CN100529429C - 液压传动系统及为此改进的控制阀组件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种控制阀组件，该组件用于其中泵-马达单元既可从传动轴系接收驱动力矩又可向其传递力矩的系统。该系统包括一高压蓄能器，并且控制阀组件设置在泵-马达单元和蓄能器之间，并包括一通常被控制腔中的压力偏压至关闭的状态阀，控制腔中的流体压力由响应一电信号的先导阀组件控制。与状态阀提动阀芯相连的阶跃节流孔阀在控制腔的压力高时提供进入控制腔的相对较大的节流孔，当在控制腔中的压力低时即当先导阀组件打开时，提供一进入控制腔的相对较小的节流孔。这样，在马达作用模式下，可形成从蓄能器到该单元的大流量流动，并且压降较低，同时提动阀芯能够具有较缓和和相对较长的打开时间，但是具有相对较快的关闭时间。

Description

液压传动系统及为此改进的控制阀组件
相关申请的交叉参照
本申请是2003年7月22日以Rodney V.Singh名义提出的名称为“液压传动系统及为此改进的过滤器辅助系统”的同时待决申请US10/624805的部分延续申请。
技术领域
本发明涉及包括泵-马达单元的类型的液压传动系统，该泵-马达单元在车辆运行循环的一个阶段中作为泵运行，而在车辆运行循环的另一阶段中作为马达运行。更具体地，本发明涉及用于控制泵-马达单元的运行“模式”，即该单元是在泵作用模式下还是在马达作用模式下运行的一种改进的控制阀组件(“状态”阀)。
背景技术
尽管本发明的状态控制阀组件可以用于不同类型的液压系统，包括在车辆运行循环的大部分阶段内有效地用作车辆主变速器的传动系统，但是本发明当用于包括部分车辆液压再生制动系统的液压传动系统时是尤其有利的，而且本发明将结合车辆液压再生制动系统进行说明。
在具有再生制动能力的车辆液压传动系统中，仅作为举例，假设车辆为后轮驱动型，主驱动力矩从发动机经过传统的机械变速器，然后通过传统的传动轴系传递到后驱动轮。在制动过程中(即，在“减速-加速”循环的制动阶段)，运动车辆的动能由被控制以泵作用模式运行的静液力泵-马达单元转换，并且该泵-马达单元充注(加压)一高压蓄能器。当车辆随后被加速时，所述静液力泵-马达单元被控制以其马达作用模式运行，并且储存在高压蓄能器中的高压被传送到该泵-马达单元。然后，由该泵-马达单元产生的合成输出力矩传递到车辆传动轴系，以有助于推进车辆，因而术语“液压助推(hydraulic assist)”有时用在这种系统中。
本领域的技术人员将理解，因为在车辆上提供再生制动系统的主要原因是改进车辆的总燃料效率，所以液压传动系统尽可能高效地运行是很重要的。特别是，状态控制阀组件(如前所述，其控制泵-马达单元是在泵作用模式下运行还是在马达作用模式下运行)不构成液压效率低的主要原因是很重要的。例如，在当泵-马达单元处于零位移且与传动轴系脱开的很长的时间阶段内，对系统总效率而言，具有从状态阀组件流到系统油箱的受压流体的连续的先导流(pilot flow)、液压功率，但是在该时间阶段没有实现有用的功能是不可接受的。
然而，对系统总性能而言，尤其是对“响应性”(运行速度)而言，状态控制阀的打开和关闭功能(在其运行状态必须改变时)要求系统等待某种先导信号以在阀腔中建立足够的压力以便能够使状态阀主阀芯在阀的打开和关闭位置之间移动，也是不可接受的。
同样，因为本发明的液压传动系统至少在短时间段内用作车辆的主传动，所以该控制阀组件必须能够控制相对较大流量的流动，但是，大计量流动通常意味着通过特定阀芯会有大的压降，而且如前所述，对系统效率而言，在系统中这样大的压降将使得整个系统不可接受。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种用于液压系统的改进的控制阀组件，其中该控制阀组件能够在非常快的响应时间内控制相对大的流量，但通过该控制阀组件的压降非常小，是非常低速的静流(quiescent flows)。
本发明的一个更为具体的目的是提供这样一种用作状态控制阀的改进的控制阀组件，其能够控制在高压蓄能器和泵-马达单元之间的任一方向的流动。
