CN102575782B - 微型机械装置和控制方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种微阀装置，用于控制流体回路中的流体流动。所述微阀装置包括在其中形成有孔的本体。被本体支承的先导操作主阀柱塞可移动地设置在孔中，以开闭形成于本体中的端口。先导微阀是可操作的，以控制先导操作主阀的移动。先导微阀可以包括控制两个串联可变孔口的截面积的可移动阀元件。当先导微阀静止时，一个孔口关闭，而另一个开放。在致动先导微阀时，关闭的孔口可以开始开放，而开放的孔口可以开始关闭。孔口之间的压力被用作指令压力，其用于定位压力控制阀以控制负载压力。还公开了操作微阀装置的方法。

Description

微型机械装置和控制方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2009年8月17日提交的美国临时专利申请No.61/234,522的利益，其内容通过引用并入本文。

背景技术

本公开涉及阀和半导体机电装置，并且涉及例如被微阀装置(即，微型机械先导阀)定位的压力控制阀等控制阀。

MEMS(微电子机械***)是这样一类***，其物理上是小型的，具有尺寸处于微米级或者更小(即，小于约10微米)的一些特征或者间隙。这些***具有电气和机械部件。术语“微型加工”通常应理解为是指MEMS装置的移动部和三维结构的制造。MEMS最初使用改良的集成电路(例如，计算机芯片)制造技术(例如化学蚀刻)和材料(例如硅半导体材料)来微型加工这些非常小的机械装置。目前存在许多更微型的机械加工技术和材料。如本申请中可能使用的术语“MEMS装置”是指包括具有尺寸为微米级或者更小(即，小于约10微米)的一些特征或者间隙的微型机械部件的装置。应该注意的是，如果除微型机械部件外的部件被包括在MEMS装置中，则这些其它部件可以是微型机械部件或者标准尺寸(即，较大)的部件。相似地，如本申请中可能使用的术语“微阀”是指具有尺寸为微米级或者更小(即，小于约10微米)的特征或者间隙的阀，因此根据定义，所述阀至少部分地通过微型机械加工形成。如本文可能使用的术语“微阀装置”是指包括微阀并且可以包括其它部件的装置。应该注意的是，如果除微阀外的部件被包括在微阀装置中，则这些其它部件可以是微型机械部件或者标准尺寸(即，较大)的部件。

本发明的各方面将从以下对优选实施例的详细描述中在参考附图进行阅读时，对本领域的技术人员变得清楚明了。

附图说明

图1是实施为微阀装置的压力控制阀的部分分解透视图。

图2是压力控制阀的截面图。

图3是快速施加位置的压力控制阀的截面图。

图4是快速倾倒位置的压力控制阀的截面图。

图5是在平衡位置附近进行调制的压力控制阀的截面图。

图6是具有两个串联可变孔口的先导微阀的示意性代表图。

图7是实施为微阀装置的压力控制阀的一个替代实施例的截面图。

图8是图6所示压力控制阀的分解透视图。

图9是类似于图8的视图，只不过是从另一视角显示。

图10是实施为微阀装置的压力控制阀的一个替代实施例的部分剖切的透视图。

图11是压力控制阀的操作方法。

图12是实施为微阀装置的压力控制阀的一个替代实施例。

图13是实施为微阀装置的压力控制阀的一个替代实施例。

具体实施方式

现在参考附图，在图1中示出了呈压力控制阀形式的微阀装置，总体上以10示出。压力控制阀10可以包括具有主阀体14的先导操作主阀(pilot-operated main valve)12。压力控制阀10可以进一步包括用于控制先导操作主阀12的先导微阀(pilot microvalve)16，和用于相对于主阀体14安装先导微阀16的歧管18。

如图2所示，主阀体14可以具有多个端口，包括负载端口20、供给端口22和返回端口24，所有端口均与主阀体14中的纵向孔26流体连通。更具体地说，供给端口22可以经由供给通道22a与纵向孔26流体连通。相似地，返回端口24可以经由返回通道24a与纵向孔26流体连通。此外，负载端口20可以经由负载通道20a与纵向孔26流体连通。注意，在一些实施例中，纵向孔26可以直接与负载端口20连通，这时纵向孔26应该被看作形成负载通道20a的一部分。

如图2中最佳看出的，纵向孔26可以是台阶孔，具有从纵向孔26的左端向右端直径逐渐增大的圆筒部分(如图2所示)。主阀12可以被支承在纵向孔26内。主阀12可以包括套筒28、被支承成相对于套筒28移动的柱塞(spool)30和在纵向孔26中相对于主阀体14以固定关系支承套筒28的塞子32。

套筒28可以具有可以与供给端口20流体连通的环形沟槽34以及可以与返回端口22流体连通的环形沟槽35。环形沟槽34、35可以被围绕套筒28形成的槽脊(land)36、38、40分开；即，槽脊36、38可以限定出环形沟槽34的壁，而槽脊38和40可以限定出环形沟槽35的壁。优选地，槽脊38具有比槽脊36大的直径，而槽脊40具有比槽脊38大的直径，以使每个槽脊与纵向孔26的径向相邻圆筒部分的直径紧密地匹配。该配置的一个优点是，套筒28只能沿一个取向组装到纵向孔中，因为套筒28的最大直径部分将装配到纵向孔26的最大直径部分中，在套筒28与图2所示取向相反的情况下，不能进一步朝如图2所示的左侧前进以将套筒28完全设置在纵向孔26中。

每个槽脊36、38、40可以优选地设置有支承相应密封件或者O形圈48、50、52的环形沟槽42、44、46。虽然示出的是圆形截面的O形圈，但是可以使用由任意适当材料制成的具有任意适当截面的任意适当类型的密封件。O形圈48、50、52可以在套筒28与限定出纵向孔26的主阀体14的表面之间提供压力密封。O形圈48、50、52因此可以在环形沟槽34中的流体与环形沟槽35中的流体之间形成压力边界。套筒28可以在一端具有环形肩部54，该环形肩部54与位于纵向孔26的相应端部的环形肩部56接合，以相对于纵向孔26以及相对于主阀体14定位套筒28。可以穿过套筒28沿其中心轴线纵向地形成孔70。可以穿过套筒28形成一个或多个径向孔34a(见图2)，以在沟槽34与限定出孔70的套筒28的内表面之间提供流体连通。相似地，可以穿过套筒28形成一个或多个径向孔35a(见图2)，以在沟槽35与限定出孔70的套筒28的内表面之间提供流体连通。

套筒28可以通过塞子32抵靠肩部56保持在固定位置，从而相对于主阀体14处于固定关系。塞子32可以具有与纵向孔26的内螺纹部60螺旋地接合的外螺纹部58。虽然可以提供任意适当的配置，但是塞子32可以呈包括有六角插孔61(图1所示)的塞子的形式，所述六角插孔61接收六角键(扳手)，以相对于纵向孔26的内螺纹部60拧紧塞子32的外螺纹部58。

塞子32可以大小做成并被构造成接合套筒28，并使套筒28的环形肩部54与纵向孔26的环形肩部56保持接合。可以在套筒28的与套筒28的肩部端相反的端部与纵向孔26的与纵向孔26的肩部端相反的端部之间设置间隙62。间隙62可以足够大，以确保套筒28的环形肩部54与纵向孔26的环形肩部56保持接合。

柱塞30的外表面可以限定出环形沟槽64。环形沟槽64可以与柱塞30中的多个径向通道66、68流体连通，其进而可以与柱塞30中的纵向孔69流体连通。柱塞30的纵向孔69可以向左(如图2所示)延伸至柱塞30的左侧(如图2所示)轴向端面中的开口，该开口可以在柱塞的纵向孔69与套筒28的纵向孔70之间提供流体连通。套筒28的纵向孔70的左向部分(如图2所示)进而可以提供与负载端口20的流体连通。这样，沟槽64能够一直与负载端口20流体连通。

