CN101397032A - 伺服阀 - Google Patents

Abstract

一种用于液压动力转向系统的伺服阀(10)，包括：绕阀轴线(X)可旋转的阀轴(12)，与所述阀轴(12)协同作用并且可以相对于所述阀轴(12)旋转的阀套筒(14)，以及用于阀回流口(42)的关闭构件(18)。所述关闭构件(18)在第一末端位置和第二末端位置之间可移动，在所述第一末端位置，所述关闭构件(18)至少部分地关闭所述阀回流口(42)的流动横截面，在所述第二末端位置，所述关闭构件(18)充分打开所述阀回流口(42)的流动横截面。所述关闭构件(18)朝向所述末端位置之一通过由液压流体施加在阀供给口(34)上的供给压力(P₁)被推动。

Description

伺服阀

技术领域

本发明涉及一种用于液压动力转向系统的伺服阀，包括绕阀轴线可旋转的阀轴、与所述阀轴协同作用并且可以相对于所述阀轴旋转的阀套筒、以及用于阀回流口的关闭构件，所述关闭构件在第一末端位置和第二末端位置之间可移动，在所述第一末端位置，所述关闭构件至少部分地关闭所述阀回流口的流动横截面，在所述第二末端位置，所述关闭构件充分打开所述阀回流口的流动横截面。

背景技术

伺服阀是液压动力转向系统的重要组成部分，其可以将转向辅助力提供给车辆的驾驶者。这种动力转向系统的一个例子存在于US4819545中。在此，连接到转向轮的阀轴和连接到转向器的阀套筒均配有控制槽，用于控制流过伺服阀的液压流体流。在初始情况下，阀轴和阀套筒相对于彼此处于液压中心位置，由泵供送的液压流体流通过阀供给口供应给伺服阀，并且均匀地分配给伺服阀的两个出口。当伺服阀相对于阀套筒在一个方向旋转时，其中一个出口供应较大部分的液压流体流。液压流体流可以例如被导向到液压缸的一侧，从而在第一方向产生转向辅助力。当阀轴相对于阀套筒在相反方向旋转时，同样产生转向辅助力作用于相反方向。从液压缸流回伺服阀的流体通过阀回流口供应到流体贮存器。

现有技术已经公开了具有用于调节回流压力的装置的伺服阀，以便降低或者防止在动力转向系统中出现空穴现象。

例如JP58-202165A描述了一种伺服阀，其中，在伺服阀的液压中心位置回流开口很大程度上是敞开的。随着阀旋转的增大，这个开口的流动横截面减小，从而使回流压力上升。在这个文献中，用于调节回流压力的设备总是反作用于伺服阀的旋转，离开其液压中心位置，这导致与定心装置(例如诸如扭杆)的作用相干扰。这种干扰通常是不希望的，因为其使得伺服阀中心位置的精确调整或控制更加困难。

发明内容

本发明的目的是，提供一种用于液压动力转向系统的伺服阀，其改进转向器的液压稳定性并且使液压动力转向系统中的气穴风险最小化。

依照本发明，此目的由开头所述类型的伺服阀通过下列方式得以实现，其中，关闭构件朝末端位置之一通过由液压流体施加在阀供给口上的供给压力被推动。由于在这种情况下，关闭构件的移动取决于阀供给口的液压压力，而不是直接取决于阀轴相对于阀套筒的旋转，因此关闭构件对于伺服阀中心定位作用的反作用被排除。用于返回中心位置的力因而可以通过定心设备来调节，而不会受到关闭构件的任何不希望的影响。此外，回流压力的增加导致动力转向系统改进的阻尼响应，这对于转向器的液压稳定性具有有利影响。

在一个实施例中，关闭构件包括节流开口，该节流开口限定出了阀回流口的最小流动横截面。节流开口防止阀回流口完全关闭进而使回流压力过度上升。

优选地，供给压力朝关闭构件的第一末端位置推动关闭构件。这意味着，随着供给压力上升以及随着伴随的伺服阀中气穴风险的增大，更加强烈地推动关闭构件进入末端位置，关闭构件在该位置至少部分地关闭阀回流口的流动横截面。流动横截面的减小将导致回流压力的增大，这抵消了气穴风险的增大并且在很大程度上防止任何气穴现象出现。

