出する弁を備えた圧力制御部と、
前記圧力制御部により排出される流体を前記膨張室へ戻すリターン通路と、
を含んで構成されるサージ圧抑制装置である。
【発明の効果】
【０００８】
上記提案に係るサージ圧抑制装置は、流体ポンプから吐出される流体の脈動をチャンバ部の膨張室により低減することができるので、従来に比べてサージ圧が生じ難くなっている。これに加えて、上限の圧力を超えるほどの流体圧が高圧側流路に生じるときには圧力制御部の開弁により減圧が図られるので、上記提案に係るサージ圧抑制装置は、ストロークリミッタの作動域外であってもサージ圧を抑制し得る。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】サージ圧抑制装置を備えたパワーステアリング装置の概略図。
【図２】サージ圧抑制装置の実施形態及びその脈動抑制を説明する図。
【図３】横軸に舵角、縦軸に流体圧をとって示した、サージ圧を説明するグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１に、サージ圧抑制装置を組み込むパワーステアリング装置の一例を示している。
この例のパワーステアリング装置は、前述の特許文献１，２に開示されるような油圧式のインテグラル型パワーステアリング装置で、パワーシリンダを組み入れたステアリングギアボックス１、作動流体としてリザーバタンク２の作動油を高圧側流路３へ送り出す流体ポンプ４、パワーシリンダの低圧側圧力室から送り出される低圧油をリザーバタンク２へ戻す低圧側流路５を含んで構成される。流体ポンプ４は車両のエンジンにより駆動されて所定圧の作動油を高圧側流路３へ吐出する。その高圧側流路３の途中に、サージ圧抑制装置１０が組み込まれている。サージ圧抑制装置１０の組み込み位置は、流体ポンプ４からパワーシリンダのコントロールバルブまでの範囲内において、車両レイアウトに応じ適宜選択すればよい。
【００１１】
サージ圧抑制装置１０の構造について、図２に第１〜第３実施形態を示し説明する。
【００１２】
図２Ａに示す第１実施形態のサージ圧抑制装置１０は、高圧側流路３の送油管に接続して作動油を流入させるチャンバ部１１と、このチャンバ部の下流側に設けられる圧力制御部１２と、リターン通路（管）１３と、を含んで構成される。チャンバ部１１が上流側、圧力制御部１２が下流側なので、サージ圧抑制装置１０を高圧側流路３に組み込んだときに通過する作動油の流れは図中矢示の通りである。
チャンバ部１１は、高圧側流路３の送油管内径よりも大径の室内径ｄ（断面直径）をもつ膨張室１１ａを一つ備える。この膨張室１１ａは、その室内径ｄよりも小径の入口開口１１ｂ及び出口開口１１ｃを有している。本実施形態の場合、入口開口１１ｂの開口径及び出口開口１１ｃの開口径は、高圧側流路３の送油管径に相応する。
圧力制御部１２は、リリーフ弁１２ａを用いて構成され、膨張室１１ａの出口開口１１ｃから流出する作動油の圧力が所定圧を上回るときにリリーフ弁１２ａが開弁し、作動油の一部をリターン通路１３へ排出して減圧する。そのリリーフ弁１２ａが開弁する所定圧は、パワーシリンダの高圧側圧力室における油圧の上限値を生じる値（もしくはこれより若干下）に設定する。圧力制御部２の弁としては、チェック弁など、リリーフ弁と同等の機能をもつ弁を利用することができる。
リターン通路１３は、リリーフ弁１２ａの開弁により排出される作動油を、チャンバ部１１の膨張室１１ａ内へ戻すために設けられる。リターン通路１３はできるだけ長くし、リリーフ弁１２ａから排出された作動油を、膨張室１１ａのできるだけ上流寄りに戻すことが好ましい。高圧側流路３において比較的低圧となる膨張室１１ａ内に排出油を戻すので、リザーバタンク２へ排出油を戻す配管が不要で、サージ圧抑制装置１０をユニットとして交換しやすくできる。
【００１３】
図２Ｂに示す第２実施形態のサージ圧抑制装置１０は、チャンバ部２０が第１実施形態と異なり、圧力制御部１２及びリターン通路１３は第１実施形態と同様である。