柱塞30可以被支承成在套筒28中的纵向孔70中纵向移动。柱塞30可以移动至第一位置以使柱塞30中的环形沟槽64经由套筒28中的一个或多个径向孔34a和环形沟槽34与供给端口22流体连通，或者柱塞30可以移动至第二位置以使柱塞30中的环形沟槽64经由形成于套筒28中的一个或多个径向孔35a和环形沟槽35与返回端口24流体连通。这样，柱塞30可以是可移动的，以控制供给端口22与负载端口20之间的流体流动，如图3所示，或者控制负载端口20与返回端口24之间的流体流动，如图4所示。

虽然未示出，可以设置一个或多个弹簧来朝正常位置推压柱塞30，在所述正常位置柱塞30被设置成没有任何其它显著作用力作用于柱塞30上的状态。应该意识到的是，在多数情况下，这种弹簧通常将被选择成使得由这种弹簧施加的作用力比起由操作期间作用于柱塞30的流体压力施加的作用力来说是比较次要的(并且在任何情况下，作用于柱塞阀的作用力的平衡中的弹簧预载的效果可以被设计这种柱塞阀的领域的技术人员轻松地理解)。因此，为了简明起见，将从对压力控制阀10的操作的描述中省略弹簧对主阀12的操作的次要效果的描述。

主阀12可以调制在第三位置附近，该第三位置是平衡位置，如图5所示。在平衡位置，柱塞30中的环形沟槽36可以被防止与与供给端口22连通的环形沟槽34连通，并且还可以被防止与和返回端口24连通的环形沟槽35连通，从而在负载端口20处保持压力恒定。以这种配置，主阀12可以被称为“中心关闭”阀。然而，也可以想到的是主阀12可以设计成“中心开放”阀，其中，在平衡位置(未示出)，柱塞30中的环形沟槽36将既与和供给端口22连通的环形沟槽34连通又与和返回端口24连通的环形沟槽35连通，使得从供给端口22流入主阀12中的流体正好等于从返回端口24流出主阀12的流体。在流进和流出的流体如此平衡的情况下，将不会有流进或者流出负载端口20的流体，压力在负载端口20处将保持恒定。然而，该描述的其余部分将描述的是如图5所示的中心关闭阀情况下的阀的结构和操作。

在纵向孔70的与负载端口20相反的右端(如图2-5所示)可以设置指令室72。被引入指令室72中的指令压力能够控制柱塞30的移动。施加高于负载端口20中的负载压力的指令压力能够使柱塞30移动远离指令室72(即，观察图3时向左侧移动)。柱塞20远离指令室72的这种移动能够使柱塞30中的环形沟槽64经由径向孔34a与套筒28中的环形沟槽34流体连通，并且经由与供给端口30流体连通的环形沟槽34，来允许流体经由孔69、70和26在供给端口22与负载端口20之间流动，如图3所示。

如果指令室72中的压力低于负载压力，柱塞30能够移动成使得柱塞30中的环形沟槽64经由径向孔35a与套筒28中的环形沟槽35流体连通。环形沟槽35，如以上指出的，能够与返回端口22流体连通，因此允许流体在负载端口20与返回端口24之间流动，如图4所示。这能够发挥作用，以使负载压力降低至指令压力。当负载压力等于指令室72中的压力时，柱塞30将移动成使得柱塞30中的环形沟槽64既不与环形沟槽34也不与环形沟槽35流体连通，从而使负载端口20与供给端口22和返回端口24两者均隔离开，如图5所示。

指令室72中的指令压力可以受控于先导微阀16，所述先导微阀16可以经由歧管18与指令室72流体连通，并且可以经由歧管18与供给端口22和返回端口24选择性地流体连通，以控制指令压力。

先导微阀16可以包括可移动阀元件，其在移动时，同时改变串联配置在穿过先导微阀16的流路中的两个孔口的有效截面积。具有这种特征的一个微阀的示例是德克萨斯州奥斯汀城Microstaq公司开发的PDA-3型比例直动式3路微阀。

两个串联孔口的操作可以参考图6得到理解，其中，根据标准符号表示法，穿过某部件的符号的箭头用于指示可变部件，在该情况下，可变孔口。先导微阀16可以显示为包括第一孔口16a和与第一孔口16a处于相同流体路径中的第二孔口16b。因此，第一孔口16a和第二孔口16b以串联配置设置在流体管道16c中。虚线表示孔口16a、16b以预定关系一起得到操作。给定密度的流体穿过先导微阀16的流体管道16c的流动、孔口16a、16b的截面积、供给至先导微阀16的压力以及在流体管道16c中位于孔口16a、16b之间的流体的压力之间的关系可从数学上得出，如下：

$Q=C_d{A}_1\sqrt{\frac{2(P_1-P_2)}{\mathrm{\ρ}}}$ 方程式1

$Q=C_d{A}_2\sqrt{\frac{2P_2}{\mathrm{\ρ}}}$ 方程式2

$A_1\sqrt{\frac{2(P_1-P_2)}{\mathrm{\ρ}}}=A_2\sqrt{\frac{2P_2}{\mathrm{\ρ}}}$ 方程式3

方程式4

其中，Q是体积流量，C_d是排放系数，其少量地降低流量Q以说明将动力学流动能量转换成热量的湍流和粘度的效果，A₁是第一孔口16a的面积，A₂是第二孔口16b的面积，P₁是供给压力，该供给压力供给至包含第一孔口16a和第二孔口16b的流体管道16c中的上游孔口，既可以是第一孔口16a，也可以是第二孔口16b，P₂是在第一孔口16a与第二孔口16b之间限定出流体流路的流体管道16c中的流体的压力，而ρ是流体的密度。流体的压力P₂被用作从先导微阀16经由第二流体管道16d供给至主阀12的指令压力。第二流体管道可以由包括先导微阀16、歧管18和主阀体14的数个部件的若干部分限定出。

方程式1是从利用连续性方程(Continuity Equation)以使移动穿过流体管道的流体的速度与流体管道的截面面积相关的不可压缩柏努利方程式(Bernoulli′s Equation)得到的，并计算穿过第一孔口16a的体积流量。方程式2是适用于第二孔口16b的与方程式1相同的方程式，并且假定的是第二孔口下游的压力是可忽略的(由于包含有压力控制阀的***通常设计成使得返回管路的压力基本为零)。方程式3将方程式1代入方程式2中。方程式4重新整理方程式3，以求解P₂。

在微阀的非致动状态下，两个可变孔口16a、16b之一可以仅仅关闭(即，常闭)，而另一可变孔口16a、16b可以是完全开放的。在致动先导微阀16时，关闭的孔口开始开放，而开放的孔口开始关闭。供给压力可以施加至常闭孔口或者施加至常开孔口。例如，如果供给压力施加至常闭孔口，则孔口之间的压力将开始上升，并且将随着先导微阀16开始开放而发生改变。结果是可能在孔口之间生成压力，其中该压力是供给压力的分数(潜在地，取决于微阀的设计的具体情况，从大致100％到大致0％)。

在方程式1-4中描述的关系可以用于设计先导微阀16和设计用于控制先导微阀16的电子电路。如将在下面进一步论述的，在微阀装置10的所示实施例中，主阀12的负载压力将(在稳定状态流动条件下)等于受控于微阀装置10的指令压力P₂。在过渡流动条件期间，当然，负载压力可以滞后于指令压力。