在进一步的实施例中，一弹性构件接合关闭构件，以便朝向关闭构件的第二末端位置推动关闭构件。由于弹性构件相反于由液压流体的供给压力所产生的合力施加作用，因而，弹性强度可以作为供给压力函数非常简单地用来调整关闭构件的移动。

弹性构件优选地接合一支座，该支座在轴向方向对阀轴施加压力。这样，可以用很小的代价产生相对于阀轴作用在关闭构件上的弹力。

在此，支座可以在关闭构件的第一末端位置限定出用于该关闭构件的止挡。在关闭构件的第二末端位置，优选是阀套筒限定出用于该关闭构件的止挡。使用无论如何设置的支座和阀套筒，特别简单地为在末端位置之间可移动的关闭构件建立确定的末端位置。

在另一个实施例中，关闭构件为关闭套筒的形式，其包围阀轴并且在阀轴和阀套筒之间延伸。所述阀轴因而构成了用于关闭构件的引导件，从而除了关闭构件的末端位置，其移动也同样可以毫不费力地被明确限定。作为结果，阀回流口的流动横截面进而回流压力可以作为供给压力的函数精确地并且连续地调节。

在套筒形设计中，关闭构件优选在轴向方向可移动，套筒形关闭构件的端面由供给压力作用于其上。

阀轴、阀套筒、和关闭构件可以例如限定出一环形腔，该环形腔与阀供给口连通。这种环形腔的设置对于套筒形关闭构件的轴向移动是特别有利的，因为在这种情况下关闭构件通过其端面均匀地作用于轴向方向。这样，很大程度上排除了关闭构件移动的任何妨碍，例如由于卡挤引起的妨碍。

优选地，在这个实施例中设置密封构件用于密封环形腔，并且尤其优选地所述密封构件装在阀套筒的内部环绕槽中。密封构件保证关闭构件可以在其末端位置之间没有问题地滑动，而同时使泄漏最小化。阀套筒中的内部环绕槽允许以很小的代价将密封构件定位并且固定在阀套筒和关闭构件之间的位置。作为替代或补充，同样可以在阀轴上的凹槽中设置密封构件，以提供阀轴和关闭构件之间的密封作用。

在伺服阀的进一步实施例中，关闭构件和阀套筒是同一体。这意味着，阀套筒相对于阀轴在轴向方向可移动，最大相对移动量小于2mm，特别是优选小于1mm。

在这个实施例中，阀套筒可以通过一弹性构件朝其第二末端位置被推动，所述弹性构件接合一支座，该支座在轴向方向对阀轴施加压力。通过这个支座和弹性构件，毫不费力地产生了相对于阀轴作用在阀套筒上的弹力。弹性构件反作用于由液压流体施加的供给压力产生的合力，从而利用弹性强度，作为供给压力的函数非常简单地调节阀套筒的移动。

阀套筒和支座优选地限定出一环形间隙，该环形间隙适用于影响阀回流口的流动横截面。与常规设计相比，这个伺服阀的构造额外所需的构件数量是特别小的。仅仅需要支座和弹性构件通过阀套筒的简单轴向位移来调节所希望的回流压力。