本发明的上述和其它目的通过提供一种用于液压系统中的改进的控制阀组件实现，该液压系统适于用在具有可操作以传递驱动力矩到驱动轴的传动轴系的车辆上。该液压系统包括可在泵作用模式下运行以接收来自传动轴系的驱动力矩并且可在马达作用模式下运行以传递驱动力矩到传动轴系的泵-马达单元。一高压蓄能器通过该控制阀组件与泵-马达单元的第一端口流体连通，由此当该泵-马达单元在泵作用模式下时，受压流体从第一端口传送到高压蓄能器。当该泵-马达单元在马达作用模式下时，受压流体从高压蓄能器传送到第一端口。该控制阀组件包括限定一提动阀座和一与蓄能器流体连通的端口的的阀体。
这种改进的控制阀组件的特征在于具有一个限定控制腔的主提动阀芯，在该控制腔中的流体压力朝该提动阀座偏压该主提动阀芯。无论在泵作用模式下还是在马达作用模式下，在该高压蓄能器和该泵-马达单元的第一端口之间的基本上所有的流动均流过该主提动阀芯和该提动阀座。一先导阀组件具有打开和关闭状态，并且可响应一电输入信号而控制从该控制腔到低压源的流体传送。一阶跃节流孔(step-orifice)阀组件可操作以控制从该蓄能器经过由该阀体限定的端口到达该控制腔的流体传送，并且当在该控制腔中的流体压力相对高时该阶跃节流孔阀组件限定第一相对较大的节流孔，当在该控制腔中的流体压力相对低时该阶跃节流孔阀组件限定第二相对较小的节流孔，以向所述先导阀组件提供一相对小的流量。
附图说明
图1为本发明的液压传动系统和状态控制阀组件特别适合用于其中的类型的整个车辆传动系统的示意图；
图2为图1所示的液压传动系统的液压原理图，其中包括本发明的控制回路和状态控制阀组件；
图3为本发明的整个控制阀组件的轴向剖视图，其中状态阀的提动阀芯处于关闭位置；
图4为整体上在图3中示出的阶跃节流孔控制阀组件的放大的轴向剖视图；
图5为同样在图3中示出的电磁操作的状态先导阀组件的放大的轴向剖视图，在图5中该组件处于其通常的关闭位置；
图6为图5中所示的状态先导阀组件的一部分的进一步放大的局部轴向剖视图。
具体实施方式
现在参照并非旨在限制本发明的附图，图1示出本发明的液压传动系统特别适合用于其中的类型的车辆传动系统。示意性地示于图1中的车辆系统具有四个驱动轮W，尽管应当理解本发明并不限于具有四轮驱动(或甚至四个驱动轮)的车辆，而是还可以用于仅具有两轮驱动的车辆，在这种情况下，两驱动轮可以是后驱动轮或前驱动轮。与每一驱动轮W可操作地相连的是常规类型的轮闸B，轮闸B的细节并不构成本发明的一部分，因而下文中仅简单地提及轮闸B。优选地，轮闸B是本领域技术人员现在正变得熟悉且可商业获得的类型的整个EHB(电液制动)系统的一部分。
该车辆包括总的标记为11的包括车辆发动机13和变速器15的车辆传动系统。应当理解，发动机13和变速器15的特定类型以及它们的结构细节，以及传动系统的布置等，不构成本发明的部分，除非是在所附权利要求中被特别引用，因此在此不作进一步说明。
另外，本发明甚至并不特别限定与通常所认为的“发动机”一起使用，因此，应当理解，在本发明的范围内，提及“发动机”将指且包括任何类型的动力源或其它原动力。最后，尽管本发明的液压系统是结合车辆传动系统进行图示和说明的，但是本领域的技术人员应当理解，本发明可以有利地与下文中所示和所述的任何类型的液压系统一起使用，无论该系统是否是车辆的一部分。
从变速器15向后延伸的是总的标记为17的传动轴系。在本实施例中，仅作为举例，传动轴系17包括一前传动轴19、一中间传动轴(在此处不可见)、一后传动轴23、一轮间差速器25以及左右后半轴27和29。从随后对本说明书的阅读和理解，本领域的技术人员将理解，传动轴系17被图示和说明为主要包括轴19和23，这是为有助于理解整个车辆传动系统11，而不是作为限制。
仍主要参照图1，本实施例中的传动系统11还分别包括左、右前半轴31、33。除了已经说明的相当常用的“机械”元件，传动系统11还包括总的标记为35的液静力泵-马达单元，在该泵-马达单元35前面设置有阀组37。连接到阀组37前部的是一低压蓄能器39，而连接到阀组37后部的是一高压蓄能器41。然而，本领域的技术人员应当理解，该特定的布置可以颠倒或变成某种其它方式。还应当理解的是，阀组37(除了下文中所指出的程度)以及蓄能器39和41的特定设计和细节并不是本发明的主要特征，因此并非所有的结构细节都在本文中进行图示和说明。而是对其整体功能和运行结合图2的液压系统原理图作简要说明，因而仅达到将液压传动系统的几种运行模式作为背景及“环境”以解释本发明的状态控制阀组件所需要的程度。
