CN104896130A - 流体控制阀 - Google Patents

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CN104896130A
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长崎兼久
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Abstract

本发明涉及一种流体控制阀。第一区域(11)的端部具有从边缘部(e)向第一区域(11)的径向方向内部凹入的台阶差(r1)。台阶差(r1)具有与边缘部(e)相反的端点(s1)。节流部(16)从起始点(s1)在轴向方向上突出并且包括外周拐角(突起圆角部)，所述外周拐角具有在轴向方向上和在径向方向上突出的弯曲面。当入口开口(7a)开始略微打开时，由于液压流体当流经阀套(4)的拐角与突起圆角部之间的第二门时被节流，能够抑制液压流体的流量的迅速增大和液压流体的控制的不稳定性。

Description

流体控制阀
技术领域
本发明涉及一种流体控制阀，其在轴方向上驱动容纳在筒形阀套中的阀芯并且控制液压流体的流入和流出。
背景技术
常规地，液压控制阀根据阀芯的移动调节工作流体(液压油)的压力是公知的。如图12所示，液压控制阀包括具有阀芯孔100的阀套110和阀芯120，所述阀芯***所述阀芯孔100中并且可相对于阀套110在阀套110的轴向方向上滑动。阀套110的轴向方向平行于如图12所示的阀关闭方向和阀打开方向。阀套110设置有包括入口端口130和出口端口140的多个液压端口。根据阀芯120的移动而允许或中断入口端口130与出口端口140之间的连通。
当阀芯120沿阀打开方向移动以打开入口端口130时，入口端口130的开口略微打开以使得入口端口130的开口量从零变为正值。在这种情况下，如图13所示，由实线表示的液压流体的流量和由虚线表示的液压流体在轴向方向上的流体力急剧增大。因此，产生液压流体的变动并且液压流体的控制变得不稳定。流体力是在阀芯120沿阀打开方向移动的情况下，干扰阀芯120的移动的液压流体的压力。
根据JP-60-125471A，起始于边缘部的缺口形状部或倾斜形状部设置在边缘部的整个周边上以抑制在入口端口130的开口略微打开的时间点液压流体的变动。边缘部是阀芯120的液压分隔部。
根据JP-2012-255508A，直台阶形状部设置在边缘部的正下游的位置处。
然而，当螺线管用作驱动阀芯120的致动器时，螺线管的控制行程被限制。换言之，柱塞的可移动范围(也就是阀芯120的行程范围)被限制。当缺口形状部、倾斜形状部或直台阶形状部设置在行程范围中时，由阀芯120打开的入口端口130的开口宽度不足。开口宽度称为全开行程。如图14所示，由于当入口端口130打开至全开行程时的液压流体的最大流量变得更小，所需要的流动性能劣化。能够通过增大螺线管的磁回路部的尺寸以增大控制行程使得全开行程变得更大。然而，在这种情况下，由于液压控制阀尺寸增大，可安装性劣化。
如图14所示的虚线，在超出缺口形状部、倾斜形状部或直台阶形状部的开口区域中，由于流入入口端口130的液压流体的喷射流沿朝向轴向方向的方向流动，流体力负面地影响液压控制阀的动作的稳定性。
发明内容
本发明鉴于上述问题而作出，并且本发明的目的是提出一种流体控制阀，其中能够抑制在入口端口略微打开的情况下产生的液压流体的变动并且能够在输入端口的开口区域成为全开行程的情况下得到所需的流动性能。
根据本发明的一方面，流体控制阀包括阀套和阀芯。阀套具有阀芯孔。阀芯***阀芯孔中并且可相对于阀套在阀套的轴向方向上滑动。所述阀套包括与所述阀芯孔连通的入口端口和出口端口。阀芯包括第一区域、第二区域和轴部。第一区域和第二区域可相对于阀套的内周面滑动。轴部在轴向方向上与第一区域和第二区域连接。入口端口具有在阀套的内周面处开口的入口开口。当第一区域根据阀芯的移动而打开入口开口时，允许入口端口与出口端口之间的连通状态。打开和关闭入口开口的第一区域的外周拐角称为边缘部。经由轴部在轴向方向上与第二区域相反的第一区域包括第一端，所述第一端具有从边缘部向第一区域的径向方向内部凹入的台阶差。所述台阶差具有与所述边缘部相反的端点。节流部从起始点在轴向方向上突出。节流部包括外周拐角，所述外周拐角具有在轴向方向上和在径向方向上突出的弯曲面。