优选地，在支座和/或阀套筒中设有至少一个槽口，在阀套筒的第一末端位置所述槽口限定了阀回流口的最小流动横截面。这个槽口防止阀回流口完全关闭进而使回流压力过度上升。

附图说明

根据下面参考附图对实施例的描述，本发明的其它特征和优点将变得显而易见，在附图中：

图1示出了依照本发明的伺服阀的透视图；

图2示出了如图1所示依照本发明的伺服阀细节的透视剖视图；

图3示出了在低供给压力情况下，如图1所示依照本发明的伺服阀的概略细节剖视图；

图4示出了在高供给压力情况下，如图1所示依照本发明的伺服阀的概略细节剖视图；

图5示出了依照本发明的伺服阀第一可选实施例的概略细节剖视图；

图6示出了在低供给压力情况下，依照本发明的伺服阀第二可选实施例的概略细节剖视图；

图7示出了在高供给压力情况下，如图6所示依照本发明的伺服阀的概略细节剖视图。

具体实施方式

图1示出了伺服阀10，其具有阀轴12以及与所述阀轴12协同作用的阀套筒14。所述阀轴12连接到转向轮(未示出)，用于随其绕阀轴线X关节式旋转，而所述阀套筒14连接到转向器，例如连接到所述转向器的设有小齿轮的输出轴15，并且可以相对于所述阀套筒12旋转。这里所讨论的伺服阀10是液压伺服阀，其基本结构根据现有技术是已知的，例如根据美国专利US4819545。通过引用将这篇文献的全部内容结合于本文。

该伺服阀10的特殊特征在于组件16，其在图1中予以强调(参见点划线框出的部分)，并且依据所述伺服阀10的供给压力P₁，所述组件16调节阀回流口的流动横截面A进而调节回流压力P₂(参见图3和4)。组件16包括关闭件18、弹性构件20、以及支座22，在当前情况下所述支座22由定位环24和支座套26组成。所述组件16还包括两个密封构件28，其可以清楚地在图2到4中看到。

图2示出了依照图1所述伺服阀10局部细节的剖视图。在此可见，所述阀轴12和所述输出轴15至少部分为中空轴形式，以在其内部容纳扭杆30，所述扭杆30起到定心装置的作用并且推动所述阀轴12到所述伺服阀10相对于所述阀套筒14的液压中心位置。所述阀轴12和所述扭杆30之间的其余空间用作液压流体的回流管31。所述阀轴12和所述阀套筒14具有一些协同作用的控制槽，其确定所述伺服阀10中的液压流体流动。图2示出了所述阀轴12中的第一控制槽32，所述控制槽32与阀供给口34相通，所述阀供给口34构造为阀套筒钻孔。在所述阀轴12中进一步图示了第二控制槽36，这个控制槽36通过阀轴钻孔38和所述回流管31与阀回流口42相通，所述阀回流口42构造为径向钻孔40和环形槽41。

所述组件16布置在所述阀套筒14上与所述输出轴15相对的一侧。阀套筒14在别的情况下是非常紧密地邻近阀轴12的，而这里，所述阀套筒14在这个区域具有径向肩部43，从而所述关闭件18可以在所述阀轴12和所述阀套筒14之间延伸，所述关闭件18为包围所述阀轴12的关闭套筒的形式。与所述阀轴12和所述阀套筒14一起，所述套筒形关闭构件18面向所述输出轴15的端面限定出了一环形腔44，所述环形腔44经由所述第一控制槽32与所述阀供给口34相通。为了将所述阀供给口34和所述环形腔44相连，所述第一控制槽32(供给槽)比所述第二控制槽36朝所述关闭构件18轴向更远地延伸，如可以清楚地在图2到4中看到的那样。所述套筒形关闭构件18在所述轴向方向上是可移动的，由作用在所述阀供给口34上的液压流体施加的供给压力P₁通过限定所述环形腔44的端面推动所述关闭构件18离开所述阀套筒14。在相反方向，即朝向所述阀套筒14，所述关闭构件18由所述弹性构件20作用于其上。在当前例子中，所述弹性构件20为波浪形垫圈的形式，其接合所述套筒形关闭构件18背离所述输出轴15的端面，并且轴向倚靠着所述支座22。在图2中，所述支座22由在轴向上稳固连接所述阀轴12的定位环24和由所述弹性构件20接合的支座套26所组成。所述支座套26还包括一个轴向延伸部分46，其在所述关闭构件18的第一末端位置充当用于所述关闭构件18的止挡。

所述套筒形关闭构件18在所述阀套筒14和所述弹性构件20之间径向扩展，以便产生用于所述弹性构件20接合的较大表面以及在所述关闭构件的第二末端位置倚靠所述阀套筒14的轴向端面的轴向接触表面。换句话说，所述阀套筒14在所述关闭构件18的第二末端位置构成了用于所述关闭构件18的止挡。