现主要参照图2，应当理解的是，除了泵-马达单元35及两个蓄能器39和41，显示于液压原理图2中的任何其它元件都通常包括在阀组37中，或连接到阀组37。还应当理解的是，每当泵-马达单元35处于中间(零位移)状态(即每当车辆并不处于减速-加速循环中的情况下)时，在图2所示的液压系统中的泵-马达单元35和两个蓄能器39、41之间没有实际的流动。然而，该系统的技术领域的技术人员公知，由于对每个蓄能器39和41的预充注，甚至当泵-马达单元35处于其中间状态时系统都保持“受压”，随后将对预充注进行更加详细的说明。
包含在阀组37中的液压系统(如图2中所示)包括一总的标记为43且包含一状态控制阀45的控制阀组件。与状态控制阀45可操作地相连(结合在其中)的是一阶跃节流孔控制阀47和一电磁式状态先导阀49，该先导阀49的出口通过管路50与一低压源(例如油箱或仅是系统的低压侧)相通。随后将对阀43、45、47和49的功能和运行进行更详细地说明，特别是将结合对图3-6的说明并结合对本发明主要特征的说明。
泵-马达单元35为可变排量类型，因此，其包括某种排量改变装置，例如图2中所示类型的一对标记为51和53的液压伺服致动器(变量缸〔stroking cylinders〕)。伺服致动器51和53液压连接到典型的电动液压控制器55的出口。控制器55的功能是从管路57传送受压流体到伺服致动器51或53中的一个，以适于使旋转斜盘59获得需要的角度和位移，所有的这些对泵和马达领域尤其是轴向柱塞泵领域的技术人员来说通常是公知的。本发明涉及类型的液压传动系统领域的技术人员将理解，如典型的HST(静液力传动)系统一样，可以从泵-马达单元35的旋转斜盘59向控制器55进行机械反馈。然而，优选地在本实施例中向控制器55的反馈通过电子方式实现，包括甚至旋转斜盘59位置的显示也是如此。应当理解任何满足功能需要的类型的反馈都包含在本发明的范围内。
顺次设置在高压蓄能器41和电动液压控制器55之间的是一截止阀61，如图2所示该截止阀61优选地为电磁控制的提升阀。每当液压传动系统11运行时，截止阀61都是“打开的”(“ON”)，即，高压从高压蓄能器41自由地传送到控制器55。每当液压传动系统11“关闭”(“OFF”)时，截止阀61被弹簧偏压至图2所示的位置，在该位置截止阀61保持泵-马达单元35及控制器55与高压蓄能器41液力地“隔离”，从而当系统没有运行时，蓄能器41不会通过控制器55而“卸压降下(leak down)”。这里所谓传动系统被“关闭”(“OFF”)应被理解为是指且包括当车辆不处于减速-加速循环时的车辆运行循环的阶段以及车辆根本不运行(发动机处于“关闭”状态)的那些时间。
还主要参照图2，传动系统11包括总的标记为63的旁通阀组件，该旁通阀组件也可以称作“卸荷”阀或“倾泄”阀，这些术语在阀领域都是容易理解的。这样，每当发动机“关闭”(在管路57或在管路65中没有传动压力)时，旁通阀组件63将“卸荷”泵-马达单元35，因此不会有非预期的力矩传递到传动轴系17(参见图1)。确定一特定辅助系统例如旁通阀组件63的具体设计和运行被认为是在本领域技术人员的能力范围之内，旁通阀组件63的具体细节设置其存在都不构成本发明的主要部分。
液压传动系统11还包括一总的标记为69的安全阀，如图2所示该安全阀被弹簧偏压至关闭位置。安全阀69的进口与管路71相连通，管路71使安全阀69的进口、高压蓄能器41的端口以及状态控制阀45的进口相互连接。每当管路71中的压力超过预定最大值时，安全阀69被偏压(在图2中被“向下”移动)到允许从管路71到管路73(其可被认为是系统的“低压”侧，这一点随后将变得更明显)相连通的位置。最后，仍参照图2，液压传动系统11包括一总的标记为75的过滤器回路，随后将不会对其进行更详细地说明，但是在上面提到的专利申请US10/624805中有所说明。过滤器回路75通过管路77与低压蓄能器的端口连通。
