CN106104126A - 双/可变增益油泵控制阀 - Google Patents

双/可变增益油泵控制阀 Download PDF

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Abstract

公开了一种用于控制变量泵的螺线管流体控制阀。所述螺线管流体控制阀包括固定的螺线管元件(702)、可移动的电枢元件(710)、固定的喷嘴体(722)、在所述喷嘴体中的可移动的线轴(720)以及阀元件(714)。所述阀元件调节在第一和第二反馈腔体(746，748)中的流体压力。流体在所述第二反馈腔体中建立第二反馈压力，所述第二反馈压力将沿第一轴向方向的反馈动力作用于所述可移动的线轴。所述可移动的线轴响应于所述反馈动力沿所述第一轴向方向移动。

Description

双/可变增益油泵控制阀
技术领域
本发明涉及电磁螺线管致动器，所述电磁螺线管致动器具有驱动流体控制元件的电枢机构。
背景技术
直接作用的螺线致动器经常被用于在各种***中控制流体压力，包括车辆中的离合机构和其它装置。直接作用的电磁致动器采用驱动流体控制元件的电枢机构，例如在各种液压控制应用中的线轴(spool)、弹簧偏置四通比例流量控制阀、提升阀等。典型地，为达到该目的，所述电枢连接至并驱动与所述流体控制元件接合的推杆。
所述流体控制元件可包括由阀体围绕的线轴，所述线轴可连接至所述推杆，使得所述电枢的任何移动导致所述线轴移动。所述线轴的位置和所产生的流体压力直接取决于所述电枢的位置。因此，线圈必须产生足够强的电磁场以在任何压力状况下移动所述线轴。为达到该目的，所述线圈可能需要很多环，使得规定装置的尺寸并且需要大量的铜线。
发明内容
公开了一种用于控制变量泵的螺线管流体控制阀。螺线管流体控制阀包括固定的螺线管元件、可移动的电枢元件、固定的喷嘴体、在所述喷嘴体中的可移动的线轴以及阀元件。所述阀元件调节在第一和第二反馈腔体中的流体压力。流体在第二反馈腔体中建立第二反馈压力，所述第二反馈压力将沿第一轴向方向的反馈动力(motive feedback force)作用于所述可移动的线轴。所述可移动的线轴响应于所述反馈动力沿所述第一轴向方向移动。
附图说明
图1显示了直接作用的螺线管流体控制阀；
图2显示了处于断电状态的双增益螺线管流体控制阀；
图3显示了处于通电状态的双增益螺线管流体控制阀；
图4显示了图3中的双增益螺线管流体控制阀的横截面；
图5显示了外部反馈腔体中的流体的排出路径；
图6显示了图5中的双增益螺线管流体控制阀的横截面中排出路径的延续；
图7显示了第二实施例中处于断电状态的双增益螺线管流体控制阀；以及
图8显示了第二实施例中处于通电状态的双增益螺线管流体控制阀。
具体实施方式
图1中显示了一种直接作用的螺线管流体控制阀。所述直接作用的螺线管流体控制阀100包括壳体102，所述壳体102容纳有线筒104和线圈106，所述线圈106缠绕在所述线筒104上并连接到电气端子108上。电枢110响应流过所述线圈106的电流而移动。所述电枢110的直径减小端固定到线轴112的邻近端。喷嘴体114包括供应端口116、控制端口118和排出端口120。所述线轴112响应所述电枢110的移动而移动以在所述控制端口118调节压力或流量。所述线轴112被弹簧机构122偏置，并且由此所述电枢110也被弹簧机构122偏置。
对于初始的高压力螺线管流体控制阀，所述控制端口118与所述供应端口116连通，如图1所示。向所述线圈106提供电力使得电枢110向所述弹簧机构122的方向移动，推移线轴112并将控制端口118连接至所述排出端口120，由此减少了在所述控制端口的压力。因此在所述控制端口118的压力直接取决于所述线轴112的位置以及所述电枢110的位置。由流过线圈106的电流所产生的施加在电枢110上的力必须足够强，以推移所述线轴并压缩所述弹簧机构122。对于大的线轴，需要很多匝数的线圈106，这使得装置的尺寸、重量和成本增大。
图2显示了一种双增益螺线管流体控制阀。该双增益螺线管流体控制阀200包括壳体202，所述壳体202中容纳有线筒204和线圈206，所述线圈206缠绕在所述线筒204上且连接到电气端子208上。电枢210响应流过所述线圈206的电流而移动。所述电枢可固定到致动器销212上。
阀元件214位于活塞216中，并当线圈206处于断电状态(如图2所示的状态)时密封活塞216中的开口218。线轴220的端部安装在所述活塞216的与所述开口218相对的端部。喷嘴体222围绕所述线轴220和所述活塞216。喷嘴体222包括供应端口224、控制端口232和排出端口238。所述供应端口224在O形密封圈226和228之间被限定并由过滤器230保护；所述控制端口232在O形密封圈228和234之间被限定并由过滤器236保护。所述线轴220移动以调节在所述控制端口232的压力。校准帽240安装在喷嘴体222的与所述电枢210相对的端部，所述校准帽240可被压紧或放松以改变弹簧机构242施加在线轴220上的力。
在本发明的一个实施方式中，线轴220包括将所述供应端口224连接到活塞腔248的径向线轴孔244和纵向线轴孔246。在所述纵向线轴孔246和所述活塞腔248中的组合空间在此作为内部反馈腔体246、248。当所述线圈206处于断电状态时，从所述供应端口224流出的流体填充在所述内部反馈腔体246，248中，对线轴220施加第一反馈力以平衡弹簧机构242的力，该第一反馈力取决于供应压力和所述内部反馈腔体246，248的轴向流体压缩面积。在所述断电状态，供应端口224与控制端口232连通，如图2所示。
