JPH0366974A

JPH0366974A - 流量検出弁

Info

Publication number: JPH0366974A
Application number: JP1199679A
Authority: JP
Inventors: Noboru Kanayama; 登金山; Haruo Hashimoto; 橋本　晴夫; Shigeki Iwasaki; 岩崎　茂樹
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1989-07-31
Filing date: 1989-07-31
Publication date: 1991-03-22

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野コ本発明は、油圧アクチュエータに油を満たす際に用いら
れる流量検出弁に係り、特に大形建設機械の変速機用油
圧多板クラッチ等、大容量アクチュエータの流量検出弁
に間する。

［従来の技術］ダンプトラックのような大容量のクラッチパックを備え
た変速機のクラッチ圧を制御するにあたり、クラッチパ
ックに油を充満させる時間（フィリングタイム）を短縮
するために、流量検出弁を備えた電子式油圧制御装置が
用いられている。この装置は第７図および第８図に示す
ように、コントローラ６の電気指令によって作動する圧
力制御弁３と、クラッチ１への油圧回路に形成したオリ
フィス２８前後の差圧によって作動する流量検出弁４と
で構成され、変速時には圧力制御弁３を開とすることに
より油圧ポンプ７からの油を流量検出弁４に流入させ、
これにより生じた前記オリフイス２８前後の差圧によっ
て流量検出弁４を開とし、油圧ポンプ７からの油を流量
検出弁４を介してクラッチ１に流入させる。クラッチ１
に油が充満すると、流量検出弁４のスプール１２の受圧
面積差によって生じる油圧力により流量検出弁４は閉と
なり、その後前記圧力制御弁３に加える指令値を徐々に
増大させてクラッチ圧を漸増させてゆく。

ところで、かかる弁構成においては、第９図に示すよう
に下記の欠点を有している。

（１）圧力制御弁が指令電流により作動すると同時にオ
リフィスを介してクラッチへの出力油圧ポートに油が供
給されることにより、流量検出弁が作動する。その後圧
力制御弁からの供給圧が下がると、油圧ポンプから直接
油が・供給されるにもかかわらず供給圧Ｐｌは急激に降
下してしまう（第９図（Ｃ）のＡ部）。

（２）流量検出弁が閉じた後の供給圧Ｐｌは、いったん
ほぼ零に落ち込み（第９図（Ｃ）のＢ部）、それによっ
てクラッチ圧が降下してしまう（第９図（ｂ）のＣ部）
。またその後、供給圧Ｐｌが目標フィル圧ＰＦに達する
までの時間が長くなり、その結果クラッチ圧が目標フィ
ル圧に達するまでの時間ｔｆが長くなり、変速時の応答
性に問題が生じる。

（３）流量検出弁が閉じた後、検出ビン２９とスプール
１２とが接触し導通ずることにより、センサ電圧（ａ点
電位）が降下する。この電圧降下をもってコントローラ
６はフィリング終了と判断するが、実際のクラッチ圧は
目標フィル圧に達していない。すなわち、見かけのフィ
リングタイムｔｆｓと、実際のフィリングタイム１．と
はかなり異なる。その結果、見かけのフィリング信号を
得たコントローラは、圧力制御弁の指令電流を徐々に増
大させることにより、クラッチ圧を漸増させようとする
。しかし実際のクラッチ室内はフィルされていないため
、クラッチ圧はコントローラの指令通りには漸増されな
い。その結果、変速ショック等の不具合が生じる。

上記欠点が生じる原因は次のように考えられる。

（１）圧力制御弁が指令電流（トリガ指令）によって作
動し、流量検出弁に油が流れて流量検出弁が開いた後、
この指令電流を適当な初期レベル（目標フィル圧レベル
）まで降下させた状態で、フィリング終了に待機させる
ようにしている。このとき、圧力制御弁の出力油圧ポー
トはタンクポートに一部通じているため、油圧ポンプか
ら直接流量検出弁に流れた油は、圧力制御弁の出力油圧
ポートに逆流し、タンクポートに流れ出してしまう。更
にＰ＋の圧力が増すと、圧力フィードバックのため圧力
制御弁のスプールが閉じる方向に動くので、タンクポー
トへの開口が増大し、タンクへ流れる流量が増える。そ
の結果供給圧Ｐ＋が降下する（Ａ部の原因）。