仍主要参照图2，可以看到泵-马达单元35包括通过管路65连接到状态控制阀45的一端口(标记为A)。该泵-马达单元35还包括另一端口(标记为B)，该端口B通过管路67与过滤器回路75以及与回路73流体连通，以便管路50、67及73一起组成如前所述的系统的“低压”侧。从随后的说明中将看到，当泵-马达单元35在泵作用模式下时，端口A为受压出口(参见图2的泵符号中的箭头)，而当该单元35在马达作用模式下时，端口A为受压进口而端口B为排压出口。
液压传动系统11的总体运行将仅作为背景简要说明。如前面所述，当车辆既不减速也不加速时，泵-马达单元35通过离合器组件78(参见图1，其中离合器组件78可在泵-马达单元35和中间传动轴之间操作)而脱开(中间传动轴)。在这种泵-马达单元与中间传动轴脱开的情况下，图1中所示的整个车辆传动系统以和液压传动系统11不存在的相同方式运行。
当车辆驾驶员开始实施制动操作时，一个结果就是离合器组件78被致动，以使泵-马达单元35此时卡紧传动轴系17(即卡在中间传动轴上)，并将一个适当的指令信号提供给电动液压控制器55，使旋转斜盘59在一个方向上位移，以便传动轴系17的转动(同时车辆在向前的方向上移动)使得泵-马达单元35从端口A抽取受压流体到管路65中。如液压再生制动系统领域的技术人员现在所公知的，旋转斜盘59的位移(因而传动轴系17每次转动的流体输出量)通常与车辆驾驶员踩压刹车踏板的程度成比例。本领域的技术人员目前知道怎样设定与驾驶员施加的制动力矩或与刹车踏板的位移成比例的旋转斜盘59的位移，尽管选择用来设定旋转斜盘59的位移的特定装置或标准对本发明是不重要的。
当泵-马达单元35在泵作用模式下时，通过管路65传送的受压流体使状态控制阀45中的提动阀芯79脱离阀座，以使受压流体流入管路71，并从那里对高压蓄能器41加压。在本实施例中，仅作为举例，该高压蓄能器41为气体充注型。蓄能器41内必须保持一定液压，以使最少量的油液总是保留在高压蓄能器41中(从而在管路57和71两者中总是存在一预定的最小补油压力)。在典型的减速循环结束时，高压蓄能器41被充压至最大系统压力，通常约为5000磅/平方英寸(psi)，但是可能甚至更高。
在制动循环的减速阶段结束时，当车辆驾驶员松开刹车踏板并随后开始下压加速器时，一适当的信号被传递到电动液压控制器55，该信号指令泵-马达单元35从(如前所述的)泵作用模式转换到马达作用模式。在马达作用模式下，旋转斜盘59位于与当所述单元在泵作用模式下时其所处位置相对的倾斜位置(即，旋转斜盘59“越过中线”)。当泵-马达单元35在马达作用模式下时，旋转斜盘59发生位移，以便通过泵-马达单元35(从端口A到端口B)的流动将使泵-马达单元35传递力矩给传动轴系17，从而趋向于在与车辆已经开始的相同的向前运动相对应的方向上驱动传动轴系17。在本实施例中，仅作为举例，状态控制阀45构造成使得受压流体可以总是从管路65流向管路71(即泵作用模式)。但是，仅当状态先导阀49的电磁线圈接收到一适当的输入信号时，才会产生适当的先导信号81，该信号81辅助提动阀芯79打开，以允许来自蓄能器41的高压流体相对自由地流过管路71，然后流过管路65到达泵-马达单元35的端口A(在马达作用模式下为进口)。
现在主要参照图3并结合图2，对控制阀组件43进行更详细地说明。尽管不是本发明的一个主要特征，但是可以看到，图3所示的整个控制阀组件45包括一插装式阀(cartridge-style valve)，并且仅作为举例，图3所示的插装(式)阀以及包括控制阀组件43均设置在阀组37的壳体内。控制阀组件43的左端(参见图3)包括该状态控制阀45，该状态控制阀45包含在图2中(作为一球)示意性示出的提动阀芯79。与提动阀芯79可操作地相连的是也在图2中示意性示出的阶跃节流孔控制阀47。朝控制阀组件43的右端设置的是也在图2中示意性示出的电磁操作的状态先导阀49。