应该注意的是，由该设计提供的控制方法与更常规压力控制阀之间的差异是该装置允许将负载压力控制至供给压力P₁的某一指令的分数。相比之下，在更常规的压力控制阀中，只要供给压力等于或者超过设定压力，则压力被控制在高达最大设定压力的范围内，而不管供给压力如何。例如，只要供给压力等于或高于100psi，则一般汽车传动控制阀可以将压力控制在0psi到100psi的范围内。如果供给压力升高至125psi，则该一般汽车控制阀将被仍然限制为供给100psi的最大值。相比之下，实施为微阀装置10的汽车传动控制阀将能够将压力大致控制在供给压力P₁的0％-100％的范围内，或者供给压力P₁的任意指令的分数，从而能够简单地通过将供给压力P₁增大至高于100psi的值，来实现将压力控制的范围扩展成高于100psi。

此外，应该理解的是，以上配置允许先导微阀16和相关联的控制电路被轻松地适配成用于各种不同的主阀12，这些主阀12在各种设施中被供给不同的供给压力P₁。当主阀12和先导微阀16被供给相同的供给压力P₁时，所述供给压力P₁是供给至先导微阀16以生成最大指令压力(通过关闭第二、下游可变孔口16b，并且完全打开第一可变孔口16a)的控制信号，能够生成等于供给压力P₁的指令压力P₂。当等于供给压力P₁的指令压力P₂被供给至主阀12时，主阀12可以操作以生成等于指令压力从而等于供给压力P₁的负载压力。因此，不管特定应用中的供给压力如何，当制造用于不同应用的压力控制阀10时，不必较大程度地(如果有的话)定制这样一种控制方案，其中阀控制电子学元件(未示出)控制先导微阀16，以控制连接的主阀12，以获得供给压力的期望百分比(从0到100％)。这能够例如允许阀制造商减少必须被设计和制造的先导微阀的不同模型的数量，因为一个或者数个先导微阀能够在各种应用中用于各种尺寸的主阀12，而不用重新设计阀控制元件。

还应注意的是，在供给压力P₁被紧密调控并且保持大致恒定的情况下，供给压力P₁的百分比能够与实际压力值相关。在这种情况下，控制模式可以被开发成使得，例如，如果期望升高负载压力5psi，则在阀控制元件中实施的控制算法可以只使传给先导微阀16的控制信号改变已知用于在指令(从而负载)压力中引起5psi压力增大的百分比量，前提是给出供给压力P₁的已知值。

主阀12中的指令室72可以经由流体式连通与第一孔口16a和第二孔口16b之间的流体管道16连接。先导微阀16可以整体地由硅或者其它适当的材料制成，并且可以设置有这样一种致动机构，其可以依赖于加热某些元件来引起这些元件的热膨胀以生成移动，或者也可以依赖于可能适合于期望应用的任何其它致动机构，例如取决于材料相变、静电吸引或者排斥、磁力等不同原理的致动器。请注意，通过热致动的硅微阀，例如Microstaq公司的PDA-3微阀，将不会对用于为先导微阀16提供动力和进行控制的电子***提供电感负载，与例如电磁操作阀不同。此外，制造例如硅之类的半导体材料的例如先导微阀16等MEMS装置的优点是集成控制元件的容易性。例如，使用相似的半导体制造技术，可以在MEMS先导微阀16所形成于其中的同一半导体芯片上制造阀控制器电路。这进而允许在量产的情况下降低制造成本，并增大微阀16的可靠性，因为微阀16与相关联电子控制元件的互连可以作为制造工艺的一部分自动地进行，不需要人工单独地规划路径和焊接连接配线(举例)。

先导微阀16可以用于通过任意众所周知的常规手段向主阀12发送指令压力。在所示实施例中，歧管18可以被用于将先导微阀16的紧密隔开的端口连接至主阀12上的相应端口，这些相应端口可以分得更开，以便制造相对较大的主阀12。先导微阀16可以通过任意适当的方式固定至歧管18，包括在名为“Electro-Pneumatic Control Valve with Microvalve Pilot”的美国已公开专利申请US2007/0251586A1中以及在名为“LaminatedManifold for Microvalve”的美国专利No.6,581,640中描述的那些方式，专利申请US2007/0251586A1的内容通过引用并入本文，其描述了将微阀焊接至歧管；美国专利No.6,581,640的内容通过引用并入本文，描述了通过任意适当的手段固定至用于微阀的歧管的端子块，例如通过机械紧固件(例如铆钉或者螺栓等)、通过适当的粘结物或者通过焊接。

歧管18可以通过任意适当的方式固定至主阀12。例如，一垫衬可以形成主阀体14与微阀歧管18之间的密封件，并且歧管18通过使用螺栓或者其它机械紧固件，或者通过熔焊、钎焊、锡焊、粘结剂的使用等保持至主阀体14。

虽然使用例如歧管18(或者事实上，下面描述的歧管118或218)等单独的歧管在例如压力控制阀10等微阀装置的制造期间可能经常被发现是有利的，但这并不是必需的，即歧管18可以与先导微阀16或者与主阀体14一体地形成。例如，主阀体14(即，紧密隔开的端口可以形成在主阀体14中，与先导微阀16上的端口配合)，并且先导微阀16可以使用以上对于将先导微阀16附接至歧管18，或者视情况，将歧管19附接19至主阀体14所引用的技术，直接安装在阀体14上。

歧管18可以具有端口18a，端口18a从流体管道16c向与指令室72连通的主阀12上的端口连通指令压力。端口18a(或者先导微阀16到指令室72之间的流体管道的整体的其它部分，其可以包括设置在这种流体管道中的孔口(未示出))的尺寸可以做成向主阀柱塞30的运动提供适当的减振。

呈压力控制阀10形式的微阀装置可以按如下方式并如图11所示地操作。

在第一步81中，以供给压力P₁将流体供给至先导微阀16，更具体地说，供给至先导微阀16的串联可变孔口16a、16b之一的上游。

在第二步82中，可以将控制信号(其可以取决于先导微阀16的特定设计、电气信号、气动信号、流体压力信号、显热信号(如果例如先导微阀响应于它被施加的温度)或者微阀可以被设计成对其进行反应的任意其它适当的信号)供给至先导微阀16，以分别设定串联可变孔口16a、16b的截面面积A₁和A₂。

在第三步83中，可以依照上述方程式4，分别作为供给至先导微阀16的压力P₁和孔口16a和16b的截面面积A₁和A₂的函数，从微阀16向主阀12的指令室72供给指令压力P₂。适当地，如果在端口18a(或者先导微阀16与指令室72之间的流体管道中的其它地方)提供适当的限制，则指令室72中的压力可以被略微抑制(不被允许像先导微阀16所供给的指令压力P₂那样快地上升或者下降)。这可以有利于例如抑制可能存在于指令压力中的任何“噪音”(快速的非指令的振动)，从而抑制在主阀12中的所得运动(下述)，从而抑制主阀12的压力输出。

接下来，在第四步84中，主阀12可以被指令室72中的指令压力P₂重新定位，使得被供给至主阀体14的负载端口20的压力是从微阀16供给来的指令压力P₂的函数。施加高于负载压力的指令压力P₂，能够移动柱塞30，以使负载端口20(经由柱塞30中的环形沟槽64和套筒28中的环形沟槽34)与供给端口30流体连通，以增大负载压力，如图3所示。如果指令室72中的压力低于负载压力，则柱塞30能够移动成使得负载端口20(经由柱塞30中的环形沟槽64和套筒28中的环形沟槽35)与返回端口24流体连通，以降低负载压力，如图4所示。当负载压力等于指令室72中的指令压力P₂时，柱塞30能够移动至调制位置，在这里负载端口20与供给端口22或者返回端口24均不流体连通，如图5所示。这样，由主阀12向负载供给的压力跟随由先导微阀16供给的指令压力P₂，并且作为压力调控阀10的微阀装置可以响应于供给至先导微阀16的指令信号。