（２）流量検出弁が開作動した後、クラッチへの流量が
低下してくると、オリフィス前後の圧力差により同左が
閉じる。閉じた瞬間は上記（１）で述べたように、圧力
制御弁はタンクポートに大きく通じている。同左には目
標フィル圧の指令電流が流れているが、急激な圧力降下
のためすぐには目標圧にはならない。

すなわち圧力制御弁の応答遅れによって供給圧Ｐ＋は零
近くまで降下する（Ｂ、　　Ｃ部の原因）。

（３）・供給圧Ｐｌがいったん零近くまで下がった後、
目標値まで圧力が上昇するまでの時間遅れによって、ク
ラッチ圧Ｐｃも目標圧ＰＦに達する時間（実際のブイリ
ングタイムｔｔ）が長くなる。その結果、見かけのフィ
リングタイム１Ｂと、実際のフィリングタイム１ｆとが
大きく異なり、最適なコントロールができなくなる。

上記不具合を解決するため、第１０図〜第１２図に示す
ように流量検出弁４が問いている間は圧力制御弁３から
の入力油圧ボー）１３を閉じ、クラッチｌへの油は油圧
ポンプ７からのみオリフィス２８を介して供給するよう
にした油圧制御装置が知られている。この油圧制御装置
の圧力制御弁３からの信号油圧ポート１４の開口面積（
Ａ　ｐ　＋　）と、油圧ポンプ７からの入力油圧ポート
１３の開口面積（Ａ部２）とのスプールストロークＳに
対する開口特性は、第１２図（ａ）に示すように５＝Ｓ
１〜Ｓ２の間でＡＰＩとＡ　Ｐ　２はオーバラップして
いる。その結果、この流量検出弁４が開いている間（Ｓ
　＝　Ｓ　ｍａｘ）　　はクラッチ１への油は直接油圧
ポンプ７からのみ入力油圧ボー）　］　３　（Ａ部２）
とオリフィス２８とを介して供給されるため、圧力制御
弁３のタンクポートから油が流れ出ることがなく、オリ
フィス２８前の供給圧Ｐｌが降下する欠点は解決される
。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、クラッチへの流量が低下し、オリフィス
前後の圧力差が小さくなるに従って、流量検出弁のスプ
ールストロークＳが小さくなり、Ｓ　＋　＜　Ｓ　＜　
Ｓ　２になると油圧ポンプ圧がＡ部２．　　ＡＰＩを介
して圧力制御弁の出力油圧ポート部に達する。

そのためそれまで目標圧で待機していた圧力制御弁の出
力圧に外乱が与えられ、供給圧Ｐｌが零近くまで降下す
る（第１３図（Ｃ）のＢ部）欠点は解決されない。

また第１２図（ａ）の開口特性を第１２図（ｂ）のよう
にオーバラップのない特性にすることも考えられるが、
この場合開弁に信号圧を供給し作動させようとすると、
オリフィスに供給される流量が一時的に零となるためス
プールは間口せずに戻ってしまう。

本発明は上記従来の問題点に着目し、簡便かつ安価な構
成で、実際のフィリングタイム１．を短縮して見かけの
フィリングタイム時間ｔｆｓに近似させるとともに、こ
れをフィリングおよびクラッチ油圧検出機構によってコ
ントローラに入力する流量検出弁を提供することを目的
とする。

［課題を解決するための手段］上記目的を達成するために本発明に係る流量検出弁は、
油圧アクチュエータに油を満たす際に、ばね力により中
立に保持されたスプールに設けたオリフィス前後の差圧
により開作動して大流量を流し、かつ油圧アクチュエー
タに油が満たされた際にスプールの受圧面積差による油
圧力により開方向とは逆方向にスプールを移動させると
ともに、スプールの移動に応じたスイッチ作用によりフ
ィリング検出および前記アクチュエータ油圧の検出を行
う検出機構を備えた流量検出弁において、入力油圧ポー
トと、出力油圧ポートと、オリフィスの前後に差圧を発
生させ、スプールを開作動させるべく信号油圧が入力さ
れる信号油圧ポートと、同じく信号油圧が逆止め弁を通
して入力される第２の信号油圧ポートとを備える構成と
した。