控制阀组件43包括大致为圆柱形的壳体或阀体83，该阀体83在其左端通过端口84与管路71形成开放的流体连通，管路71继而连接到高压蓄能器41的端口(参见图2)。阀体83限定多个径向延伸地端口85，而且状态控制阀45是经过端口85并经由管路65与泵-马达单元35的端口A流体连通的(参见图2)。阀体83限定一提动阀座87，如图3所示，提动阀芯79被一较轻的压缩弹簧88朝其关闭位置偏压在提动阀座87上。提动阀芯79(与阀体83和状态先导阀49相配合)限定一控制腔89，应当理解，根据本发明的一个方面，提动阀芯79主要通过控制腔89中的液压被液力地朝向图3中的关闭位置偏压，随后将对此进行更详细地说明。
现在主要参照图4，更详细地说明阶跃节流孔控制阀47。控制阀47包括阀体91，阀体91在标记为93处具有外螺纹，以便整个阶跃节流孔控制阀47可旋拧到在提动阀芯79内的图3所示的位置。阀体91限定一通过端口84与管路71形成开放连通的进95(在图4中的左端)。设置在阀体91的相对的轴向端的是具有外螺纹的接头(fitting)97，该接头97的功能是用作压缩弹簧部件99的座。
阀体91限定一轴向延伸的孔101以及两组径向延伸的端口103和105(端口105在图4中的一个不同平面上，因此以虚线示出)。从图3中可最清楚地看到，两组端口103和105(图3中未标出参考标记)都提供从孔101到控制腔89的流体连通。设置在孔101内的是一包括台肩(land)109的滑阀(valve spool)107，在图4中台肩109正好位于直径减小部分111的左侧，环绕该直径减小部分111设置有压缩弹簧部件99的一个主要部分。滑阀107限定一通过多个径向孔115与外部环形凹槽117成开放连通的中心孔113。在图4所示滑阀107的位置，中心孔113通过径向孔115及环形凹槽117与端口103形成开放的流体连通。中心孔113朝图4中的其右端具有一包括一个小孔119的直径减小部分，通过小孔119流体可从中心孔113传送到孔101内，但是传送到台肩109的右侧，其原因随后将进行说明。
现在主要参照图5，设置在阀体83的右端内的是状态先导阀49，并且一支承件121与阀体83的右端螺纹连接，以在阀体83和支承件121之间限定一环形流体腔123。环形流体腔123与多个径向延伸的流道125形成开放的流体连通，同时阀体83限定多个倾斜流道127，这些倾斜流道127也与环形流体腔123形成开放连通。倾斜流道127(直接或间接地)与管路50(参见图2)相连通，并因此与系统的低压侧连通，其原因在下文是显而易见的。
容纳在支承件121右端内的是一绕线管129，环绕该绕线管129设置有一电磁线圈131(仅上半部分示于图5中)，该线圈131通过在133处示意性示出的一对电引线接收适当的电输入信号。在下文中提及的对线圈131的电输入信号也使用参考标号“133”。绕线管129(在图5中)的右端适当地附装在用作压缩弹簧137的座的支承件135(在此仅局部地示出)上。在线圈131不被适当的信号133激励(“ON”)时，弹簧137朝衔铁部件139的左侧极限位置(图5中所示的位置)偏压衔铁部件139。
设置在支承件121的左端(在图5中)内的是限定多个轴向延伸的流道143的阀体141，这些流道143与控制腔89形成开放的流体连通。如前所述，主要是由通过提动阀芯79的液压差确定提动阀芯79的位置。流道143通向一环形腔145，而环形腔145的前端(图5中的左端)构成提动阀座147。从提动阀座147沿径向向内设置有一腔149，与腔149连通的是通向一环形腔153的多个径向延伸的流道151，该环形腔153围绕阀体141外侧设置。在图5和图6中可以看到，环形腔153与径向延伸的流道125形成开放连通，因此腔149与如前所述的系统的低压侧形成相对开放的流体连通。
设置在由阀体141限定的中心孔内的是一提动阀芯155，通常该提动阀芯155被偏压至抵靠提动阀座147的关闭位置，即图5和图6中所示的位置。设置在提动阀芯155中的是一阀芯顶杆(poppet plunger)157，该阀芯顶杆157通过使其右手端嵌于衔铁部件139中的配合开孔内而固定，从而该阀芯顶杆157与衔铁部件139一起轴向移动。提动阀芯155的前端(图5和图6中的左端)限定一个小的先导流开孔158(参考标号仅显示于图6中)，该先导流开孔158允许从环形腔145到沿径向设置在提动阀芯155的内部和阀芯顶杆157的直径减小部分之间的环行腔内进行流体传送。