根据上述构造，能够抑制在第一区域开始打开入口端口以使得入口端口略微打开的情况下液压流体的流量的迅速增大。当入口端口略微打开时，由于喷射流以基本上为直角碰撞节流部的弯曲面，喷射流的能量变得更小。而且，由于在节流部的弯曲面与入口端口之间在径向方向上开口的开口区域，能够抑制液压流体的流量的迅速增大。然后，喷射流的流速变得更缓慢。由于喷射流在沿着节流部的弯曲面的方向上向内流动，在轴向方向上产生的流体力减小。因此，抑制产生液压流体的变动并且提高液压流体控制的稳定性。
由于节流部包括外周拐角，所述外周拐角具有在轴向方向上和在径向方向上突出的弯曲面，入口端口与弯曲面之间的间隙根据入口端口的开口区域的增大而增大。换言之，在入口端口略微打开的情况下，节流部相对于流量的节流效应根据入口端口的开口区域增大而减小。因此，当入口端口的开口区域成为全开行程时，能够确保所需要的最大流量性能而不减小液压流体的流量。换言之，由于即使节流部设置在第一区域的第一端上，在入口端口的开口区域成为全开行程的情况下，液压流体的流量不减小，因此不必增大阀芯的行程范围以确保所需要的最大流量性能。
即使当液压流体的流量较大时，由于喷射流在沿着弯曲面的方向上向内流动，在轴向方向上产生的流体力减小。因此，能够减小抵消流体力的控制驱动力并且能够使得流体控制阀小型化。
附图说明
从下面的参考附图作出的详细说明，本发明的上述和其他目的、特征和优点将变得更加明显。在附图中：
图1是示出根据本发明第一实施例的液压控制阀的截面图；
图2是示出图1的区域II的放大图；
图3是示出略微打开的液压控制阀的一部分的截面图；
图4是示出图3的区域IV的放大图；
图5是示出在液压控制阀处于全开行程的情况下，液压控制阀的一部分的截面图；
图6是示出液压控制阀的流动特征的图；
图7是示出根据本发明第二实施例的液压控制阀的一部分的放大图；
图8是示出表示液压流体喷射方向的流速矢量的图；
图9是示出图8的区域IX的放大图；
图10是示出根据本发明第三实施例的液压控制阀的示例的一部分的放大图；
图11是根据第三实施例液压控制阀的另一示例的一部分的放大图；
图12是示出根据常规技术的液压控制阀的一部分的放大图；
图13是示出根据常规技术的液压控制阀的流动特征的图；和
图14是示出在抑制由于略微开口导致的变动的情况下，根据常规技术的液压控制阀的流动特征的图。
具体实施方式
将在下文中参考附图描述本发明的各个实施例。在各个实施例中，对应于前述实施例所描述的物体的部分可以被指定相同的附图标记并且可以省却对于所述部分的冗余说明。当在实施例中仅仅描述构造的一部分时，另一前述实施例可以适用于所述构造的其他部分。即使没有明确描述各个部分可以被组合，所述部分也可以被组合。只要组合没有损害，即使没有明确描述各个实施例能够被组合，所述各个实施例可以部分地组合。
在下文中，将详细描述本发明的实施例。
(第一实施例)
根据本发明的第一实施例，将描述用作液压控制阀的流体控制阀。
如图1所示，液压控制阀1设置在安装到汽车的自动变速装置的液压回路中并且所述液压控制阀1包括滑阀2和螺线管3。
滑阀2包括阀套4、阀芯5和弹簧6。阀套4具有阀芯孔4a。阀芯5***阀芯孔4a中并且可相对于阀套4在阀套4的纵向方向上滑动。弹簧6沿阀打开方向偏压阀芯5。在下文中，阀套4的纵向方向称为轴向方向。
阀套4是管状的并且阀芯孔4a的两端开口。阀套4设置有在阀套4的径向方向上穿过阀套4的壁的多个液压端口7、8和9。液压端口7、8和9与阀芯孔4a连通。此外，阀套4的径向方向以直角与轴向方向交叉。液压端口7、8和9包括入口端口7、出口端口8和排出端口9。入口端口7与液压供应装置(诸如液压泵)连接。出口端口8与接收液压流体的被供应液压元件连接。排出端口9将液压流体排出到包括油盘的低压区域。根据第一实施例，出口端口8在阀套4的轴向方向上设置在入口端口7与排出端口9之间的位置处。