在图7-9中，示出了作为压力控制阀操作的微阀装置的一个替代实施例，总体表示为110，包括具有主阀体114的先导操作主阀112、先导微阀116和歧管118。

歧管118可以是单材料的实体，被钻孔或者以其它方式形成为在其中生成适当的通道。如图7所示，歧管118也可以由多个部件形成。例如，歧管118可以由多个材料板形成，在其中加工有各种沟槽和孔，使得当各板组装接合在一起时，通过一个或多个板限定出必要的通道。其内容通过引用并入本文的美国专利No.6,505,811和No.6,581,640提供了一部分流体分配基板或者歧管的示例，这些流体分配基板或者歧管可以适于根据相关联的微阀和先导操作主阀的特定结构，通过适当的变型，用作歧管118(或者事实上为上述的歧管18，或者下述的歧管218)。歧管118可以如以下将描述的那样设置有多个通孔和贯通通道，以连接先导微阀116的各种流体管道。具体说，歧管118可以包括一个或多个对齐孔118a，其目的将在以下描述。歧管118还可以包括通道118b，通道118b与先导微阀116的入口连通，即与第一微阀流体管道(不可见)的入口连通，在第一微阀流体管道中，串联配置有一对可变的孔口(不可见)，以在其间的流体中生成指令压力。歧管118中的通道118c与先导微阀116的返回出口连通，即，与第一微阀流体管道的出口连通。第二流体管道在可变孔口之间连接至第一微阀流体管道。歧管118中的通道118d形成该第二流体管道的一部分，该第二流体管道与先导微阀116连通，以从先导微阀116向主阀112传送指令压力。

主阀体114可以具有多个端口，包括例如负载端口120、可以连接至包含处于较高压力的流体的流体管道的供给端口122和可以连接至处于较低压力的流体管道的返回端口124，所有端口均与主阀体114中的纵向孔126流体连通。供给端口122可以经由供给通道122a与纵向孔126流体连通。相似地，返回端口124可以经由返回通道124a与纵向孔126流体连通。此外，负载端口120可以经由负载通道120a与纵向孔126流体连通。注意，在所示实施例中，纵向孔126与负载端口120直接连通，因此纵向孔126被认为形成负载通道120a的一部分，因为纵向孔形成将负载端口连接至柱塞130的轴向端面以向轴向端面传送负载压力的流体管道。

主阀112可以包括被支承成相对于纵向孔126移动的柱塞130。柱塞130可以在纵向孔126的一端被歧管118而在纵向孔126的另一端被固位器或者止动件115捕捉在纵向孔126中，歧管118可以被固位元件保持成与纵向孔126成固定关系，所述固位元件可以呈帽132的形式，所述固位器或者止动件115可以在负载端口120内被按压或者以其它方式适当地固定就位。

帽132可以具有与主阀体114的外螺纹部160螺旋地接合的内螺纹部158。然而，应该注意的是，帽132可以通过任意适当的方式紧固，包括熔焊、钎焊、形变、冷缩配合等等。事实上，实施为帽132的固位元件可以呈除帽外的其它形式，如适合于所期望设施的，例如固位凸缘、塞子、纵向孔126的盲端上的肩部或者其它适当的设计。如图8和9中最佳看出的，主阀体114的外螺纹部160具有平坦轴向端面114a，所述平坦轴向端面114a具有进入纵向孔126中的开口。一个或多个对齐销114b可以形成在轴向端面114a上，以与歧管118的对齐孔118a接合，以使歧管118以恰当的取向相对于形成于主阀体114中的多个通道对齐。一个这种通道是第一通道114c，在图7和8中示出，其在供给通道122a与先导微阀116之间提供流体连通，以向先导微阀116供给加压流体。第二通道114d(见图7)，其在返回通道124a与先导微阀116之间提供流体连通，为来自先导微阀116的流体提供返回路径。

一垫衬165可以介于歧管118与主阀体114之间，以协助密封歧管118与主阀体114的外螺纹部160的轴向端面114a之间的流体连通。如图8和9中最佳看出的，垫衬165可以设置有穿过其中的孔，包括用于容纳一个或多个对齐销114b的孔165a。孔165b提供压力边界，以使与主阀112的供给通道122a连通的通道114c联接至与先导微阀116的入口连通的歧管118中的通道118b。因此，主阀112和先导微阀116两者均能够被供给处于供给端口122的压力的流体。孔165c提供压力边界，以使与返回通道124a连通的主阀体114中的通道114d联接至与先导微阀116的返回出口连通的歧管118中的通道118c。因此，主阀112和先导微阀116能够经由返回端口124连接至同一返回路径。此外，可以存在大体居中定位的孔165d，以从形成与先导微阀116连通的第二流体管道的一部分的歧管118中的开口118d提供流体连通，以从先导微阀116向主阀112传送指令压力。孔165d可以大小做成向传送穿过其中的指令压力的变化提供期望的抑制量。

柱塞130可以具有形成于其外表面上的环形阀沟槽136，其可以与柱塞130中的一个或多个孔或者通道166、168流体连通，其进而可以与柱塞130中的纵向孔169流体连通。柱塞130可以被支承成在纵向孔126中移动，以使柱塞130中的环形阀沟槽136选择性地与纵向孔126中的环形沟槽134或者纵向孔126中的环形沟槽135流体连通。纵向孔126中的沟槽134可以与供给端口130流体连通，而纵向孔126中的另一环形沟槽135可以与返回端口122流体连通。这样，主阀112的柱塞130可以是可移动的，以控制负载端口120与供给端口122之间，或者负载端口120与返回端口124之间的流体流动。

在所示实施例中，弹簧137朝正常位置推压柱塞130，在所述正常位置，柱塞130可以被设置成没有任何其它显著的作用力作用于柱塞130。在所示实施例中的柱塞130的正常位置是这样一个位置，其中流体连通存在于主阀体114的供给端口122与负载端口120之间，而流体连通在负载端口120与返回端口124之间被截断(即，观察图7时向左)。因此，所示实施例，主阀112在负载端口120与供给端口122之间是常开的，而在负载端口120与返回端口124之间是常闭的。应该明白的是，主阀112可以构造成通过相应地定位弹簧137(即，观察图7时向柱塞130的左侧)，在负载端口120与供给端口122之间是常闭的而在负载端口120与返回端口124之间是常开的，以使柱塞130能够在没有任何其它显著作用力作用于柱塞130时被推压向右侧(如图7所示)。应该意识到的是，由弹簧137施加的作用力比起由操作期间作用于柱塞130的流体压力施加的作用力通常比较次要(并且在任何情况下，弹簧预载在作用于柱塞阀的作用力的平衡中的效果容易被设计这种柱塞阀领域的技术人员理解)。因此，为了简明起见，将从对压力控制阀110的操作的描述中省略弹簧137对主阀112的操作的次要效果的描述。

指令室172可以设置在纵向孔126的与负载端口120相反的端部。指令室172中的指令压力P₂控制柱塞130的移动。指令室172中的流体对柱塞130的一端施加作用力，而纵向孔126中的处于负载压力的流体对柱塞130的相反端施加反作用力。这些作用力的任何不平衡都能够引起柱塞130相应地移动。施加高于负载压力的指令压力P₂能够使柱塞130移动成使得柱塞130中的环形阀沟槽136能够与环形沟槽134流体连通，以允许流体在处于较高压力的负载端口120与供给端口122之间流动，升高负载端口120处的压力。施加低于负载压力的指令压力P₂能够使柱塞130移动成使得柱塞130中的环形阀沟槽136能够与环形沟槽135流体连通，以允许流体在处于较低压力的返回端口124和负载端口120之间流动，降低负载端口120处的压力。

