CN101929363B - 流体偏压式液压控制阀 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种液压控制阀(10)，该液压控制阀设置有螺线管体(8)、可被激励的线圈(22)和邻近该线圈定位的衔铁(28)。阀杆(48)从衔铁伸出。线圈可被激励以使衔铁和阀杆从第一位置运动到第二位置。阀体、衔铁和阀杆构造成使得衔铁和阀杆由加压流体偏压至所述第一位置，允许衔铁在不具有偏压弹簧的情况下进行操作。

Description

流体偏压式液压控制阀
技术领域
本发明涉及诸如电磁阀的电动式液压控制机构。
背景技术
用于液压控制系统的电磁控制阀用来控制处于压力下的油，该处于压力下的油可用来切换开关提升机构(switching lifter)中的掣子销和发动机气门系统中的间隙调节器。气门提升机构是控制发动机中的排气门和进气门的打开和关闭的发动机部件。间隙调节器也可以用来使发动机中的排气门和进气门不工作。可以选择性地使发动机气门不工作(失效)或锁定，以在发动机上的功率需求降低时停止一些气缸的操作。通过使气缸不工作，可以改善发动机的燃料效率。
使电磁控制阀不工作的发动机必须以最少的响应时间进行操作以使发动机效率最高。气门响应时间包括气门的启动响应时间和失效响应时间。电磁控制阀向衔铁施加磁力，该衔铁通过激励线圈而使控制阀杆抵抗通常由弹簧施加的偏压力运动。应当使由该电磁部分向衔铁以及继而向控制阀杆施加的磁力最大以减少响应时间。通过增加线圈的尺寸可以增大由线圈施加的磁力。然而，降低成本和重量方面的考虑倾向于限制线圈的尺寸。失效响应时间受到气门盖偏压弹簧的不利影响，在气门打开之前必须克服气门盖偏压弹簧的力。虽然在大多数应用中这种响应时间的延迟很小，但在可变气门致动系统中，气门启动和失效的有限时间窗口是关键的，并且必须降至最小。
发明内容
提供一种液压控制阀，该液压控制阀包括螺线管体、可选择地被激励的线圈以及邻近该线圈定位的衔铁。阀杆从衔铁伸出。线圈可被激励以使衔铁和阀杆从第一位置运动到第二位置。第一位置可以是解除激励的关闭位置，第二位置可以是被激励的打开位置。阀体、衔铁和阀杆构造成使得所述衔铁和阀杆由加压流体偏压至第一位置，允许衔铁在没有偏压弹性件(弹簧)的情况下操作。因此，衔铁构造成使得流体净压力对关闭阀起作用，提供了相对较快的气门致动响应时间。如果不使用偏压弹簧，则可使成本和组装时间以及响应时间降至最低。此外，由于不需要克服弹簧偏压力，因此螺线管可以较弱，且因此费用更低。
在一个实施例中，衔铁和阀杆包括第一提升阀和第二提升阀，阀体限定具有第一座部的供给腔、第二座部、以及位于笫一座部和第二座部之间的控制腔。在第一位置，第一提升阀构造成座落在第一座部上且第二提升阀构造成与第二座部间隔开，以基本防止加压流体流过第一座部，并通过第二座部从控制腔排放流体；在第二位置，第一提升阀构造成与第一座部间隔开且第二提升阀构造成座落在第二座部上，以允许加压流体从供给腔流至控制腔，并防止从控制腔流至排放口。
液压控制阀可以安装至发动机上，使得当该发动机停止运行且线圈未被激励时，衔铁落至第二位置，从而使第一提升阀离开座部以使供给腔与控制腔相通。因此，当发动机停止运行且线圈未被激励时，由于重力，衔铁处于与发动机运行时的激励位置相同的位置。当发动机随后重新启动时，此时线圈仍然未被激励，当衔铁和阀杆由于作用在第二提升阀上的加压油运动至第一位置时，空气可以从供给腔排至控制腔，且进一步排至排放口。将系统中的任何空气排出使得阀具有更快的、更好地受控的响应。
一种液压控制回路设置有可选择性地致动以产生磁通路径的电磁致动器、具有座部的阀体、以及衔铁，处于压力下的流体被选择性地允许流过该阀座，该衔铁通过电磁通量选择性地沿第一方向运动。该衔铁限定有提升阀，该提升阀相对于该座部沿第一方向从关闭位置运动至打开位置，在该关闭位置，防止流体流过该座部；在打开位置，允许流体流过该座部，该衔铁通过处于压力下的流体的操作被偏压至关闭位置。
当结合附图时，通过以下用于实现本发明的最佳实施方式的详细描述，本发明的上述特征和优点以及其它特征和优点将很明显。