阀套4在轴向方向上的第一端与塞10旋拧。换言之，塞10覆盖阀芯孔4a在轴向方向上的开口。弹簧6设置在塞10与阀芯5之间的位置处。能够根据塞10相对于阀套4的旋拧量调节弹簧6的负载。
阀芯5包括第一区域11、第二区域12和轴部13。第一区域11和第二区域12可相对于阀套4的内周面滑动。轴部13在轴向方向上与第一区域11和第二区域12连接。
第一区域11设置在在轴向方向上比轴部13更远离塞10的位置处。第一区域11能够打开和关闭在阀套4的内周面处开口的入口端口7的入口开口7a。当第一区域11打开入口开口7a时，阀芯5沿阀打开方向移动。当第一区域11关闭入口开口7a时，阀芯5沿阀关闭方向移动。
第二区域12设置在在轴向方向上比轴部13更靠近塞10的位置处。第二区域12能够打开和关闭在阀套4的内周面处开口的排出端口9的排出开口9a。
轴部13具有小于第一区域11的外直径和第二区域12的外直径的直径。阀套4的内周面和轴部13的外周面限定一空间，所述空间是环形形状。在这种情况下，所述空间被称为油压切换室。此外，在阀套4的内周面处开口的出口端口8的出口开口8a始终与油压切换室14连通。
螺线管3在轴向方向上设置在与阀套4的第二端相邻的位置处。换言之，螺线管3设置在在轴向方向上比阀套4更远离塞10的位置处。当内部线圈(未示出)通电时，螺线管3用作电磁体并且柱塞15由电磁体吸引并且沿阀打开方向移动。在这种情况下，由弹簧6偏压的阀芯5沿阀打开方向移动。而且，由于第一区域11打开入口开口7a，入口端口7与出口端口8经由二者之间的油压切换室14而连通。换言之，允许入口端口7与出口端口8之间的连通状态。而且，由于第二区域12关闭排出开口9a，中断出口端口8与排出端口9之间的连通状态。
当内部线圈断电时，柱塞15由复位弹簧(未示出)偏压并且沿阀关闭方向移动。在这种情况下，阀芯5通过抵消弹簧6的偏压力而沿阀关闭方向移动。而且，由于第一区域11关闭入口开口7a，入口端口7与出口端口8之间的连通状态被中断。而且，由于第二区域12打开排出端口9a，出口端口8与排出端口9经由二者之间的油压切换室14而连通。换言之，允许出口端口8与排出端口9之间的连通状态。
当阀芯5沿阀打开方向移动以开始打开入口开口7a时的第一区域11的外周拐角称为边缘部e。边缘部e是直角。第一区域11在轴向方向上的第一端包括节流部16，所述节流部16具有从边缘部e向第一区域11的径向方向内凹入的台阶差r1。节流部16在轴向方向上从第一区域11的第一端的起始点s1突出。起始点s1是台阶差r1的与边缘部e相反的端点。节流部16的外周拐角具有在轴向方向上和在径向方向上突出的弯曲面。弯曲面可以是具有恒定曲率的圆角弯曲面。可替代地，弯曲面的曲率从一端到另一端逐渐变化。在下文中，弯曲面称为突起圆角部(Pr)。
优选台阶差r1的尺寸设置为大于设置在液压回路中的过滤器的网眼的尺寸的值以防止在边缘部e关闭入口开口7a的情况下进入外来物质。例如，台阶差的尺寸可以设置为大于0.1mm。而且，优选台阶差r1的尺寸的上限设置为不多于全开行程Lmax的60％的值。全开行程Lmax是完全打开的行程。换言之，在这种情况下，入口端口7完全打开以处于全开行程Lmax。
全开行程Lmax根据设置在螺线管3中的柱塞15的可移动范围Ps确定。也就是，在全开行程Lmax中，第一区域11的边缘部e是入口开口7a在轴向方向上的开口尺寸。
优选节流部16的突出尺寸Y1设置为全开行程Lmax的两倍大或更小。突出尺寸Y1是节流部16的高度。优选节流部16的高度Y1的下限设置为超过全开行程Lmax的10％的值以抑制在边缘部e开始略微打开入口开口7a的时间点(ts)液压流体的流量的迅速增大。
根据第一实施例，由于第一区域11的第一端在轴向方向上设置有节流部16，能够抑制在第一区域11的边缘部e开始略微打开入口开口7a的时间点液压流体的流量的迅速增大。在边缘部e开始略微打开入口开口7a的时间点，节流部16的高度Y1小于打开行程L的尺寸。打开行程L是入口开口7a在轴向方向上的开口尺寸。换言之，如图4所示，打开行程L是阀套4的拐角c与第一区域11的边缘部e之间的距离。拐角c限定入口开口7a的在轴向方向上的第一开口端。阀套4的拐角c与边缘部e之间在轴向方向上开口的开口区域称为第一门。