指令室172中的指令压力P₂可以受控于先导微阀116，所述先导微阀116可以经由歧管118与指令室172流体连通，并且可以经由歧管18中的通道与供给端口122和返回端口124流体连通，以控制指令压力P₂。因此，至先导微阀116的供给压力可以与至主阀112的供给压力相同，并且先导微阀116和主阀112两者可以具有相同的返回压力。

先导微阀116可以包括具有两个串联孔口(未示出)的可移动阀元件，如同以上参考先导微阀16描述并在图6中示意性地示出的那样。在先导微阀116的操作期间，上游可变孔口的面积和下游可变孔口的面积可以发生变化，使得可变指令压力P₂能够在孔口之间的流体中生成。如此生成的指令压力P₂可以是供给压力P₁的任何期望的分数。

呈压力控制阀110形式的微阀装置按如下方式操作，并再次参考图11，依照以下方法：

在第一步81中，以供给压力P₁将流体供给至先导微阀116，更具体地说，供给至先导微阀116的串联可变孔口之一的上游。

在第二步82中，可以将控制信号(其可以取决于先导微阀116的特定设计、电气信号、气动信号、流体压力信号、显热信号或者微阀可以被设计成对其进行反应的任意其它适当的信号)供给至先导微阀116，以设定先导微阀116的串联可变孔口的截面面积A₁、A₂。

在第三步82中，依照上述方程式4，作为供给至先导微阀116的压力P₁和串联可变孔口的截面面积的函数，从微阀116向主阀112的指令室172供给指令压力P₂。指令室172中的压力可以以类似于上述呈压力控制阀10形式的微阀装置的第一实施例的方式略微受到抑制。

接下来，在步骤83中，主阀112被指令室172中的指令压力重新定位，使得供给至主阀体114的负载端口120的压力跟随从微阀116供给的指令压力。施加高于负载压力的指令压力能够使柱塞130移动成使得负载端口120能够与供给端口130流体连通，以增大负载压力。如果指令室272中的压力低于负载压力，则柱塞130可以移动成使得负载端口120与返回端口124流体连通，以降低负载压力。当负载压力等于指令室172中的压力时，柱塞130能够移动至调制位置，在这里，负载端口120与供给端口122或者返回端口124均不流体连通。这样，由主阀112向负载供给的压力跟随由先导微阀11供给的指令压力，并且作为压力调控阀110的微阀装置响应于供给至先导微阀116的指令信号。

在图10中，示出了作为压力控制阀操作的微阀装置的一个替代实施例，总体表示为210，包括具有主阀体214和柱塞230的先导操作主阀212。微阀装置210可以进一步包括先导微阀216和歧管218。

主阀体214可以具有多个端口，包括例如负载端口(未示出)，所述负载端口可以与负载连接，并且向其供给处于由压力控制阀210实现的控制压力的流体。主阀体214可以进一步具有供给端口(未示出)和返回端口(未示出)，所述供给端口可以连接至容纳处于较高压力的流体的流体管道，所述返回端口可以连接至处于较低压力的流体管道。负载端口、供给端口和返回端口可以均与在主阀体214中限定出的纵向孔226流体连通。

纵向孔226，如图10所示，可以形成为贯通主阀体214的通孔。在纵向孔226的大体轴向上的中心部分可以形成有两个轴向分隔开的环形沟槽234、236。沟槽234在沟槽236的左侧，如图10所示，并且可以连接成与供给端口一直流体连通。沟槽236可以连接成与返回端口一直流体连通。邻接纵向孔226的每个开口端，可以在限定出纵向孔的表面上形成环形沟槽，用于接收相应的簧环或者内部咬合环231。

咬合环231的每一个可以发挥作用以固定相应的塞子232。塞子232可以发挥作用以密封纵向孔226的相应端部。每一个塞子232可以在其各自的外表面中限定出相应的周向延伸的环形沟槽，所述周向延伸的环形沟槽接收相应的密封件或者O形圈233，以在相应塞子232与限定纵向孔226的表面之间形成密封。

柱塞230可以具有第一端部(如图10所示的右手端)，所述第一端部具有轴向端面。柱塞230还具有与第一端部相反的第二端部(如图10所示的左手端)，所述第二端部也可以具有轴向端面。在柱塞230的第一端部的轴向端面与相邻塞子232之间可以限定出指令室272。在柱塞230的第二端部的轴向端面与相邻塞子232之间可以限定出负载室274。

柱塞230可以被支承成相对于纵向孔226移动。柱塞230可以在纵向孔226的各端被塞子232捕捉在纵向孔226中。柱塞230可以在其外表面上形成有环形阀沟槽236。柱塞230可以进一步与本体214协作以限定出压力空间，所述压力空间呈形成于柱塞230的外表面中的第二环形沟槽271的形式。一孔269可以形成在柱塞230中，该孔269可以与负载室274流体连通。一孔268可以形成在柱塞230中，在环形阀沟槽236与纵向孔269之间提供流体连通。一孔270可以形成在柱塞230中，在第二环形沟槽271与纵向孔269之间提供流体连通。

柱塞230可以被支承成在纵向孔226中移动，使得柱塞230中的环形阀沟槽236可以在第一位置选择性地与环形沟槽234流体连通，从而与供给端口流体连通。在柱塞230在纵向孔226中的第二位置，环形阀沟槽236可以与环形沟槽235流体连通，从而与返回端口流体连通。这样，主阀212的柱塞230可以是可移动的，以控制负载端口与供给端口之间、或者负载端口与返回端口之间的流体流动。

在所示实施例中，一对弹簧237朝正常位置推压柱塞230，在所述正常位置，柱塞230可以被设置成没有任何其它显著的作用力作用于柱塞230。所示实施例中的正常位置是关闭中心状态。然而，微阀装置210可以替代地设计成具有略微变化的尺寸，以具有开放中心状态。在关闭中心状态下，环形阀沟槽236与环形沟槽234或者环形沟槽235均不连通，因此负载端口和负载室274与供给端口和返回端口隔离。然而，在开放中心状态(未示出)下，环形阀沟槽236将与环形沟槽234和环形沟槽235两者具有重叠并且与两者连通，因此负载端口和负载室274将同时与供给端口和返回端口两者流体连通。应意识到的是，上述主阀12、112也可以设计成开放中心状态，而不是以上示出和描述的关闭中心状态。

应该意识到的是，由弹簧237施加的作用力比起由操作期间作用于柱塞230的流体压力施加的作用力通常比较次要(并且在任何情况下，弹簧预载在作用于柱塞阀的作用力的平衡中的效果容易被设计这种柱塞阀领域的技术人员理解)。因此，为了简明起见，将从对压力控制阀210的操作的描述中省略弹簧237对主阀212的操作的次要效果的描述。事实上，在一些设计中，弹簧237可以省略。

指令室272中的指令压力控制柱塞230的移动。指令室272中的流体对柱塞230的一端施加作用力，而负载室274中的处于负载压力的流体对柱塞230的相反端施加反作用力。这些作用力的任何不平衡都能够引起柱塞230相应地移动。施加高于负载压力的指令压力能够使柱塞230移动成使得柱塞230中的环形阀沟槽236能够与环形沟槽234流体连通，以允许流体在处于较高压力的负载端口与供给端口之间流动，升高负载端口处的压力。施加低于负载压力的指令压力能够使柱塞230移动成使得柱塞230中的环形阀沟槽236能够与环形沟槽235流体连通，以允许流体在处于较低压力的返回端口和负载端口之间流动，降低负载端口处的压力。

指令室272中的指令压力可以受控于先导微阀216，所述先导微阀16可以经由歧管218(如下面将描述的)与指令室272流体连通，并且可以经由歧管28中的通道与供给端口和返回端口流体连通，以控制指令压力(也如下面将描述的)。因此，至先导微阀216的供给压力可以与至主阀212的供给压力相同，并且先导微阀216和主阀212两者可以具有相同的返回压力。