当适当的信号133传送到线圈131时，衔铁部件139克服弹簧137的力被吸至图5中的右端，从而阀芯顶杆157移动以打开轴向延伸的先导流道159(其优选地大于先导流开孔158)，从而使流体从提动阀芯155的内部流经先导流道159并流出前述路径而到达系统低压侧。一旦产生通过先导流道159的上述先导流，则提动阀芯155后面的“保持”压力就降到低压，从而使提动阀芯155移动到图5和图6中的右端，并开始从环形腔145经由提动阀座147而流出径向延伸的流道151到达系统低压侧的相对自由的流体传送。刚才所说明的流体传送造成控制腔89中的压力降至接近系统低压侧的压力。
现在稍微更详细地说明本发明的控制阀组件43的运行。每当液压传动系统11关闭(“OFF”)时，如前面参照图2所述，高压蓄能器41含有处于被称为“低压状态”(例如在约3000磅/平方英寸(psi)的压力下)的受压流体。在蓄能器41和截止阀61之间的管路57中具有相同的流体压力，同样在蓄能器41和状态控制阀45之间的管路71中也具有相同的流体压力。在关闭(OFF)或中间状态下，传送到电磁线圈131的信号133被“切断”，从而线圈131被去激励，因此状态先导阀49处于图5的关闭状态(并示意性地示于图2中)。当状态先导阀49阻断从控制腔89到系统低压侧的流通时，控制腔89中的压力基本等于管路71中的压力，从而滑阀107被偏压到图4中所示的最左端位置。在阶跃节流孔控制阀47的这一位置，控制腔89中的压力保持在基本等于流体管路71中的压力，这是因为这两处位置通过第一相对较大的节流孔(径向孔115的渐开区域)和通过第二相对较小的节流孔119而相互形成开放的流体连通。
从图3中可以最清楚地看到，当管路71和控制腔89中的流体压力大致相等时，由于在控制腔89中承受流体压力的总面积大于在管路71和端口84(即从提动阀座87沿径向向内的区域)中承受流体压力的总面积，所以提动阀芯79被偏压在提动阀座87上，从而保持在其关闭位置。这是本发明的一个重要方面。在关闭模式或在泵作用模式下，阶跃节流孔控制阀47确保控制腔89中的流体压力基本等于管路71中的流体压力的事实，是本发明的另一重要方面。
如果车辆驾驶员开始踩压刹车踏板，则一适当的信号从车辆微处理器发送到截止阀61的螺线管，使截止阀61在图2中向下移动并打开从高压蓄能器41到控制器55的流体连通。这使得旋转斜盘59被移动到一个适当的位置，以使泵-马达单元35开始从端口A通过管路65抽取流体。从图3中可以最清楚地看到，(作为制动操作的结果)由泵-马达单元35产生的压力作用在从提动阀座87径向向外设置的提动阀芯79的区域上，在图3中该区域被标记为“79P”。作用在区域79P上的泵压力克服趋向于将提动阀芯79保持在图3中的关闭位置的(前述的)净压力(net pressure)平衡。仅作为举例，在由本发明的受让人形成的该系统中，当端口85中的压力比管路71和控制腔89中的流体压力约大35磅/平方英寸(psi.)(弹簧88的当量力)时，提动阀芯79脱离阀座并移动到图3中的右端的打开位置。然而，应当理解，在泵作用模式下，提动阀芯79只是稍稍打开到足以充注高压蓄能器41。
这样，从泵-马达单元35的端口A抽吸的受压流体流过管路65，继而流过端口85(使提动阀芯部件79脱离阀座)并经过提动阀座87，然后向外通过端口84并通过管路71到达高压蓄能器41的端口，从而对蓄能器41充注。考虑到制动力(或行程)以及制动作用的持续期间，蓄能器41被充注的程度取决于不同的因素，例如车辆驾驶员的制动作用力和车辆的惯性。在由本发明的受让人形成的该系统中，仅作为举例，在制动作用过程中，蓄能器将从前面所述的约3000psi.的低压状态被加压至在该例中约5000psi.的“高”系统压力。
根据本发明的又一重要方面，提动阀芯79允许受压流体以刚才所述的方式从泵-马达单元35流动到高压蓄能器41，但是一旦制动作用停止，并且管路65中的流体压力降低，则在趋向于朝图3中所示的其关闭位置偏压提动阀芯79的控制腔89中的流体压力和弹簧88的力的作用下，提动阀芯79用作先导操作的“止回阀”。其后，提动阀芯79用作止回阀以阻断“反向”流动(即从管路71到管路65的流动)，因为在泵作用模式下状态控制阀45的运行过程中，阶跃节流孔控制阀47保持前述的且在图4中示出的“大节流孔”状态，即控制腔89中的压力保持与管路71和端口84中的压力基本相同。这样，弹簧88与(前面所述的)作用在提动阀芯79的不等面积上的液压平衡力的总作用力提供净偏压力以保持提动阀芯79关闭。