所述密封构件28配备用于使得流出所述环形腔44的液压流体的任何不希望的泄漏最小化。这些密封构件28为密封环的形式，并且容纳在所述阀套筒14的环绕槽48中。其在径向方向上在所述阀套筒14和所述关闭构件18之间弹性压缩，并且迫使所述关闭构件18倚靠所述阀轴12，从而所述关闭构件18和所述阀轴12之间的连接同样是非常紧密的。这里所涉及组件的材料选择为，所述关闭构件18与所述阀轴12或所述密封构件28之间的摩擦系数足够低以致于仅仅无关紧要地阻碍所述关闭构件18在轴向方向和在外围方向的任意移动。作为替代或者补充，这样的密封构件28也可以安装在所述阀轴12的槽中所述关闭构件18的内侧上(未示出)。

下面将参照图3和4更加详细地描述所述组件16在所述伺服阀10工作时的机能：

所述关闭构件18总是通过处于常数预定弹力的所述弹性构件20被推动到其第二末端位置。在这个第二末端位置，与所述阀套筒14相接触并且充分打开所述阀回流口42的流动横截面A(图3)。与所述弹力相反的作用是由所述液压流体施加在所述阀供给口34的供给压力P₁产生的力。实际上，所述液压流体是穿过所述轴向延伸的第一控制槽32引入所述环形腔44的，因而其作用在所述关闭构件18的轴向端面上。结果，由作用在所述阀供给口34上的所述液压流体施加的供给压力P₁朝关闭构件的第一末端位置推动所述关闭构件18，在此，所述支座22或者更确切地说是所述支座套26的轴向延伸部分46构成了用于所述关闭构件18的止挡(图4)。然而，所述关闭构件18无法移动到这个第一末端位置，直到由所述液压流体的供给压力P₁产生的合力超过由所述弹性构件20施加的弹力。这样的压力上升出现在例如所述伺服阀10旋转离开其液压中心位置时。

作为所述关闭构件18轴向移动离开其第二末端位置并进入其第一末端位置的结果，所述阀回流口42的流动横截面A被减小(参见图3和4)。

当所述关闭构件18如图3中所示处于其第二末端位置时，所述关闭构件18露出环形间隙，液压流体可以通过所述环形间隙离开所述阀回流口42的环形槽41，这个环形间隙当所述关闭构件18如图4中所示处于其第一末端位置时则被关闭。关于这一点应当注意，所述弹性构件20构造为，其仅仅无关紧要地阻碍在所述关闭构件18第二末端位置的液压流体流动。在当前的例子中，波浪形垫圈形式的所述弹性构件20仅部分地与所述关闭构件18相接触，并且在所述关闭构件18的第二末端位置时处于所述液压流体的流动中。

在所述关闭构件18的第二末端位置，所述阀回流口42的流动横截面A通常选择为，使所速回流压力P₂基本上对应于流体贮存器中的压力，例如即大气压力。然后所述关闭构件18不具有节流功能，所述液压流体可以实质上自由地流动离开所述流体贮存器。由于当所述关闭构件18移动到其第一末端位置时所述环形间隙变窄，所述阀回流口42的流动横截面A持续减小，直到当所述关闭构件18处于第一末端位置时所述环形间隙基本关闭。因而所述关闭构件18起到节流阀的作用，从而所述回流压力P₂在所述关闭构件18的上游上升。由于所述回流压力P₂的提高，一则所述动力转向系统的阻尼得到改善，再则在所述关闭构件18的上游、就是说尤其是也在所述伺服阀10中极大地防止气穴现象的出现。对于最小化或者防止所述气穴现象，仅几个巴的回流压力通常便已足够。因而，为了避免过度的压力上升，所述关闭构件18具有一节流阀开口50，其限定了所述阀回流口42的最小流动横截面。