附图说明
图1为电磁阀的透视图；
图2为图1中示出的电磁阀的分解透视图；
图3为沿着图1中的剖开线3-3所在的平面所作的部分剖视图，示出了处于第一关闭、解除激励位置的阀；以及
图4为阀的类似于图3的局部剖视图，该阀处于第二打开、激励位置。
具体实施方式
参照图1，示出了例如电磁阀10，该电磁阀诸如用来使提升器不工作或操纵内燃机或柴油机中的双提升系统。电磁阀10也可以称为电磁致动器。电磁阀10安装在发动机12中。电磁阀10包括螺线管部分(电磁部分)16和阀体18。
参照图2和3，电磁阀10被示出为包括螺线管罐20，该螺线管罐容纳向电磁阀10提供能量/电能的线圈22。极靴24组装在螺线管罐20内。极靴24限定了线圈22的磁通路径的一部分。磁通收集器插入件26设置在螺线管罐20内，并且也形成线圈22的磁通路径的一部分。
通过激励线圈22而产生的磁通(通量，flux)对衔铁28起作用，以将电磁阀10从如图3中所示的常闭位置移动至如图4中所示的打开位置。气隙30设置在极靴24的径向延伸表面31和衔铁28的径向延伸表面33之间。通过相对于衔铁28调节极靴24，可以调节气隙30。如图2所示，压力平衡槽(减压槽、溢流槽)34设置在衔铁28上，该压力平衡槽有助于使处于压力下的油轴向地流过衔铁28。压力平衡槽34也称为管道。或者，管道可以邻近衔铁28形成在阀体18中以使得加压油流过衔铁28。磁通收集器插入件26可以邻近线圈22和阀体18插入模制的单件或多件体40中。
阀体18限定有进油腔41，也称为供给腔，衔铁28设置在该腔中，并且最初该腔接纳处于压力下的油。该阀体还限定有中间腔42，也称为控制腔。多个O-形环槽43设置在阀体18的外部，每个O-形环槽接纳多个密封件44之一。密封件44形成阀体18和发动机12之间的密封。模制体40限定有内部线圈容器46或绕线筒，其延伸到螺线管部分16中。仅示出了一部分线圈22，但可以理解的是，线圈22填充线圈容器46。如图所示，模制体40可以形成为单件式整体塑料模制部件，或者也可以形成为多件体并组装在一起。线圈22缠绕在线圈容器46周围。
阀杆48具有接纳在衔铁28中的开口52内的一部分50。通过螺纹连接或阀杆48与衔铁28之间的压配合，可以调节控制阀杆48相对于衔铁28的位置。如下文中将更完整地描述的那样，衔铁28包括提升阀54，该提升阀54响应于压力变化相对于阀座56移动。排放提升阀60设置在控制阀杆48的一端上以相对于阀座62移动从而打开和关闭排放口70。
供给通路64设置在发动机12中，用于向限定在阀体18中的进油腔41提供压力P1。控制通路68设置发动机12中，该控制通路通常保持在控制压力P2。同样设置在该发动机中的排放通路71与排放口70连通，并且具有通向周围环境压力的孔口，该压力可以称为“P0”。当排放口70打开时，中间腔42变为压力P0。
参照图4，电磁阀10被示出为处于打开位置。线圈22被激励以使衔铁28朝着线圈22缩回。提升阀54打开阀座56以将压力P1从进油腔41提供至中间腔42，排放提升阀60座落在底座62上以关闭排放口70。
参照图2-4，阀体18包括供给口63，该供给口接纳来自供给通路64的处于压力下的油，该供给通路64与进油腔41和阀座56连通。当阀座56打开时，进油腔41与中间腔42连通。处于压力下的油通过出口66供应到控制通路68，该出口也称为控制油口。排放口70设置在阀体40的内侧端。排放口70与排放通路71连通。
在工作时，阀10是常闭的，如图3所示，并且通过激励线圈22而移动至其打开位置，如图4所示。当被激励时，线圈22减小形成在极靴24和衔铁28之间的气隙30。通过由线圈22产生的电磁通量，衔铁28向极靴24移动。腔41中的油通过压力平衡槽34与间隙30连通。
当处于如图3所示的常闭位置时，提升阀54关闭阀座56，使处于P1的进油腔41与处于P2的中间腔42隔离。进油腔41中的处于压力下的油将提升阀54偏压抵靠在阀座56上。当P1在间隙30处作用于衔铁28的表面33的较大表面区域(表面积)上以提供沿一个方向(即，沿将提升阀54座落于阀座56的方向)的偏压力，同时，处于P1的加压流体在腔41中沿相反的方向作用在该衔铁的较小表面区域73上时，衔铁28的受到P1作用的区域将该衔铁偏压至关闭位置。施加于提升阀54的偏压力意在消除对弹性件(弹簧)的需求。或者，可以结合有弹性件/弹簧(未示出)以增大施加于提升阀54的偏压力。