［作用コ上記構成によれば、圧力制御弁からの流量を逆止め弁を
介してオリフィスに供給する第２の信号油圧ポートを付
加することによって、流量検出弁の開口特性（ＡＰＩと
Ａ　Ｐ　２　）がオーバラップしていないときでも供給
圧Ｐｌが規定範囲内にあるようにし開口する（Ｓ＝Ｓｍ
ａｘ）ようにしたので、フィリング中、油圧ポンプから
の油が圧力制御弁を逆流してタンクに流れることがない
ため、第９図（ｃ）のＡ部の圧力降下がなくなる。また
流量検出弁が問いている間および閉じる際においても、
油圧ポンプからの圧力が直接圧力制御弁の出力油圧ポー
トに達しないため、同出力油圧ポートの圧力は目標フィ
ル圧を維持することができる。

その結果、実際のフィリング時間ｔｆが短くなると同時
にｔ２共ｔｉｓとなり、クラッチ圧をコントローラの指
令通りに漸増させることができる。

［実施例］以下に本発明に係る流量検出弁の実施例について、図面
を参照して詳細に説明する。

第１図は、クラッチ１を駆動する電子式クラッチ油圧制
御装置２の油圧回路構成を示すもので、クラッチ油圧を
制御する圧力制御弁３と、流量検出弁４と、フィリング
およびクラッチ油圧検出機構５とにより構成されている
。圧力制御弁３はコントローラ６によって制御される電
磁弁で、前記検出機構５の検出信号Ｓはコントローラ６
に入力される。また、油圧ポンプ７の回路は前記圧力制
御弁３と、流量検出弁４とに接続されている。

第２図は流量検出弁４の内部断面構成を示すものである
。流量検出弁４は弁本体８に形成されたスプール孔９，
１０．１１を備えており、スプール孔１０．１１の直径
は同一である。弁本体８のスプール孔９，１０．１１に
はスプール１２が摺動自在に嵌挿され、油圧ポンプ７か
らの油の流入を行う入力油圧ボー）１３と、圧力制御弁
３からの油の流入を行う信号油圧ボー）１４および同じ
く圧力制御弁３からの油を逆止め弁１５を介して流入を
行う信号油圧ポート１６と、クラッチ１へ油を供給する
出力油圧ボー）１７とが設けられている。また前記スプ
ール孔９の左端部にはカバー１８が、またスプール孔１
１の右端部にはカバー１９がそれぞれ設けられている。

前記スプール１２には第１ランド２０．第２ランド２１
が形成してあり、スプール１２の右端軸部には、ばねガ
イド２２が嵌着され、このばねガイド２２と右端のカバ
ー１９との間にばね２３が介装されている。また前記窓
のカバー１８と第１ランド２０の左端面２０ａとの間に
はばね２４が介装されている。

前記カバー１８と第１ランド２０との間は油室２５に、
第１ランド２０とスプール孔１０との間は油室２６に、
スプール孔１０と第２ランド２１との間は油室２７にそ
れぞれ区分されており、第１ランド２０には油室２５と
油室２６とを連通ずるオリフィス２８が形成しである。

そして第１ランド２０の左端面２０ａの受圧面積をＡ３
、第１ランド２０の右端面２０ｂの受圧面積をｋｌｓ　
第２ランド２１の左端面２１ａの受圧面積をＡ２とする
と、これらの受圧面積Ａ１、Ａ２、Ａ３間にはＡ　３＞
　Ａ　Ｉ＞　Ａ　２　　の関係がある。

フィリングおよびクラッチ油圧検出機構５は検出ピン２
９を備えており、この検出ピン２９は前記カバー１９の
礼状部を貫通した状態で、カバー１９の両側面に配設し
た絶縁部材３０．３１を介してカバー１９に保持され、
検出ピン２９の外方突出部にはナツト３２が螺着してあ
り、このナツト３２の締め付けにより検出ピン２９は絶
縁部材３０．３１を介してカバー１９に締結されている
。