通过使所述组件16以这种方式工作，便可毫不费力地可靠防止或者最小化所述伺服阀10中空穴现象的出现。所述组件16在所述轴向方向上所需的额外空间是最小的并且可能在某些其他地方得到补偿，从而与常规的伺服阀相比，在外部尺寸上仅有很小的变化或者完全没有变化。再者，也基本上不需要对常规伺服阀部件进行改型，从而生产的转变是不成问题的。在当前例子中，仅仅所述阀轴12中的第一控制槽32和所述阀套筒14面向所述关闭构件18的轴向端需要作结构上的调整。

所描述伺服阀10的另一个优点在于，所述用于防止气穴现象的回流压力P₂上升仅在气穴风险实际存在时发生。在供给压力P₁为低到中等的情况下，如尤其是在例如伺服阀10的液压中心位置所存在的状况，气穴风险为低，从而所述回流压力P₂不需要升高(图3)。当阀供给口34所存在的压力P₁上升时，例如当所述伺服阀10旋转离开所述液压中心位置的情况，气穴风险显著增大。为此，在诸如所述阀回流口42的流动横截面A至少部分地由所述关闭构件18关闭的情况下，通过这种方式，使所述回流压力P₂升高以防止气穴的出现。

图5示出了依照可选实施例的伺服阀10的细节剖视图。由于伺服阀的这个可选实施例在其基本设计以及普通操作模式方面基本上对应于依照图1到4的实施例，在此方面将参考针对图1到4给出的描述，而下文将仅讨论实施例之间的差异。

主要差异在于组件16的位置变化。在依照图5的实施例中，用于调节流动横截面A的组件16布置在所述阀套筒14邻近所述输出轴15的轴向端，而在依照图1到4的实施例中这个组件16是布置在所述阀套筒14相反的轴向端。这不导致任何的功能变化。

此外，所述弹性构件20在图1到4中为波浪形垫圈的形式，在依照图5的实施例中则构造为螺旋弹簧，并且所述密封构件28是设置在所述阀轴12的环形槽中而不是在所述阀套筒14中。

图6和7示出了伺服阀10其他可选实施例的细节剖视图。由于基本操作模式很大程度上对应于依照图1到4的实施例，再次参考针对图1到4的描述，并且下文仅讨论实施例之间的差异。彼此对应的构件由相同的附图标记来表示。

在这个实施例中，所述关闭构件18和所述阀套筒14是同一体。这意味着，与上面描述的实施例不同的是，没有提供单独的关闭构件18，而所述阀套筒14自身相对于所述阀轴12或所述输出轴15在第一末端位置(图7)和第二末端位置(图6)之间是可轴向移动的，所述阀套筒14在末端位置之间的移动为大约1mm，优选小于1mm。因而需要在阀的设计中确保所述阀套筒14与所述阀轴12或所述输出轴15之间的相对移动是可能的，所述输出轴15相对于所述阀轴12保持轴向不可移位。如图6和7所示，所述阀套筒14和所述输出轴15由销52连接，例如该销分别接合在所述阀套筒14和所述输出轴15的开口54、56中。在当前情况下，所述开口54、56中的至少一个制造为具有轴向空隙，以允许所述阀套筒14和所述输出轴15之间的相对移动。

类似于上面描述的实施例，所述关闭构件18形式的阀套筒14朝第二末端位置通过所述弹性构件20被推动，这在图6中由箭头58指示。在所述销52对所述阀套筒14形成止挡从而限定了所述第二末端位置之前，开口54、56中的轴向空隙允许所述阀套筒14朝向所述输出轴15进行一定的轴向移动。

如在前面实施例中，所述弹性构件20接合所述支座22，所述支座22在轴向方向对所述阀轴12施加压力。但与前面实施例不同的是，所述支座22和所述阀套筒14限定出一环形间隙60，该环形间隙60的一部分限定了所述阀回流口42的流动横截面A。在所述阀套筒14的第二末端位置，这个环形间隙60达到其最大间隙宽度，从而所述流动横截面A充分敞开。

当液压流体在所述阀供给口34所施加的供给压力P₁上升时，所述环形腔44中的压力、进而所述阀套筒14端面截面上的特别是所述阀套筒14径向肩部43上的合力同样上升。这个合力指向所述支座22，与所述弹性构件20的弹力相反，这在图7中由箭头62指示。开口54、56中的轴向空隙允许所述阀套筒14朝向所述支座22轴向移动，使所述环形间隙60的间隙宽度被减小直到所述阀套筒14最终在其第一末端位置倚靠在所述支座22上(图7)。