图3显示了在通电状态的螺线管流体控制阀300，其中，图3中类似的标号对应于如图2中类似的部件。当线圈306通电时，电枢310和推杆312轴向移动，从活塞316中的开口318处推移阀元件314。在内部反馈腔体346，348中的流体流经开口318并进入外部反馈腔体350。因为外部反馈腔体350大大增加了流体所作用的除内部反馈面积346、348之外的接触面积，使得现在所述流体对线轴320施加了更大的力，该力现在超过弹簧机构342的相对力，所述线轴320朝向弹簧机构342的方向移动至图3所示的位置。在这种状态下，控制端口332与排出端口338连通，减少了控制端口的压力(即，控制压力)。
图4显示了双增益螺线管流体控制阀的横截面视图。该视图是从图3中的虚线352处剖切获取的，但阀元件314未显示。参考图4，喷嘴体400围绕圆柱形活塞壁402，该圆柱形活塞壁402固定至矩形活塞基座404。在活塞基座404中的孔406足够宽以当推杆408延伸穿过孔406时允许流体流出内部反馈面积。所述流体在活塞基座404下方经过并穿过在矩形活塞基座404和圆柱形喷嘴体400之间的开口410，进入所述外部反馈腔体。
现在参阅图5，当线圈500回到断电状态，在内部反馈腔体516和外部反馈腔体506中的流体对电枢502和阀元件504施加力，使得他们回到初始位置。来自外部反馈腔体506的流体从排出端口(未显示)流出。流体路径如箭头所指示。所述流体在圆柱形喷嘴体508和矩形活塞座510之间流过，然后经过活塞座510下方并穿过垫圈512中的孔。
图6显示了螺线管流体控制阀从图5中的虚线514截取的横截面视图。如图6中箭头所示，流体从内部流至所述垫圈和所述线筒之间的外部区域并从排出端口600流出。流体从外部反馈腔体流出减少了该区域的压力，允许所述线轴返回初始位置。
回到图3，双增益螺线管流体控制阀300与图1中的直接作用的螺线管流体控制阀相比，需要来自线圈306的力较少。该来自线圈306的力仅需要从活塞316中开口318处推移阀元件314。一旦所述阀元件314被推移，内部反馈腔体346，348和外部反馈腔体350中的流体提供推移所述线轴220并压缩弹簧机构242的力。
与此相比，来自图1中直接作用的螺线管流体控制阀100中线圈106的力必须足以推移整个线轴112并压缩弹簧机构122。该较大的力需要具有较多匝数的线圈106，导致装置的体积更大，更昂贵。所述双增益螺线管流体控制阀使用内部和外部反馈腔体中的流体压力来移动线轴，由此需要较少匝数的线圈，且由此减少了装置的体积和成本。
双增益螺线管流体控制阀具有的另外的优点是增加了对污染物的鲁棒性(robustness)。污染物可大大地影响螺线管流体控制阀的性能，因为流过所述阀的流体中的小的污染物可滞留在运动元件和静止元件之间，妨碍电枢和线轴的顺滑运动。该妨碍可对给定的指令电流的各种响应造成迟滞。因此，污染物的存在可快速降低螺线管流体控制阀的性能和可靠性。
双增益螺线管流体控制阀的第一和第二反馈腔体允许流体经过装置中的宽的通道。所述流体可携带污染物，但宽的腔体允许所述阀运行而不会被所述污染物抑制。该增加的鲁棒性提升了装置的可靠性，以允许为所产生的控制压力建立关于线圈中电流的查找表。因为污染物产生的磨损较少，也可增加装置的寿命。
然而双增益螺线管流体控制阀可被用作控制压力的开/关转换开关，脉宽调制(PWM)信号可被用于提供变化的控制压力。弹簧帽可被压紧或放松以调节在通电状态和断电状态的线轴的位置。一旦这两个位置被确定，PWM信号的工作周期可确定所述螺线管在每个状态的时间，由此产生可变的控制压力。
双增益螺线管流体控制阀的另一个实施例如图7和图8所示，其中，图中与图2和图3中指示的类似的元件具有类似的编号。参阅图7，双增益螺线管控制阀700处于断电状态。在该实施例中，径向线轴孔744被移至线轴720的锥形区域。在断电状态，径向线轴孔744与供应端口724和控制端口732连通。
参阅图8，当线圈806通电时，来自内部反馈腔体846、848和外部反馈腔体850的双反馈推动线轴移动，使得径向线轴孔844与供应端口832和排出端口838连通。但是，与双增益螺线管流体控制阀的第一实施例中类似，校准帽840可被压紧或放松以调节弹簧机构842施加在线轴820上的力，当线圈806处于断电状态或通电状态时，该力反过来确定线轴820的位置。因此，在所述断电状态和通电状态的所述线轴的位置可不准确地对应于图7和图8中的位置。
参阅图8，内部和外部反馈压力线轴依赖于供应压力和控制压力，而不仅仅取决于供应压力。而且，径向线轴孔844的移动允许装置配置为保持小的控制压力(即使当线圈806通电时)及控制压力在最低。具有非零最小控制压力使得所述阀较好地响应流过线圈的电流的变化。该改进的响应使得所述阀通过PWM信号较准确地控制。
双增益螺线管流体控制阀可被用于控制变量泵，其中，所述阀的控制压力调整流经所述泵的流体流量。所述泵需要所述阀对给定的指令电流的响应准确可靠，以便所述指令电流可关联于经过所述泵的流量。双增益螺线管流体控制阀提供可靠的控制压力，该控制压力对污染物具有鲁棒性且响应于指令电流中的小的变化。