如图4所示，当线圈22被激励时，通过极靴24和磁通收集器插入件26的磁通将衔铁28拉向极靴24。衔铁28相对于极靴24的面对面的取向使衔铁28受到成指数地增大的磁力。衔铁28移动致使提升阀54相对于阀座56打开，从而将压力P1从进油腔41提供至中间腔42。中间腔42通常维持在压力P2，但当提升阀54打开阀座56且提升阀60关闭阀座62以封闭排放口70时，中间腔42的压力增大至P1。因此，P1沿一个方向作用在衔铁28的表面33的表面区域和提升阀54的表面区域72上，并沿相反的方向作用在提升阀54的环形表面区域73和表面区域74上。由于受到作用的表面积33与组合的表面积73和74相等，因此净力为作用在表面区域72上的力。压力的此变化使得供给至发动机气门系统的液压增加至P1。当提供至发动机气门系统的压力改变至P1时，可以由掣子销、间隙调节器或其它受控装置(未示出)使被选择的发动机气门不工作，从而使发动机的被选择的气缸不工作。
当线圈22随后被解除激励时，通过由于磁通被去除引起的力(即，将衔铁28拉向极靴24的净力)，表面区域33上的流体净压力使衔铁28移动至图3的常闭、解除激励位置。因此，衔铁28构造成使得净流体力(即，作用在表面72上的向下的净力)对关闭阀10起作用，此时腔42向排放口70进行排放，从而提供从激励位置至解除激励位置的相对较快的气门致动响应时间。
阀10设置有空气净化和自清洁特征。具体地，衔铁28形成有旁路槽53(也称为旁路通道)以当阀关闭时允许有限量的油从腔41绕过阀座56运动至腔42。或者，旁路槽可以邻近阀座56设置在阀体18中。槽53还允许灰尘颗粒与油一起从腔41排出，因此起到阀的“自清洁”特征的作用。此外，来自腔41的空气通过槽53被净化，从而，当线圈22随后被激励时，防止气垫(air cushion)抵靠着阀10起作用而使该阀向图4的激励位置运动。这允许实现从解除激励位置到激励位置的快速转换。
假设阀10安装在发动机12中，当发动机12停止运行，使得在阀10中不提供流体压力且线圈22被解除激励时，此时衔铁28位于极靴插头24上方(即，相对于图3和4中所示的视图上下颠倒)，则重力将致使衔铁28落至图4的激励位置(虽然线圈未被激励)。因此，当发动机12启动时，加压油将出现在供给通道64，并且迫使其前面的任何空气离开供给腔41通向控制腔42，当油行进到腔41和间隙30中时通过打开的阀座56，将衔铁28偏压向图3的关闭、解除激励位置。当提升阀62离开阀座时，空气从腔42排至排放口70。
虽然已经详细描述了用于实现本发明的最佳方式，本发明所涉及的领域的技术人员将会认识到，用于实践本发明的各种替换设计和实施方式落入所附的权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种液压控制阀(10)，该液压控制阀(10)包括：
阀体(18)；
可选择地被激励的线圈(22)；
衔铁(28)，所述衔铁邻近所述线圈定位并具有从所述衔铁伸出的阀杆(48)；所述线圈可被激励以使衔铁和阀杆从第一位置运动到第二位置；
其中，所述阀体、所述衔铁和所述阀杆构造成使得所述衔铁和阀杆由加压流体偏压至所述第一位置；
所述衔铁和所述阀杆包括第一提升阀(54)和第二提升阀(60)；所述阀体限定具有第一座部(56)的供给腔(41)、第二座部(62)、以及位于所述第一座部和第二座部之间的控制腔(42)；在所述第一位置，所述第一提升阀构造成座落在所述第一座部上且所述第二提升阀构造成与第二座部间隔开，以基本防止加压流体流过第一座部，并通过第二座部从控制腔排放流体；在所述第二位置，所述第一提升阀构造成与第一座部间隔开且所述第二提升阀构造成座落在第二座部上，以允许加压流体从供给腔流至所述控制腔，并防止所述加压流体从所述控制腔流至排放口；