そして検出ピン２９の内端面はスプール１２の右端面に
対向し、外端部は抵抗Ｒ１，Ｒ２の中点ａにリード線３
３を介して接続され、抵抗Ｒ１，Ｒ２の両端にはたとえ
ば１２Ｖの直流電圧が印加されており、かつ弁本体８は
接地しである。なお、弁本体８の右端にはタンクへのド
レンポート３４が設けられている。

次に作動を説明する。今、油室２５，２６に油圧が加え
られていないとき、ばね２３，２４の張力でスプール１
２は中立状態を保ち、入力油圧ポート１３を経て油室３
５に流入した油は、スプール１２が閉じているので油室
３５内にとどまっている。

この状態で第１図に示す圧力制御弁３の比例ソレノイド
３６を励磁すると、圧力制御弁３から流入した油は信号
油圧ポート１４を通り油室２６゜２７に、または逆止め
弁１５、信号油圧ボー）１６を通り油室２６に流れ込む
。この油はオリフィス２日を経て油室２５へ流入し、出
力ポート１７を経てクラッチ１へ流れ込む。このときオ
リフィス２８により、油室２６と油室２６との間に差圧
が発生する。

油室２６の圧力をＰｌ、油室２５の圧力をＰ２とすると
、Ｐ　ｒ　＞　Ｐ　２となり、Ｐ　２　＝　０であるから
、（Ａ　＋　−Ａ　２　）　Ｐ　１＞　Ａ　３　Ｐ　２
・・・・◆・・・・・・・・■（ＡＩ　　Ａ２）ＰＩ＞
Ｏ◆・・・・◆・・・・・・・・・・・■′の関係が成
立する。

このように■′式による力によりスプール１２はばね２
４に抗して左方向に移動する。従ってスプール１２は、
ランド２１０部分でスプール孔１０を閉じるが、圧力制
御弁３からの油は逆止め弁１５、信号油圧ポート１６、
オリフィス２８を通ってクラッチ１へ流れ込む。更にス
プール１２が左方向に移動すると、ランド２０の部分で
開口し、油室３５に入った油圧ポンプからの油は油室２
６に流入し、オリフィス２８を通り、油室２５を経てク
ラッチ１へ流れ込む。この流れはクラッチ１に油が充満
するまで続く。

このとき、スプール１２は検出ピン２９に接触していな
い。従って流量検出弁４がクラッチｌをフィリングして
いるとき、スプール１２は検出ビン２９に接触していな
いので、ａ点には第３図の（ａ）に示すように抵抗Ｒ１
，Ｒ２で分圧された電圧Ｖ＋　が現れる。そしてクラッ
チｌが油で充満され始めると、オリフィス２８を介して
クラッチ１への油の流れが少なくなるので、差圧（ＰＩ
　　Ｆ２）も小さくなる。ここでばね２３のばね定数を
に１、取付荷重をＦｌ、ばね２４のばね定数をに２、取
付荷重をＦ２とすれば、Ｆ　２　＋　Ａ　ｓ　Ｐ　２　＋　Ａ　２　Ｐ　＋　＞
　Ａ　＋　Ｐ　＋・・・・・・・・・■従ってＡ　３　Ｐ　２　＋　（Ａ　２−　Ａ　＋　）　Ｐ　＋
　＞　−Ｆ　２・・・・・・■′ここでばね２４の取付
荷重Ｆ２を油圧力に比べて無視できる値に設定すれば、
■′式から次式を得る。

従ってＦ２とＰｌとの圧力比が０式の値以上になったと
き、スプール１２は受圧面積差による油圧力により右方
向に移動して、スプール１２のランド２０の部分で油室
３５と油室２６との間を閉じる。