チャンバ部２０は、蛇腹管２０ａの形態として形成したもので、本実施形態では一例として４つの膨張室２１，２２，２３，２４を備える。各膨張室２１，２２，２３，２４は、それぞれが膨張室の室内径ｄよりも小径の入口開口２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａ及び出口開口２１ｂ，２２ｂ，２３ｂ，２４ｂを有し、互いの出口開口２１ｂ，２２ｂ，２３ｂと入口開口２２ａ，２３ａ，２４ａを接続することにより、上流から下流へ直列に並べられている。最も上流に位置した膨張室２１の入口開口２１ａが高圧側流路３の送油管に接続され、最も下流に位置した膨張室２４の出口開口２４ｂが圧力制御部１２へ接続される。
この場合のリターン通路１３は、リリーフ弁１２ａから排出された作動油を、最も上流に位置した膨張室２１へ戻すものとし、圧力制御部１２以降の油圧への影響を少なくする。
【００１４】
図２Ｃに示す第３実施形態のサージ圧抑制装置１０は、チャンバ部３０が第２実施形態のチャンバ部２０を変形したものとなっている。圧力制御部１２及びリターン通路１３は第１及び第２実施形態同様である。
チャンバ部３０は、第２実施形態と同じく４つの膨張室３１，３２，３３，３４を備える。この４つの膨張室３１，３２，３３，３４は、直管３０ａの内側を仕切部材３０ｂで仕切って形成したもので、仕切部材３０ｂによって、出口開口３１ｂ，３２ｂ，３３ｂ及び入口開口３２ａ，３３ａ，３４ａが形成されている。最も上流の入口開口３１ａ及び最も下流の出口開口３４ｂは、直管３０ａの端部を絞ることで形成される。これにより、互いの出口開口３１ｂ，３２ｂ，３３ｂと入口開口３２ａ，３３ａ，３４ａを接続することで上流から下流へ直列に並べられた膨張室３１，３２，３３，３４が形成されている。最も上流に位置した膨張室３１の入口開口３１ａは高圧側流路３の送油管に接続され、最も下流に位置した膨張室３４の出口開口３４ｂは圧力制御部１２へ接続される。
本実施形態のリターン通路１３も、リリーフ弁１２ａから排出された作動油を、最も上流に位置した膨張室３１へ戻すものとされている。
【００１５】
図２Ｄは、高圧側流路３を流れる作動油の脈動を抑える（脈動の周波数を変換する）膨張室（１１ａ，２１〜２４，３１〜３４）の働きに関する説明図である。
まず、高圧側流路３を流れる作動油には、流体ポンプ４の動作に応じた周波数の脈動が生じている。当該作動油が小径の入口開口（１１ｂ，２１ａ〜２４ａ，３１ａ〜３４ａ）から大径の膨張室へ入ると、流れの断面積が広がるので、その流速は当然ながら遅くなり、脈動周波数が変化して高くなる。膨張室の出口開口（１１ｃ，２１ｂ〜２４ｂ，３１ｂ〜３４ｂ）はまた小径となって隘路が形成されているので、膨張室の下流側で作動油の密度が上がり、脈動の前後の複数の波が重なり合ってから、出口開口より流出する。したがって、出口開口から流出する作動油の脈動周波数は、膨張室へ流入する前の周波数に比べて低周波へ変化している。つまり、脈動による瞬間的な高圧の波（サージ）が膨張室の容量によって吸収され、緩やかな波となって出力されることになる。膨張室は、喩えて言うなら電気回路の高周波ノイズを吸収するキャパシタのような存在である。
【００１６】
図２Ａの第１実施形態の場合、膨張室１１ａが一つなので、抑制対象の作動油脈動に応じて、室内径ｄ、あるいは、入口開口１１ｂから出口開口１１ｃまでの長さを設計する。一方、図２Ｂ，Ｃの第２及び第３実施形態の場合、個々の膨張室２１〜２４，３１〜３４の形状はそのままでよく、抑制対象の作動油脈動に応じて膨張室個数を設計すればよい。
【００１７】
各膨張室１１ａ，２１〜２４，３１〜３４において、入口開口１１ｂ，２１ａ〜２４ａ，３１ａ〜３４ａから膨張室側壁へ至るショルダ部分は、断面積が徐々に広がるように傾斜している。また、膨張室側壁から出口開口１１ｃ，２１ｂ〜２４ｂ，３１ｂ〜３４ｂへ至るショルダ部分は、断面積が徐々に狭まるように傾斜している。これらショルダ部分の傾斜（急な拡縮の防止）により、作動油が膨張室内へ入るとき及び出るときの渦流発生が抑止され、圧力損失が抑えられる。