在减速-加速循环的减速(制动)阶段以后，当车辆驾驶员踩压油门以开始加速车辆时，车辆微处理器发送适当的信号到图2所示的整个控制系统的不同部分。第一，一个适当的信号被传送到电动液压控制器55，以便此时泵-马达单元35如前所述被驱动而“越过中线”，即，此时旋转斜盘59移动到一个倾斜角，该倾斜角与单元35处于泵作用模式下时旋转斜盘59所处角度相对。第二，一个适当的信号133被传送到电磁线圈131，从而如前所述抵抗弹簧137的力而使衔铁部件139退回。从而状态先导阀49打开从控制腔89到系统低压侧的流体连通，使控制腔89内的压力降至基本等于系统低压侧的压力。
当控制腔89中变为低压时，还有通过径向延伸的端口105被传送到孔101内的台肩109的右端的低压流体。结果，此时只有压缩弹簧部件99朝图4中的左端偏压滑阀107。同时，趋向于朝图4中的右端偏压滑阀107的是瞬间出现在高压蓄能器41内，以及出现在管路71内和端口84内、进口95和中心孔113内的整个系统压力。因此，趋向于朝其右端偏压滑阀107的更大的力克服弹簧99的力从图4所示的位置偏压滑阀107，直至环形凹槽117不再与端口103连通，即“相对较大”的节流孔此时关闭，而只有“相对较小”的节流孔119打开。换句话说，进入控制腔89中的仅有的液流是那些流过相对较小的节流孔119并继而通过端口105进入控制腔89中的液流。优选地，节流孔119的通流面积比通过状态先导阀49(如前面所述在提动阀芯155打开时)的有效通流面积小得多，由于通过小节流孔119流动，因此在控制腔89内不会形成很大的压力。
当控制阀组件43处于上述的状态时，包含在管路71中的高压将容易地并快速地克服控制腔89内的低压力加上弹簧88的力，并从图3中所示的通常的关闭位置向右偏压提动阀芯79，从而开始从管路71，经过端口84，然后流出端口85并通过管路65到达泵-马达单元35的端口A的基本自由的流体传送，此时端口A用作进口而单元35作为马达运行。然而，在泵作用模式下，如前面所述提动阀芯79只是稍稍打开，当单元35处于马达作用模式下时，提动阀芯79大大打开，而且通常提动阀芯79的右端将与支承件121的相邻表面接合。
这样，可以看到，使用本发明的控制阀组件43，当液压传动系统11在马达作用模式下运行时，状态控制阀45快速地提供从蓄能器41到泵-马达单元35的大流量流动，并且通过控制阀组件的压降非常小。仅作为举例，已经确定，在所形成的本发明的实施例中，当高压蓄能器41被充压至约5000psi时，状态控制阀45向泵-马达单元35传送约150gpm的流量，而通过状态控制阀45的压降约10psi。在马达作用模式下的运行过程中，本发明的另一重要方面是，被消耗的“非功能性”液压能仅仅是由小节流孔119的面积所确定的非常小的先导流。
本发明的阶跃节流孔装置的另外一个非常重要的方面是，当状态先导阀49的提动阀芯155关闭(信号133被“切断”)时，在控制腔89中形成的流体压力因滑阀107移动返回左端的图4中所示的位置而增加。滑阀107的这种运动在较有力的弹簧99的作用下产生，并使中心孔113、环形凹槽117及端口103从蓄能器41传送受压流体较为自由地流入控制腔89。压力迅速传送到控制腔89，使提动阀芯79返回其关闭位置(图3)，并截止从蓄能器41向单元35的端口A(进口端)的流动，这比如果没有阶跃节流孔控制阀47的情况快得多。
在上述说明书中已经对本发明进行了详细说明，应当认为，对于阅读并理解了本说明书的本领域技术人员来说，对本发明的不同的改变和修改是显而易见的。只要这些改变和修改包括在所附权利要求的范围之内，则就包括在本发明中。

Claims (7)