同時にランド２１の部分て油室２７と油室２６との間の
スプール孔１０を開口する。

更に差圧（ＰＩ　　Ｆ２）が小さくなると、スプールの
取付状態から検出ピン２９までのストローク量をＸとす
れば、（Ｆ２−に２Ｘ）＋Ａ３Ｐ２＋Ａ２ＰＩ＞ＡＩＰ＋＋（
Ｆ＋＋に＋Ｘ）・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・■よってＡ３Ｐ２＋　（Ａ２　　ＡＩ）ＰＩ＞ＰＩ　　Ｆ２＋　
（ｋ＋＋　Ｒ２）Ｘ　　・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・■′従ってＰＩ、Ｆ２が０２式を満たす値に
なったとき、スプール１２は受圧面積差による油圧力に
より更に右方向に移動して、スプール１２の右端面は検
出ピン２９に接触する。スプール１２は弁本体８に接触
しているので、ａ点はアース電位となり、ａ点に電圧は
現れなくなる（第３図（ａ）参照）。

このようにしてフィリングが終了したことが検知できる
。

前記流量検出弁４が閉じると、圧力制御弁３は調圧を開
始し、クラッチ１の圧力制御が行われる。

このときスプール１２は検出ビン２９に接触したままで
あるから、ａ点の電位は零のままである。

よってクラッチ１に圧力が立っているときはａ点の電位
は常に零になっている。クラッチ１の圧力がなくなると
、ａ点に電位が現れる。以上の関係を第３図に示す。

第３図において、　（ａ）は圧力制御弁３への指令電流
および検出機構５のａ点の電圧、　（ｂ）はクラッチ圧
Ｐｃ、　（Ｃ）は供給圧Ｐ＋（オリフィス２８の直前圧
）およびスプール１２のストロークＳ、　（ｄ）は圧力
制御弁の出力圧Ｐｏのそれぞれの特性である。

この実施例においては、前記検出機構５を備えたクラッ
チ油圧制御装置２を各速度段のクラッチにそれぞれ設け
、これらの複数の検出機構５の出力を第４図に示すよう
に、コントローラ６へ入力するようにしている。コント
ローラ６はこれら複数の検出機構５の出力をモニタして
おり、これらモニタ結果からフィリング終了および二重
係合の有無を判定する。

トルクオフを小さくするには、たとえばｌ速から２速に
変速しようとするとき、上述したようにブイリング終了
の信号を基点としてクラッチ圧力をビルドアップさせて
やればよい。こうすれば、１速のクラッチを切る寸前に
２速のクラッチに油を満たしておき、１速のクラッチを
切ると同時に流量検出弁４のフィリング終了信号を基点
にクラッチ圧をビルドアップさせてやれば第５図に示す
ようにフィリングタイムｔｆによるトルクオフをなくす
ことができるので、変速時のトルクオフが解消される。

また第６図に示すように、１速のクラッチを切りながら
２速のクラッチを係合させるというクロスオーバ制御も
可能なため、非常に滑らかな変速操作が実現できる。た
だし、クラッチのクロスオーバ制御を実施すると、クラ
ッチの二重係合に注意しなければならない。しかし上述
のように、流量検出弁４のスプール１２によりクラッチ
圧力が検知できるので、このクラッチ圧検出信号により
どのクラッチに定常圧がかかつているかモニタすること
ができる。また、この信号を監視しながら、二重係合を
起こさないようにコントローラ６のバルブ指令を決めれ
ばよい。

本実施例では、変速機の油圧多板クラッチに本発明を適
用した場合について説明しｋが、これに限らずその他の
単動シリンダ等に油を満たす場合についても、本発明を
利用することができる。

［発明の効果コ以上説明したように本発明によれば、圧力制御弁からの
流量を逆止め弁を介してオリフィスに供給する第２の信
号油圧ポートを付加することによって、流量検出弁の開
口特性がオーバラップしていないときでもオリフィス直
前の油圧（供給圧）が規定範囲内にあるようにし開口す
るようにしたので、油圧ポンプからの油が圧力制御弁を
逆流してタンクに流れることがなく、フィリング中の圧
力降下がなくなる。また流量検出弁が開いている間およ
び閉じる際においても、油圧ポンプからの圧力が直接圧
力制御弁の出力油圧ポートに達しないため、同出力油圧
ポートの圧力は目標フィル圧を維持することができる。