如图4所示，在边缘部e开始略微打开入口开口7a的时间点，产生由箭头A表示的朝向第一门流动的液压流体流。当流A流经第一门时，流A成为具有高流速的喷射流。然而，由于喷射流以基本直角碰撞突起圆角部，喷射流的能量降低。如图4所示的箭头B，喷射流在碰撞突起圆角部之后流经第二门。在这种情况下，第二门是阀套4的拐角c与突起圆角部之间在径向方向上开口的开口区域。然而，如图6所示，由于第二门在径向方向上的尺寸较小，能够抑制在边缘部e开始略微打开入口开口7a的时间点处液压流体的流量的迅速增大。
然后，由于喷射流在如箭头C所示的沿着突起圆角部的表面的方向上向内流动，喷射流在轴向方向上的流体力降低。
由于节流部16的突起圆角部具有在轴向方向上和在径向方向上突出的弯曲面，在边缘部e开始略微打开入口开口7a的时间点，第二门的尺寸根据开口行程L的增大而增大。因此，流体的流量相对于开口行程L的增大基本上线性地增大。
如图5所示，在边缘部e开始略微打开入口开口7a的时间点之后，当第一门的尺寸超过全开行程Lmax时，由于节流部16沿阀打开方向移动到与阀套4的拐角c分离的位置，流动不由第二门节流。如图6所示的实线，由于第一区域11的第一端在轴向方向上设置有节流部16，当开口行程L变为全开行程Lmax时的最大流量不减小。而且，如图6所示的虚线D1，能够减小在轴向方向上的流体力。
如上所述，根据第一实施例，液压控制阀1能够抑制在边缘部e开始略微打开入口开口7a的时间点液压流体的流量并且能够抑制流体力在轴向方向上迅速增大。而且，在液压流体的量相等的情况下，根据第一实施例的流体力相对小于根据JP-60-125471A和JP-2012-255508A的流体力。
因此，抑制产生液压流体的变动并且提高液压流体的控制的稳定性。由于在开口行程L变为全开行程Lmax的情况下液压流体不由节流部16节流，能够确保所需要的流动性能。因此，不必增大螺线管的磁回路的尺寸以增大控制行程。因此，能够使得液压控制阀1小型化。
如图6所示，由于提高相对于开口行程的液压流体的流量的线性度和在轴向方向上的流体力的线性度，能够得到相对于螺线管3的通电量线性的流动特征，并且提高可销售性。
在下文中将描述根据本发明的其他实施例。
与第一实施例基本上相同的部分和部件通过相同的附图标记表示并且将不再重复相同的描述。
(第二实施例)
根据本发明的第二实施例，如图7所示，狭窄部17形成在轴部13的连接到第一区域11的第二端的整个周边上。
狭窄部17在沿着节流部16的端面的方向上向内凹入。节流部16的端面以直角与轴部13的轴向方向交叉。狭窄部17包括深度减小区域17a，深度减小区域17a具有从具有最大深度的位置朝向轴部13在轴向方向上的第一端减小的深度。深度减小区域17a具有朝向在阀套4的内周面处开口的出口开口8a弯曲或倾斜的表面。
由于狭窄部17形成在轴部13的整个周边上，在边缘部e开始略微打开入口开口7a的时间点，流经第一门的液压流体流入狭窄部17中。因此，按压力Fi在径向方向上向内施加到轴部13。如图7所示的虚线，流入狭窄部17中的液压流体成为在沿着深度减小区域17a的表面的方向上朝向出口开口8a流动的喷射流。
图8是示出表示根据计算机辅助工程(CAE)液压流体的模拟结果的流速矢量。在流经第一门的液压流体流入狭窄部17之后，液压流体成为在沿着深度减小区域17a的表面的方向上朝向出口端口8的出口开口8a流动的喷射流。
如图9所示，流经第一门的液压流体成为在沿着突起圆角部的表面的方向上向内流动的喷射流，并且然后在沿着狭窄部17的表面的方向上流动。也就是，在轴向方向上流动的喷射流减少。由于施加到深度减小区域17a的表面的压力根据在沿着深度减小区域17a的表面的方向上流动的喷射流的高流速而减小，产生第一抵消力F1以抵消在轴向方向上的流体力。根据第二实施例，如图6所示的虚线D2，该流体力小于根据第一实施例的如虚线D1的流体力。
(第三实施例)
根据本发明的第三实施例，如图10所示，起始点s2从突起圆角部在径向方向上向内建立在节流部16的表面上。节流部16包括从起始点s2在轴向方向上向内凹入的凹部18。换言之，凹部18从起始点s2沿阀打开方向凹入。