先导微阀216可以包括具有在第一微阀流体管道(未示出)中串联的两个孔口的可移动阀元件，如同以上参考先导微阀26描述并在图6中示意性地示出的那样。在先导微阀216的操作期间，上游可变孔口的面积和下游可变孔口的面积可以发生变化，使得可变指令压力P₂能够在孔口之间的流体中生成。如此生成的指令压力P₂可以是供给压力P₁的任何期望的分数。指令压力P₂可以通过提供流体连通的第二流体管道连通第一流体管道的串联孔口与指令室272之间的第一流体管道的区域。

歧管218可以是单材料的实体，被钻孔或者以其它方式形成为在其中生成适当的通道。虽然歧管218可以如同图7所示歧管118那样由多个材料板形成，但是在图10所示实施例中，歧管218可以由单块材料形成。具体说，歧管218可以包括一个或多个附接孔218a，其目的将在以下描述。歧管218还可以包括多个通道218y，这些通道通过任意适当的方式(包括钻孔、激光钻孔、蚀刻等)形成在歧管的材料中，以使先导微阀216与先导操作阀212互连(如上述歧管18、118可能的那样)。必要时，通道218y可以通过任意适当的方式***塞的部分，例如通过向通道218y的开口中按压装配球218x至歧管218的外表面，以沿歧管218中的通道218y的期望部分在歧管218中容纳和引导流体。

歧管218因此可以包括通道218y，通道218y与先导微阀216的入口连通，即与第一微阀流体管道(上述)的入口连通，在第一微阀流体管道中，串联配置有一对可变孔口(不可见)，以在其间的流体中生成指令压力。歧管218中的第二通道218y可以与先导微阀216的返回出口连通，即与第一微阀流体管道的出口连通。如上所述，第二流体管道可以在可变孔口之间连接至第一微阀流体管道。歧管218中的第三通道218y(其在图10中部分可见)形成该第二流体管道的一部分，该流体管道与先导微阀216连通，以从先导微阀216向主阀212传送指令压力。如图10所示，第三通道218y的一部分可以由邻接主阀体214的台阶孔形成。

在第三通道218y的台阶孔的较大直径部分中，设置有例如O形圈276的密封件。O形圈276被压缩在歧管218与主阀体214之间，以对于容纳向先导操作主阀212传送指令压力的流体的第二流体管道，形成流体密封件和压力边界。替代地，主阀体214可以设置有凹部，O形圈276位于该凹部中，并且歧管218可以不具有第三通道218y的台阶孔的较大直径部分。许多其它替代方式是存在的，例如前述单独的密封件或者O形圈276全部，以及利用垫衬(未示出)，该垫衬具有适当地定位的贯穿其中的开口，以使主阀体214中的相应通道与歧管218中的通道218y连接。

在第三通道218y的台阶孔的较小直径部分中，可以座落有过滤器278。在第一和第二通道218y中可以设置有相似的过滤器。过滤器278和可以设置于第一和第二通道218y中的相似过滤器过滤经过其中的流体。

歧管218可以通过固位元件相对于主阀212的本体214保持成固定关系，所述固位元件可以具有任意适当的结构，例如焊件、钎焊材料或者例如帽螺丝232(只示出一个)等螺纹紧固件。帽螺丝232可以延伸穿过贯穿歧管218形成的孔218z，以与形成于主阀212的本体214中的相应螺纹孔(未示出)接合。适当地，孔218z和形成于主阀212的本体214中的相应螺纹孔可以配置成这样一种模式，使得歧管218只能沿一个取向固定至本体214，从而有助于确保歧管218在通道218y的每一个与本体214中的相应通道恰当地对齐的状态下组装至本体214。

呈压力控制阀210形式的微阀装置可以按如下方式操作，并再次参考图11，依照以下方法：应该注意的是，虽然这是操作微阀装置的方法的一个优选实施例，但是可想见的是存在其它能够适用于某些情况的操作方法。

在第一步81中，以供给压力P₁将流体供给至先导微阀216，更具体地说，供给至先导微阀216的串联可变孔口之一的上游。

在第二步82中，可以将控制信号(其可以取决于先导微阀216的特定设计、电气信号、气动信号、流体压力信号、显热信号或者微阀可以被设计成对其进行反应的任意其它适当的信号)供给至先导微阀216，以设定先导微阀216的串联可变孔口的截面面积A₁、A₂。

在第三步82中，依照上述方程式4，作为供给至先导微阀216的压力P₁和串联可变孔口的截面面积的函数，从微阀216向主阀212的指令室272供给指令压力P₂。指令室272中的压力可以以类似于上述呈压力控制阀20形式的微阀装置的第一实施例的方式略微受到抑制。

接下来，在步骤83中，主阀212被指令室272中的指令压力P₂重新定位，使得供给至主阀体214的负载端口的压力跟随从微阀216供给的指令压力P₂。施加高于负载压力的指令压力P₂能够使柱塞230移动成使得负载端口能够与供给端口230流体连通，以增大负载压力。如果指令室272中的指令压力P₂低于负载压力，则柱塞230可以移动成使得负载端口与返回端口流体连通，以降低负载压力。当负载压力等于指令室272中的指令压力P₂时，柱塞230能够移动至正常调制位置，在这里，负载端口与供给端口或者返回端口均不流体连通。这样，由主阀212向负载供给的压力跟随由先导微阀216供给的指令压力P₂，并且作为压力调控阀210的微阀装置响应于供给至先导微阀216的指令信号。

应该注意的是，在一优选实施例中，环形沟槽271沿轴向设置成比起沿轴向最接近指令室272的供给端口和返回端口之一，在第一、第二和正常位置中的任一个处或在这些位置之间，不更远离指令室272。为了该测量的目的，供给端口与纵向孔226连通的位置应看作供给端口的位置；在所示实施例中，该位置是与供给端口连通的环形沟槽234的位置。相似地，为了该测量的目的，返回端口与纵向孔226连通的位置应看作返回端口的位置；在所示实施例中，该位置是与返回端口连通的环形沟槽235的位置。由于在如上所述的微阀装置210的操作期间，主阀212趋于由于指令压力和负载压力的平衡而返回正常位置，所以在微阀装置210的稳定状态操作期间，指令压力将等于负载压力。因此，由于环形沟槽271处于负载压力(因为它与负载室274连通，从指令室272的泄露得以最小化或者被消除，因为将被任何这种泄露遇到的第一压力区域将是沟槽271。由于沟槽271处于与指令室272相同的压力，不存在压差来从指令室272驱动泄露，或者事实上，来从沟槽271向指令室中驱动泄露。因此，先导微阀216可以不必调节来自或者进入指令室272的泄露流，因此能够更容易精确地控制所述先导操作主阀212的操作。

应该理解的是，柱塞30和130可以设置有呈类似于沟槽271的沟槽形式的压力空间，即，被供给处于负载端口的压力的流体的沟槽，并且该沟槽定位成在轴向上比相应的供给端口(被认为分别在柱塞30的情况下具有孔34a的轴向位置，或者在柱塞130的情况下为沟槽134)或者返回端口(被认为分别在柱塞30的情况下具有孔35a的轴向位置，或者在柱塞130的情况下为沟槽135)更靠近相应的指令室72、172。