阀体和第一提升阀中的一者在所述第一座部处形成旁路通道(53)，当所述衔铁和所述阀杆处于所述第一位置时，允许空气从所述供给腔通过所述旁路通道排放至所述控制腔；
所述液压控制阀还包括极靴(24)，所述极靴定位成在所述极靴和衔铁之间形成间隙(30)；所述衔铁构造成在所述间隙和所述衔铁的与所述极靴和间隙相对的一侧之间形成加压流体的路径；所述衔铁的暴露于所述间隙中的加压流体的第一区域大于所述衔铁的暴露于位于所述衔铁的与所述间隙相对的一侧的加压流体的第二区域，从而所述衔铁由所述流体偏压离开所述极靴；并且
随着所述衔铁和所述阀杆从第二位置向第一位置平移，所述第二提升阀的受到使所述衔铁和所述阀杆偏压向所述第一位置的流体压力作用的区域增大，且衔铁与极靴之间的间隙增大。
2.根据权利要求1所述的液压控制阀，其特征在于，该液压控制阀没有将所述衔铁和阀杆偏压至所述第一位置的弹性件。
3.根据权利要求1所述的液压控制阀，其特征在于，该液压控制阀与发动机结合；该液压控制阀安装至所述发动机，使得当所述发动机停止运行且线圈未被激励时，所述衔铁和所述阀杆落至所述第二位置，从而使所述第一提升阀离开所述第一座部以使所述供给腔通向所述控制腔，由此当所述发动机停止运行且线圈未被激励时，空气从所述供给腔排至所述控制腔，且当所述发动机重新启动、在所述衔铁和阀杆运动至所述第一位置时，所述空气进一步排至所述排放口。
4.一种液压控制回路，包括：
电磁致动器(10)，该电磁致动器可选择性地致动以产生磁通路径，该致动器包括：
具有第一座部(56)的阀体(18)，加压流体被选择性地允许流过所述第一座部；
衔铁(28)，所述衔铁通过电磁通量选择性地沿第一方向运动，所述衔铁包括提升阀(54)，所述提升阀相对于所述第一座部沿所述第一方向从关闭位置运动至打开位置，在所述关闭位置基本上防止流体流过所述第一座部，在所述打开位置允许流体流过所述第一座部，所述衔铁通过所述加压流体的操作被偏压至所述关闭位置；以及
极靴(24)，所述极靴定位成在所述极靴和衔铁之间形成间隙(30)；所述衔铁构造成在所述间隙和所述衔铁的与所述极靴和间隙相对的一侧之间形成加压流体的路径；所述衔铁的暴露于所述间隙中的加压流体的第一区域大于所述衔铁的暴露于位于所述衔铁的与所述间隙相对的一侧的加压流体的第二区域，从而所述衔铁由所述加压流体偏压离开所述极靴并偏压至所述关闭位置。
5.根据权利要求4所述的液压控制回路，其特征在于，所述提升阀为第一提升阀；所述电磁致动器还包括阀杆(48)，所述阀杆包括第二提升阀(60)，所述衔铁与所述阀杆(48)连接；所述阀体具有第二座部(62)；其中，所述第二提升阀(60)随着所述衔铁相对于所述第二座部沿所述第一方向从第一位置运动至第二位置，在所述第一位置允许流体流过所述第二座部，在所述第二位置防止流体流过所述第二座部；当所述衔铁由所述加压流体偏压向所述关闭位置时，所述第二提升阀被偏压向所述第一位置。
6.根据权利要求5所述的液压控制回路，其特征在于，所述第一提升阀和第二提升阀由所述阀杆保持固定不变的空间关系。
7.根据权利要求4所述的液压控制回路，其特征在于，所述电磁致动器是电磁阀，该电磁阀包括可被激励以产生磁通的线圈(22)。
8.根据权利要求4所述的液压控制回路，其特征在于，所述阀体限定有第一腔(41)，所述加压流体通过供给口(63)被提供至所述第一腔(41)；所述阀体还限定有第二腔(42)，流体从所述第二腔(42)排放至排放口(70)；当允许流体流过所述第一座部时，所述第二腔与所述第一腔流体连通。
9.根据权利要求8所述的液压控制回路，其特征在于，所述提升阀为第一提升阀；所述电磁致动器还包括阀杆(48)，所述阀杆包括第二提升阀(60)，所述衔铁与所述阀杆(48)连接，其中，所述第二提升阀(60)随着所述衔铁相对于所述排放口运动，使得：当所述第一提升阀处于所述打开位置时，所述第二提升阀关闭所述排放口，以及当所述第一提升阀处于所述关闭位置时，所述第二提升阀打开所述排放口。
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