根据第三实施例，如图10所示的实线，流经第一门的液压流体成为在沿着突起圆角部的表面的方向上向内流动的喷射流，并且所述喷射流与狭窄部17的表面碰撞。由于喷射流与狭窄部17的表面之间碰撞的能量在轴向方向上施加到凹部18的壁面以增大施加到凹部18的壁面的压力，产生第二抵消力F2以抵消在轴向方向上的流体力。
根据第三实施例，如图6所示的虚线，由于除第一抵消力F1以外产生第二抵消力F2，流体力小于根据第二实施例的流体力。
如图10所示，起始点s2从突起圆角部的端点z在径向方向上向内建立在节流部16的表面上。在这种情况下，凹部18从起始点s2在轴向方向上向内凹入以具有倾斜形状。可替代地，如图11所示，起始点s2从突起圆角部的端点z在径向方向上向内建立在节流部16的表面上。在这种情况下，凹部18从起始点s2在轴向方向上向内凹入以具有凹入形状。轴向方向平行于轴部13的轴向中心。
如图10和图11所示，起始点s2从突起圆角部的端点z在径向方向上向内被建立在节流部16的表面上。然而，突起圆角部的端点z可以设置为凹部18的起始点s2。可替代地，突起圆角部的另一点可以设置为凹部18的起始点s2。突起圆角部的端点z的切线的方向以直角与阀芯5的轴向中心交叉。
(其他实施例)
根据第三实施例，凹部18基于第二实施例的构造设置。然而，第三实施例可以适用于第一实施例的构造，其中狭窄部17不设置在轴部13上。
根据第一实施例，液压控制阀1使用螺线管3作为用来驱动阀芯5的驱动动力源。然而，液压控制阀1可以使用利用油压的另一驱动动力源代替螺线管3。
本发明不局限于第一实施例1的液压控制阀1。例如，本发明可以适用于流动控制阀或流动通道切换控制阀。
尽管已经参考各个实施例描述本发明，需要理解的是，本发明不局限于各个实施例和构造。本发明旨在覆盖各种变体和等同布置。此外，尽管优选的各种组合和构造，包括更多、更少或仅仅单个元件的其他组合和构造也在本发明的精神和范围内。

Claims (3)

1.一种流体控制阀，其包括：
限定阀芯孔(4a)的阀套(4)；和
阀芯(5)，所述阀芯***所述阀芯孔(4a)中并且能够相对于所述阀套(4)在所述阀套(4)的轴向方向上滑动，其中
所述阀套(4)包括与所述阀芯孔(4a)连通的入口端口(7)和出口端口(8)，
所述阀芯(5)包括第一区域(11)、第二区域(12)和轴部(13)，
所述第一区域(11)和所述第二区域(12)能够相对于所述阀套(4)的内周面滑动，
所述轴部(13)在轴向方向上与所述第一区域(11)和所述第二区域(12)连接，
所述入口端口(7)具有在所述阀套(4)的所述内周面处开口的入口开口(7a)，
当所述第一区域(11)根据所述阀芯(5)的移动打开所述入口开口(7a)时，允许所述入口端口(7)和所述出口端口(8)之间的连通状态，
打开和关闭所述入口开口(7a)的所述第一区域(11)的外周拐角称为边缘部(e)，
经由所述轴部(13)在轴向方向上与所述第二区域(12)相反的所述第一区域(11)包括第一端，所述第一端具有从所述边缘部(e)向所述第一区域(11)的径向方向内部凹入的台阶差(r1)，所述台阶差(r1)具有与所述边缘部(e)相反的端点(s1)，
节流部(16)从所述起始点(s1)在轴向方向上突出，和
所述节流部(16)包括外周拐角，所述外周拐角具有在轴向方向上和在径向方向上突出的弯曲面。
2.根据权利要求1所述的流体控制阀，其中
所述阀芯(5)还包括狭窄部(17)，其设置在所述轴部(13)的连接到所述第一区域(11)的第二端的整个周边上，
所述狭窄部(17)包括深度减小区域(17a)，其具有从具有最大深度的位置朝向所述轴部(13)在轴向方向上的第一端减小的深度，
所述出口端口(8)具有在所述阀套(4)的内周面处开口的出口开口(8a)，和
所述深度减小区域(17a)具有朝向所述出口开口(8a)弯曲或倾斜的表面。
3.根据权利要求1或2所述的流体控制阀，其中
所述节流部(16)具有从所述外周拐角向内设置在所述节流部(16)的表面上的起始点(s2)，和
所述节流部(16)包括从所述起始点(s2)在轴向方向上向内凹入的凹部(18)。
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