替代地，主阀12、112和212可以设置有呈围绕相应的柱塞30、130、230沿周向延伸的沟槽(形成在相应本体14、114、214中)形式的压力空间。相应本体14、114、214中的这种沟槽可以经由在相应本体14、114、214中或者在相应柱塞30、130、230中限定出的通道，被供给处于负载端口的压力的流体。此外，不管相应柱塞30、130、230在其第一、第二和第三位置之间移动到哪里，相应本体14、114、214中的这种沟槽都能够定位成在轴向上比相应的供给端口(被认为分别在柱塞30的情况下具有孔34a的轴向位置，在柱塞130的情况下为沟槽134，或者在微阀装置210的情况下为沟槽234)或者返回端口(被认为分别在柱塞30的情况下具有孔35a的轴向位置，在柱塞130的情况下为沟槽135，或者在微阀装置210的情况下为沟槽235)更靠近相应的指令室72、172、272。

在主阀体中形成有压力空间的这种配置在图12中示出，它是图10所示阀的一个替代实施例。在图12中，示出了作为压力控制阀操作的微阀装置的一个替代实施例，总体表示为310，包括具有主阀体314和柱塞330的先导操作主阀312。微阀装置310可以进一步包括先导微阀316。

如通过察视图12将理解的，微阀装置310在结构和操作上大体类似于微阀装置210，不同之处是柱塞330没有柱塞230的沟槽271和孔269。此外，一沟槽314a形成在于主阀体314中形成的纵向孔的内表面中。一通道314b形成在主阀体314中，其使沟槽314a与负载室374互连，所述负载室374与先导操作主阀312的负载端口流体连通。主阀体314和柱塞230因此协作以在受到负载压力的沟槽314a中限定出压力空间。沟槽314中的压力空间将总是比与供给端口(未示出)连接的沟槽334或者与返回端口(未示出)连接的沟槽335更靠近主阀312的指令室337。

虽然上述实施例示出的情况是主阀的返回端口与相应纵向孔连接成比相关联的供给端口更靠近相应的指令室，但是并非必须如此。例如，在图13中，示出了作为压力控制阀操作的微阀装置的一个替代实施例，总体表示为410，包括具有主阀体414和柱塞430的先导操作主阀412。微阀装置410可以进一步包括先导微阀416。

如通过察视图13将理解的，微阀装置410在结构和操作上大体类似于微阀装置210。例如，类似于柱塞230，柱塞430具有在其外表面中限定出的两个轴向分开的沟槽430a和430b。沟槽430a、430b的每一个与柱塞430中的纵向孔469连通，并且，穿过其中与在柱塞430的一端限定出的负载室474流体连通。邻接柱塞430的相反端限定出指令室437。

然而，在微阀装置410中，当柱塞430处于示出的第三、调制位置，并且不与连接至供给端口的沟槽434或者连接至返回端口的沟槽435中的任一个连通时，沟槽434和沟槽435两者均沿轴向设置在沟槽430a与沟槽430b之间。柱塞430可以向左移动(如图13所示)至第一位置，在该位置，沟槽430b与沟槽434流体连通，从而从供给端口向负载端口供给流体，经由沟槽434和430b到柱塞430中的纵向孔469，进入负载室474中并到达负载端口，引起负载压力的增大。柱塞430可以相似地向右移动(如图13所示)至第二位置，在该位置，沟槽430a与沟槽435流体连通，通过从负载室474经由沟槽430a和435穿过纵向孔469至返回端口释放压力，来降低负载压力。

注意，主阀412的供给端口与纵向孔469(经由沟槽434)连接成沿轴向比返回端口(经由沟槽435)更靠近指令室437。还应注意的是，在沟槽430b中生成并且由柱塞430和本体412限定出的压力空间处于负载压力，并将总是不比连接至供给的沟槽434远离指令室437，并且当然，总是比连接至返回端口的沟槽435更靠近指令室437，因为沟槽435沿轴向比沟槽434更远离指令室437。因此，从指令室437的泄露得以最小化，因为下一邻接的压力空间处于负载压力，它通常与指令压力相同，只有短暂的过渡期除外。

总之，本公开的一个方面涉及这样一种装置，其包括响应于指令压力进行操作的先导操作阀，以向负载供给处于负载压力的流体，该负载压力在稳定状态流动条件期间大致等于指令压力。先导微阀在与先导操作阀连通的流体管道中生成指令压力，使得指令压力能够在供给压力的0％到100％之间变化，该供给压力是供给至先导微阀的加压流体的压力。

此外，本公开的一个方面涉及操作微阀装置的方法，所述微阀装置呈压力控制阀的形式，所述压力控制阀具有向主阀体中的负载端口供给压力的先导操作主阀和具有第一孔口和第二孔口的先导微阀，所述第一孔口具有第一可变截面面积A₁，而第二孔口具有第二可变截面面积A₂。先导微阀在第一孔口与第二孔口之间生成控制压力，该控制压力被先导微阀供给至主阀，以用于控制主阀的操作。所述方法作为第一步包括向先导微阀的第一孔口A₁和第二孔口A₂之一的上游供给处于压力P₁的流体。所述方法的第二步包括向先导微阀供给控制信号以设定第一孔口的截面面积A₁和第二孔口的截面面积A₂。所述方法的第三步包括依照以下方程式作为向先导微阀供给的压力P₁和孔口的截面面积A₁、A₂的函数从微阀向主阀供给指令压力P₂：

$P_2=\frac{P_1\·A_1^2}{A_1^2+A_2^2}$

所述方法的第四步包括重新定位主阀以使供给至主阀体的负载端口的压力是从先导微阀供给的指令压力P₂的函数。

此外，本公开的一个方面涉及包括先导操作阀和先导微阀的微阀装置。先导操作阀包括在其中限定出纵向孔的本体，本体进一步限定出在第一轴向位置处与纵向孔流体连通的供给端口，在第二轴向位置处与纵向孔流体连通的负载端口，以及在第三轴向位置处与纵向孔流体连通的返回端口。先导操作阀进一步包括设置成响应于指令压力在所述纵向孔中移动的柱塞。柱塞具有第一端部和第二端部，所述第一端部具有轴向端面，所述第二端部具有轴向端面。柱塞的第一端部的轴向端面与指令室流体连通。柱塞的第二端部的轴向端面与负载室流体连通。柱塞与本体协作以在沿轴向与第一端部隔开的位置处限定出压力空间。所述压力空间可以是例如位于柱塞的外表面中的沟槽或者位于本体中围绕柱塞延伸的沟槽。一负载通道在负载室与压力空间之间提供流体连通。柱塞可移动至第一位置，在所述第一位置，负载端口和负载室与供给端口流体连通。柱塞还可移动至第二位置，在所述第二位置，负载端口和负载室与返回端口流体连通。柱塞还可移动至第三位置，所述第三位置是关闭中心状态和开放中心状态之一。如果第三位置是关闭中心状态，则负载端口和负载室与供给端口和返回端口两者均隔离。相反，如果先导操作阀设计成使得第三位置是开放中心状态，则负载端口和负载室在第三位置与供给端口和返回端口两者均流体连通。所述压力空间沿轴向设置成在第一、第二和第三位置中的任一个处不比供给端口和返回端口中沿轴向最接近指令室的那个远离指令室。所述微阀装置进一步包括先导微阀，所述先导微阀连接至先导操作阀，以向指令室供给指令压力，来控制柱塞在先导操作阀的纵向孔中的移动。在一优选实施例中，所述负载通道被限定成穿过柱塞的一部分，以在负载室与压力空间之间提供流体连通。替代地，负载压力可以经由穿过本体的通道与压力空间连通。

必须明白的是本发明可以以不用于具体说明和示出的方式实施，而不背离其精神或者范围。可想见的是，存在许多替代实施例，它们中的一些示例已在这里公开。

Claims (18)