1.一种用于一液压系统(11)的控制阀组件(43)，该液压系统适于用在具有一可操作以传递驱动力矩到驱动轴(27、29)的传动轴系(17)的系统上，所述液压系统(11)包括一泵-马达单元(35)，该泵-马达单元可在泵作用模式下运行以接收来自所述传动轴系(17)的驱动力矩，并且可在马达作用模式下运行以传递驱动力矩到所述传动轴系；一通过所述控制阀组件(43)与所述泵-马达单元(35)的第一端口(A)流体连通的高压蓄能器(41)，由此当所述泵-马达单元在所述泵作用模式下时，受压流体从所述第一端口(A)传送到所述高压蓄能器(41)，当所述泵-马达单元(35)在所述马达作用模式下时，受压流体从所述高压蓄能器(41)传送到所述第一端口(A)；所述控制阀组件(43)包括限定一提动阀座(87)和一与所述蓄能器(41)流体连通的端口(84)的阀体(83)，其特征在于：
(a)限定一控制腔(89)的一主提动阀芯(79)，在所述控制腔(89)中的流体压力朝所述提动阀座(87)偏压所述主提动阀芯(79)；
(b)在所述泵作用模式或所述马达作用模式的任一模式下，在所述高压蓄能器(41)和所述泵-马达单元(35)的所述第一端口(A)之间的基本所有流动均流过所述主提动阀芯(79)和所述提动阀座(87)；
(c)一具有打开和关闭状态的先导阀组件(49)，该先导阀组件可响应一电输入信号(133)而控制从所述控制腔(89)到一低压源(50)的流体传送；
(d)一阶跃节流孔阀组件(47)，该阶跃节流孔阀组件可操作以控制从所述蓄能器(41)经过由所述阀体(83)限定的所述端口(84)到达所述控制腔(89)的流体传送，并且当在所述控制腔(89)中的流体压力相对高时限定第一相对较大的节流孔，而当在所述控制腔中的流体压力相对低时限定第二相对较小的节流孔(119)，以向所述先导阀组件(49)提供相对小的液流。
2.如权利要求1所述的控制阀组件(43)，其特征在于：所述主提动阀芯(79)相对于所述提动阀座(87)构造成，当在由所述阀体(83)限定的所述端口(84)处的流体压力基本等于所述控制腔(89)中的流体压力时，所述提动阀芯(79)被偏压至与所述提动阀座(87)闭合且密封接合的位置。
3.如权利要求2所述的控制阀组件(43)，其特征在于：一相对轻的压缩弹簧(88)设置在所述控制腔(89)内，并且可操作以辅助在所述控制腔(89)中的所述流体压力朝所述提动阀座(87)偏压所述提动阀芯(79)。
4.如权利要求3所述的控制阀组件(43)，其特征在于：所述提动阀芯(79)相对于所述提动阀座(87)构造成提供一外部提动区域(79P)，该外部提动区域(79P)从所述提动阀座(87)径向向外设置，并与所述泵-马达单元(35)的所述第一端口(A)流体连通，由此在所述泵作用模式下，由所述泵-马达单元(35)作为泵产生的流体压力偏压所述提动阀芯(79)至打开位置，以允许流体从所述泵-马达单元(35)充注所述高压蓄能器(41)。
5.如权利要求4所述的控制阀组件(43)，其特征在于：当所述泵-马达单元(35)在所述泵作用模式下时，所述阶跃节流孔阀组件(47)可操作以保持在所述控制腔(89)中的流体压力基本等于在由所述阀体(83)限定的所述流体端口(84)中的流体压力，由此当所述泵-马达单元(35)停止抽吸受压流体进入与从所述提动阀座(87)径向向外设置的所述外部提动区域(79P)流体连通时，在所述压缩弹簧(88)的作用下，所述提动阀芯(79)快速地返回到与所述提动阀座(87)闭合且密封接合的位置。
6.如权利要求1所述的控制阀组件(43)，其特征在于：所述第二相对较小的节流孔(119)选择成，在所述马达作用模式下的运行过程中，在该节流孔的打开状态下，存在一个通过所述较小的节流孔(119)并到达所述先导阀组件(49)的相对小的先导流。
7.如权利要求1所述的控制阀组件(43)，其特征在于：所述先导阀组件(49)的大小使得，当所述先导阀组件处于所述打开状态时，通过所述先导阀组件(49)的先导流比通过所述阶跃节流孔阀组件(47)的液流大得多，从而在所述控制腔(89)中的流体压力有相当大的降低，由此使所述阶跃节流孔阀组件(47)移动到一个位置，在该位置从所述蓄能器(41)到所述控制腔(89)的仅有的流体传送通过所述第二相对较小的节流孔(119)。
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