【００１８】
本実施形態のサージ圧抑制装置１０は、流体ポンプ４から吐出される作動油の脈動をチャンバ部１１，２０，３０の膨張室により低減することができるので、従来に比べてサージ圧が生じ難くなっている。これに加えて、パワーシリンダの圧力室に関して設定される上限の圧力を超えるほどの油圧が高圧側流路３に生じるときには、圧力制御部１２の開弁により減圧が図られるので、本実施形態のサージ圧抑制装置１０は、ストロークリミッタの作動域外であってもサージ圧を抑制し得る。
【００１９】
この効果に関し、図３に従来技術（図３Ｂ）と比較して本実施形態（図３Ｃ）によるサージ圧抑制を説明してある。なお、図３Ｂ及び図３Ｃは、図３Ａ中の拡大波形図相当である。
前述したとおり、図３Ａに示すように、パワーシリンダの高圧側圧力室にかかる油圧は、タイヤの舵角に応じて増加し、舵角限界に至る少し前に上限値に到達する。この上限値に到達したときに、脈動等、流体ポンプ４の吐出特性に起因して一時的に上限値を上回るサージ圧が発生する。
図３Ｂに示す従来のパワーステアリング装置の場合、ストロークリミッタしか設けられていないので、図３Ｂ中に丸で囲ったサージ圧抑制部分に示すように、舵角限界でストロークリミッタが作動するときのサージ圧に関してしか抑制することができない（実線）。したがって、油圧が上限値に至ってから舵角限界に近づいてストロークリミッタが作動するまでの間に、サージ圧の生じる余地がある。
一方、図３Ｃに示す本実施形態のサージ圧抑制装置１０を含んだパワーステアリング装置の場合、チャンバ部１１，２０，３０及び圧力制御部１２によってサージ圧が抑制されるので、油圧が上限値に至ってから舵角限界に近づいてストロークリミッタが作動するまでの全域で、サージ圧が抑制される（実線）。
【００２０】
パワーステアリング装置では、高圧側流路３を流れる作動油の脈動によって異音が発生することも周知であるが、チャンバ部１１，２０，３０を適切に設計する（膨張室のサイズ、個数）ことによって、脈動の周波数を変え、異音の発生を抑制することも可能である。さらに、エンジン駆動である流体ポンプ４の吐出特性や油圧が車種毎に異なることから、従来のパワーステアリング装置の場合、特質に見合ったパワーシリンダ、又はパワーシリンダを組み込んだステアリングギアボックス（インテグラル型の場合）を、製造過程において車種毎に取り替える必要があった。しかし、本実施形態に係るサージ圧抑制装置１０を使用することにより、パワーシリンダやステアリングギアボックスは各車種共通とし、車種毎に取り替えるのは、異音対策も含めてサージ圧抑制装置１０とすることが可能で、コスト的にみて格段に有利となる。
【符号の説明】
【００２１】
１  ステアリングギアボックス
２  リザーバタンク
３  高圧側流路
４  流体ポンプ
５  低圧側流路
１０  サージ圧抑制装置
１１  チャンバ部（第１実施形態）
１１ａ  膨張室
１１ｂ  入口開口
１１ｃ  出口開口
１２  圧力制御部
１２ａ  リリーフ弁
１３  リターン通路
２０  チャンバ部（第２実施形態）
２１〜２４  膨張室
２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａ  入口開口
２１ｂ，２２ｂ，２３ｂ，２４ｂ  出口開口
３０  チャンバ部（第３実施形態）
３１〜３４  膨張室
３１ａ，３２ａ，３３ａ，３４ａ  入口開口
３１ｂ，３２ｂ，３３ｂ，３４ｂ  出口開口
【図１】
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【図２】
2012121343.tif 000004
【図３】
2012121343.tif 000005