1.一种阀装置，包括：

先导操作阀，响应于指令压力进行操作，以向负载供给处于负载压力的流体，该负载压力在稳定状态流动条件期间大致等于指令压力；和

先导微阀，在与所述先导操作阀连通的流体管道中生成指令压力，使得指令压力能够在供给压力的0%到100%之间变化，该供给压力是供给至先导微阀的加压流体的压力，所述先导微阀包括：

第一流体管道，接收处于供给压力的加压流体，并且与处于返回压力的较低压力的区域连通；

设置在所述第一流体管道中的第一可变孔口；

设置成在所述第一流体管道中与所述第一可变孔口串联配置的第二可变孔口，所述指令压力在所述第一流体管道中于第一可变孔口与第二可变孔口之间生成；和

在第一可变孔口与第二可变孔口之间与第一流体管道流体连通的第二流体管道，所述第二流体管道是使指令压力与所述先导操作阀连通的流体管道，

从所述先导微阀向所述先导操作阀供给的指令压力依照以下方程式是供给至所述先导微阀的供给压力以及第一可变孔口和第二可变孔口的截面面积的函数：

$P_2=\frac{P_1\·{A_1}^2}{{A_1}^2+{A_2}^2}$

其中

P₂是从所述先导微阀向所述先导操作阀供给的指令压力；

P₁是供给压力；

A₁是第一可变孔口的截面面积；而A₂是第二可变孔口的截面面积。

2.如权利要求1所述的阀装置，还包括：

设置在第二流体管道中用于抑制指令压力的变化的抑制孔口。

3.如权利要求1所述的阀装置，还包括设置在第二流体管道中的过滤器。

4.如权利要求1所述的阀装置，还包括：

设置在所述先导微阀与所述先导操作阀之间的歧管，所述歧管限定出所述第二流体管道的一部分；和

设置在所述歧管与所述先导操作阀之间的O形圈，所述O形圈形成第二流体管道的压力边界的一部分。

5.如权利要求4所述的阀装置，还包括设置在所述先导操作阀与所述歧管之间的过滤器，使得流经第二流体管道的流体被引导穿过所述过滤器。

6.如权利要求1所述的阀装置，所述先导操作阀包括：

在其中限定出纵向孔的本体，为来自加压流体源的流体向所述纵向孔提供流体连通的供给通道，从所述纵向孔向较低压力的区域提供流体连通的返回通道，以及从所述纵向孔向负载提供流体连通的负载通道；和

设置成在所述纵向孔中滑移的柱塞，

所述柱塞具有第一端部，所述柱塞的第一端部与所述本体协作以在所述纵向孔中限定出指令室，所述指令室与传送指令压力的第二流体管道流体连通，

所述柱塞具有与所述第一端部相反的第二端部，所述柱塞的第二端部受到负载压力，

所述柱塞限定出围绕所述柱塞的外表面延伸的环形的阀沟槽，

所述柱塞限定出在所述柱塞的第二端部与所述阀沟槽之间提供流体连通的柱塞通道，

所述柱塞可定位至第一位置，在所述第一位置，所述阀沟槽与所述柱塞通道协作以在所述供给通道与所述负载通道之间限定出流路，所述柱塞可定位至第二位置，在所述第二位置，所述阀沟槽与所述柱塞通道协作以在所述负载通道与所述返回通道之间限定出流路。

7.如权利要求6所述的阀装置，先导操作阀设置有压力空间，所述压力空间被供给处于负载压力的流体，使得从所述指令室的泄露得到最小化或者被消除。

8.如权利要求7所述的阀装置，其中，

所述压力空间包括形成于所述本体中围绕所述柱塞沿周向延伸的第二沟槽；和

所述先导操作阀进一步包括在向所述第二沟槽供给处于负载压力的流体的所述柱塞和所述本体之一中限定出的通道。

9.如权利要求7所述的阀装置，其中，所述压力空间包括在所述阀沟槽与所述柱塞的第一端部之间的一个轴向位置处围绕所述柱塞的外表面延伸的环形的第二沟槽，所述柱塞通道与所述第二沟槽流体连通，以从所述柱塞的第二端部向所述第二沟槽供给负载压力。

10.如权利要求6所述的阀装置，其中，所述柱塞可定位至第三位置，在所述第三位置，所述阀沟槽不与所述供给通道流体连通，并且在所述第三位置，所述阀沟槽不与所述返回通道流体连通。

11.如权利要求1所述的阀装置，还包括：

用于所述先导操作阀的本体，所述本体限定出：

第一端口，

第二端口，和

纵向孔；

响应于指令压力在所述纵向孔中可移动的柱塞，所述柱塞在允许第一端口和第二端口之间流体连通的第一位置与阻止第一端口和第二端口之间流体连通的第二位置之间是可移动的，

所述柱塞和所述本体协作以限定出容纳处于指令压力的流体的指令室，所述指令室中的流体对所述柱塞施加与指令压力成比例的作用力，以推压所述柱塞在所述纵向孔内移动；和

压力空间，其在所述装置中限定出并且被设置有处于负载压力的流体，以使从指令室的泄露最小化。

12.如权利要求11所述的阀装置，其中，所述压力空间包括形成于所述柱塞中的沟槽和形成于所述本体中的沟槽之一。

13.如权利要求12所述的阀装置，其中，一通道穿过柱塞和所述本体之一限定出，以向所述压力空间提供处于负载压力的流体。

14.如权利要求7所述的阀装置，其中，

所述压力空间包括形成于所述柱塞的外表面中的沟槽和形成于限定出所述纵向孔的本体的表面中的沟槽之一；和

所述先导操作阀进一步包括在向所述压力空间供给处于负载压力的流体的所述柱塞和所述本体之一中限定出的通道。

15.一种柱塞阀，包括：

本体，限定出：

纵向孔；

与所述纵向孔流体连通并且适配成容纳处于供给压力的流体的供给端口；和

与所述纵向孔流体连通并且适配成容纳处于负载压力的流体的负载端口；

设置在所述纵向孔中的柱塞；

所述柱塞和所述本体协作以在所述柱塞的第一端部处限定出指令室，所述指令室适配成接收供给至所述本体的处于指令压力的流体，

所述柱塞在允许供给端口和负载端口之间流体连通的第一位置与阻止供给端口和负载端口之间流体连通的第二位置之间是可移动的；和

压力空间，被供给处于负载压力的流体，并且设置成使得从所述指令室的泄露得到最小化或者被消除。

16.如权利要求15所述的柱塞阀，其中，所述压力空间包括形成于所述柱塞中的沟槽和形成于所述本体中的沟槽之一。

17.如权利要求16所述的柱塞阀，其中，一通道穿过柱塞和所述本体之一限定出，以向所述压力空间提供处于负载压力的流体。

18.一种操作微阀装置的方法，所述微阀装置呈压力控制阀的形式，所述压力控制阀具有先导操作主阀和先导微阀，所述主阀向主阀体中的负载端口供给压力，所述先导微阀具有第一孔口和第二孔口，所述第一孔口具有第一可变截面面积A₁，所述第二孔口具有第二可变截面面积A₂，所述先导微阀在第一孔口与第二孔口之间生成控制压力，所述控制压力被所述先导微阀供给至所述主阀，以用于控制所述主阀的操作，所述方法包括

a)向所述先导微阀的第一孔口A₁和第二孔口A₂之一的上游供给处于压力P₁的流体；

b)向所述先导微阀供给控制信号以设定第一孔口的截面面积A₁和第二孔口的截面面积A₂；

c)依照以下方程式作为向所述先导微阀供给的压力P₁和所述孔口的截面面积A₁和A₂的函数从所述微阀向所述主阀供给指令压力P₂：

$P_2=\frac{P_1\·{A_1}^2}{{A_1}^2+{A_2}^2};$ 和

d)重新定位所述主阀以使供给至所述主阀体的负载端口的压力是从所述先导微阀供给的指令压力P₂的函数。

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