在所述支座22和/或所述阀套筒14中优选地设有至少一个槽口62，其在所述阀套筒14的第一末端位置限定了所述阀回流口42的最小流动横截面，从而防止所述回流压力P₂过度升高。

Claims (16)

1.用于液压动力转向系统的伺服阀，包括：

阀轴(12)，该阀轴绕阀轴线(X)可旋转，

阀套筒(14)，该阀套筒与所述阀轴(12)协同作用并且可以相对于所述阀轴(12)旋转，以及

用于阀回流口(42)的关闭构件(18)，所述关闭构件(18)在第一末端位置和第二末端位置之间可移动，在所述第一末端位置，所述关闭构件(18)至少部分地关闭所述阀回流口(42)的流动横截面(A)，在所述第二末端位置，所述关闭构件(18)充分打开所述阀回流口(42)的流动横截面(A)，其特征在于，

所述关闭构件(18)朝所述末端位置之一通过由液压流体施加在阀供给口(34)上的供给压力(P₁)被推动。

2.根据权利要求1的伺服阀，其特征在于，所述关闭构件(18)包括节流开口(50)，该节流开口限定出所述阀回流口(42)的最小流动横截面。

3.根据权利要求1的伺服阀，其特征在于，所述供给压力(P₁)朝关闭构件的第一末端位置推动所述关闭构件(18)。

4.根据权利要求1的伺服阀，其特征在于，一弹性构件(20)接合所述关闭构件(18)，用以朝关闭构件的第二末端位置推动所述关闭构件(18)。

5.根据权利要求4的伺服阀，其特征在于，所述弹性构件(20)接合一支座(22)，所述支座(22)在轴向方向对所述阀轴(12)施加压力。

6.根据权利要求4的伺服阀，其特征在于，在所述关闭构件(18)的第一末端位置，支座(22)构成用于所述关闭构件(18)的止挡。

7.根据权利要求1的伺服阀，其特征在于，所述关闭构件(18)为套筒形式并且在轴向方向可以移动，该套筒形关闭构件(18)的端面由所述供给压力(P₁)作用于其上。

8.根据权利要求1的伺服阀，其特征在于，所述阀轴(12)、所述阀套筒(14)、和所述关闭构件(18)限定出一环形腔(44)，所述环形腔(44)与所述阀供给口(34)连通。

9.根据权利要求8的伺服阀，其特征在于，设有用于密封所述环形腔(44)的密封构件(28)。

10.根据权利要求9的伺服阀，其特征在于，所述密封构件(28)装在所述阀套筒(14)的内部环绕槽中。

11.根据权利要求1的伺服阀，其特征在于，在所述关闭构件(18)的第二末端位置、所述阀套筒(14)限定出用于所述关闭构件(18)的止挡。

12.根据权利要求1的伺服阀，其特征在于，所述关闭构件(18)为关闭套筒的形式，该关闭套筒包围所述阀轴(12)并且在所述阀轴(12)和所述阀套筒(14)之间延伸。

13.根据权利要求1的伺服阀，其特征在于，所述关闭构件(18)和所述阀套筒(14)是同一体。

14.根据权利要求13的伺服阀，其特征在于，所述阀套筒(14)朝其第二末端位置通过一弹性构件(20)被推动，所述弹性构件(20)接合一支座(22)，所述支座(22)在轴向方向对所述阀轴(12)施加压力。

15.根据权利要求14的伺服阀，其特征在于，所述阀套筒(14)和所述支座(22)限定出一环形间隙(60)，所述环形间隙(60)适用于影响所述阀回流口(42)的流动横截面(A)。

16.根据权利要求15的伺服阀，其特征在于，在所述支座(22)和/或所述阀套筒(14)中设有至少一个槽口(62)，在所述阀套筒(14)的第一末端位置所述至少一个槽口(62)限定了所述阀回流口(42)的最小流动横截面。

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