Claims (20)

1.螺线管流体控制阀，包括：
固定的螺线管元件；
可移动的电枢元件；
固定的喷嘴体；
位于所述固定的喷嘴体中的可移动的线轴；以及
阀元件，所述阀元件用于调节第一反馈腔体和第二反馈腔体中的流体压力。
2.根据权利要求1所述的螺线管流体控制阀，其中，所述固定的螺线管元件包括活塞，且其中所述可移动的线轴的一端在所述活塞的内部区域中轴向移动。
3.根据权利要求2所述的螺线管流体控制阀，其中，在所述可移动的线轴中的孔与所述活塞的所述内部区域连通以形成所述第一反馈腔体。
4.根据权利要求2所述的螺线管流体控制阀，其中，在所述固定的喷嘴体的一端的内表面和所述活塞的外表面之间的径向空间包括所述第二反馈腔体。
5.根据权利要求1所述的螺线管流体控制阀，其中，所述固定的喷嘴体具有至少一个供应端口，且其中在所述可移动的线轴中的孔允许流体从所述至少一个供应端口流向所述第一反馈腔体。
6.根据权利要求5所述的螺线管流体控制阀，其中，在所述供应端口建立有压力，且其中所述第一反馈腔体和第二反馈腔体中的所述流体压力与在所述供应端口所建立的所述压力成比例。
7.根据权利要求1所述的螺线管流体控制阀，其中，所述第一反馈腔体中的流体建立有第一反馈压力。
8.根据权利要求7所述的螺线管流体控制阀，其中，所述第一反馈压力将沿第一轴线方向的反馈动力作用于所述可移动的线轴。
9.根据权利要求8所述的螺线管流体控制阀，其中，所述反馈动力与所述第一反馈腔体的轴向流体接触面积成比例。
10.根据权利要求9所述的螺线管流体控制阀，其中，所述螺线管流体控制阀还包括弹簧机构，其中所述弹簧机构将沿第二轴向方向的弹簧动力作用于所述可移动的线轴，且其中所述反馈动力基本平衡所述弹簧动力。
11.根据权利要求1所述的螺线管流体控制阀，其中，所述可移动的电枢元件移动所述阀元件以允许流体从所述第一反馈腔体向所述第二反馈腔体流动。
12.根据权利要求1所述的螺线管流体控制阀，其中，所述第二反馈腔体中的流体建立第二反馈压力。
13.根据权利要求12所述的螺线管流体控制阀，其中，所述第二反馈压力将沿第一轴线方向的反馈动力作用于所述可移动的线轴。
14.根据权利要求13所述的螺线管流体控制阀，其中，所述反馈动力与所述第二反馈腔体中的轴向流体接触面积成比例。
15.根据权利要求13所述的螺线管流体控制阀，其中，所述可移动的线轴响应于所述反馈动力在所述第一轴向方向移动。
16.根据权利要求15所述的螺线管流体控制阀，其中，所述固定的喷嘴体具有至少一个控制端口，其中在所述控制端口建立有控制压力，且其中所述可移动的线轴的移动导致所述控制压力的变化。
17.根据权利要求1所述的螺线管流体控制阀，其中，所述固定的喷嘴体具有至少一个控制端口，且其中在所述可移动的线轴中的孔允许流体从所述至少一个控制端口流向所述第一反馈腔体。
18.根据权利要求17所述的螺线管流体控制阀，其中，在所述控制端口建立有压力，且其中所述第一反馈腔体和所述第二反馈腔体中的所述流体压力与在所述控制端口建立的所述压力成比例。
19.根据权利要求18所述的螺线管流体控制阀，其中，排出通道允许流体从所述第二反馈腔体排出。
20.根据权利要求1所述的螺线管流体控制阀，其中，所述螺线管流体控制阀用于控制流经变量泵的流体。
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