これにより、実際のフィリングタイムが短くなると同時
に見かけのフィリングタイムに近似する値となり、簡便
かつ安価な構成で、クラッチ圧をコントローラの指令通
りに漸増させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例に係る電子式クラッチ油圧制御装置の油
圧回路図、第２図は流量検出弁の断面図、第３図はコン
トローラの指令に対する油圧の変化を示す図で、　（ａ
）はコントローラ指令電流と油圧検出機構の電圧（ａ点
電位）、　（ｂ）はクラッチ油圧、　（Ｃ）はオリフィ
ス直前の供給圧と流量検出弁のスプールストローク、　
（ｄ）は圧力制御弁の出力圧をそれぞれ示す。第４図は
変速機の各速度段別クラッチにそれぞれ設けた油圧検出
機構と、コントローラとの関係を示す図、第５図は変速
する際の２個のクラッチの油圧変化の関係を示す図で、
　（ａ）はｌ速りラッチ油圧、　（ｂ）は２速クラツチ
油圧をそれぞれ示す。第６図は変速する際の２個のクラ
ッチの油圧をクロスオーバ制御した場合の油圧変化を示
す図で、　（ａ）は１速クラツチ油圧、　（ｂ）は２速
クラツチ油圧をそれぞれ示す。第７図は従来の電子式ク
ラッチ油圧制御装置の油圧回路図、第８図は従来の流量
検出弁の断面図、第９図は第７図の電子式クラッチ油圧
制御装置において、コントローラの指令に対する油圧の
変化を示す図で、　（ａ）はコントローラ指令電流と油
圧検出機構の電圧（ａ点電位）、　（ｂ）はクラッチ油
圧、　（Ｃ）はオリフィス直前の供給圧をそれぞれ示す
。第１０図は従来の改良形電子式クラッチ油圧制御装置
の油圧回路図、第１１図は第１Ｏ図の流量検出弁の断面
図、第１２図は圧力制御弁からの入力油圧ポート開口面
積と、油圧ポンプからの入力油圧ポート開口面積とのス
プールストロークＳに対する開口特性を示す図で、　（
ａ）は前記両者がオーバラップした場合、　（ｂ）は両
者がオーバラップしない場合を示す。第１３図は第１０
図の油圧制御装置において、コントローラの指令に対す
る油圧の変化を示す図で、　（ａ）はコントローラ指令
電流と油圧検出機構の電圧（ａ点電位）、　（ｂ）はク
ラッチ油圧、　（Ｃ）はオリフィス直前の供給圧、　（
ｄ）は圧力制御弁の出力圧をそれぞれ示す。１・・・・・◆クラッチ２・・・・・・電子式クラッチ油圧制御装置３・・・・
・・圧力断御弁４・・・・・・流量検出弁５・・・・・・フィリングおよびクラッチ油圧検出機構６◆・・・◆・コントローラ７・・・・・・油圧ポンプ１２・・・・・・スプール１３・・・・・・入力油圧ポート１４．１６・・・・・・信号油圧ポート１５・・・・・
・逆止め弁１７・・◆・・・出力油圧ポート２８◆・・◆・・オリフィス

Claims

【特許請求の範囲】

油圧アクチュエータに油を満たす際に、ばね力により中
立に保持されたスプール１２に設けたオリフィス２８前
後の差圧により開作動して大流量を流し、かつ油圧アク
チュエータに油が満たされた際にスプール１２の受圧面
積差による油圧力により、開方向とは逆方向にスプール
１２を移動させるとともに、スプール１２の移動に応じ
たスイッチ作用により、フィリング検出および前記アク
チュエータ油圧の検出を行う検出機構５を備えた流量検
出弁４において、入力油圧ポート１３と、出力油圧ポー
ト１７と、オリフィス２８の前後に差圧を発生させ、ス
プール１２を開作動させるべく信号油圧が入力される信
号油圧ポート１４と、同じく信号油圧が逆止め弁１５を
通して入力される第２の信号油圧ポート１６とを備えた
ことを特徴とする流量検出弁。