CN102859203B - 流体泵组件的控制 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种泵控制组件，包括具有流体泵(20)和负载感测阀的流体泵组件(12)。该流体泵包括流体进口(24)和流体出口(26)。该流体泵包括可变排量机构(36)。该负载感测阀(42)适于调节可变排量机构的位置。该负载感测阀包括第一端(46)和相对地布置的第二端(48)。一致动器(60)与流体泵组件流体连通。一位置传感器(100)监测致动器的位置。一斜坡阀(110)提供流体泵的流体出口与负载感测阀的第一端之间的选择性的流体连通。一电子控制单元与位置传感器和斜坡阀电通信。该电子控制单元响应于致动器的位置向斜坡阀传送输出电流信号。该输出电流信号包括适于在预定时间间隔上将可变排量机构调节到中立位置的下降部分。

Description

流体泵组件的控制
本申请作为PCT国际专利申请于2011年4月28日以Eaton公司(美国公司，是对除美国之外的所有国家指定的申请人)和Philip J.Dybing(美国国民，仅是对美国指定的申请人)的名义提交，并且要求2010年4月29日提交的U.S.专利申请序列号No.12/770,261的优先权。
背景技术
用在不同应用中的流体系统通常具有不同的要求。例如，流体系统可能需要不同的流率和不同的流体压力。可以使用负载感测泵来使泵的运行匹配于满足给定流体系统的不同的流动要求。典型的负载感测泵使用流体系统中的流动和压力反馈来调节泵的流动需求。
发明内容
本发明一方面涉及一种泵控制组件。该泵控制组件包括具有流体泵和负载感测阀的流体泵组件。该流体泵包括流体进口和流体出口。该流体泵包括可变排量机构。该负载感测阀适于调节可变排量机构的位置。该负载感测阀包括第一端和相对地布置的第二端。一致动器与流体泵组件流体连通。一位置传感器监测致动器的位置。一斜坡阀(ramping valve)提供流体泵的流体出口与负载感测阀的第一端之间的选择性的流体连通，以调节可变排量机构的位置。一电子控制单元与位置传感器和斜坡阀电通信。该电子控制单元响应于致动器的位置向斜坡阀传送输出电流信号。该输出电流信号包括适于在预定时间间隔上将可变排量机构调节到中立位置的下降部分。
本发明另一方面涉及一种泵控制组件。该泵控制组件包括流体泵组件。该流体泵组件包括流体泵和负载感测阀。该流体泵包括流体进口和流体出口。该流体泵包括可在中立位置与第一位置之间移动的可变排量机构。该负载感测阀适于调节可变排量机构的位置。该负载感测阀具有第一端和相对地布置的第二端。一致动器与流体泵组件流体连通。该致动器包括具有第一轴向端和相对地布置的第二轴向端的壳体。该壳体限定一内腔。该致动器还包括布置在壳体的内腔中的活塞。一斜坡阀组件包括布置成与流体泵的流体出口流体连通的斜坡阀。当致动器的活塞接近第一和第二轴向端其中之一时，一电子控制单元以电子方式致动该斜坡阀，以提供流体泵的流体出口与负载感测阀的第一端之间的流体连通，从而使可变排量机构朝向中立位置移动。
本发明再一方面涉及一种用于致动泵控制组件的方法。该方法包括提供具有流体泵、负载感测阀、致动器和斜坡阀的泵控制组件。该流体泵具有流体进口和流体出口。该流体泵包括可变排量机构。该负载感测阀适于调节可变排量机构的位置。该负载感测阀包括第一端和相对地布置的第二端。该致动器与流体泵的流体出口流体连通。该斜坡阀提供流体出口与负载感测阀的第一端之间的选择性的流体连通。接收来自一位置传感器的信号。该位置传感器适于监测致动器的位置。当致动器接近致动器的行程极限时将一输出电流信号传送到斜坡阀，从而使可变排量机构朝向中立位置移动。所述输出电流信号的曲线包括幅值随时间减小的下降部分。
将在下文的描述中说明许多附加的方面。这些方面可涉及单独的特征和特征的组合。应理解，上文的概述和下文的详细描述都只是示例性的和说明性的，并且不限制本文公开的实施方式所基于的广义的概念。
附图说明
图1是根据本发明的原理的具有示例性的特征方面的泵控制组件的示意图。
图2是适于用在图1的泵控制组件中的流体泵组件的示意图。
图3是适于用在图1的泵控制组件中的斜坡阀组件的示意图。
图4是用于运行图1的泵控制组件的方法的图示。
图5是从电子控制单元传送到图3的斜坡阀组件的电子信号的示例性的曲线图。
具体实施方式
现在详细参照本发明的在附图中示出的示例性方面。只要可能，在全部附图中使用相同的附图标记表示相同的或相似的结构。
参照图1，示出了泵控制组件10。该泵控制组件10适于基于致动器的位置来控制流体泵的输出。在本发明的实施方式中，泵控制组件10适于在致动器到达其行程极限时防止流体压力的峰值。在图1所示的实施方式中，泵控制组件10包括流体泵组件12、致动器组件14、斜坡阀组件16和电子控制单元18。
现在参照图1和2，将描述流体泵组件12。流体泵组件12包括流体泵20和负载感测补偿器阀组件22。
流体泵20包括流体进口24、流体出口26、排放端口28和负载感测端口30。流体泵20的流体进口24与流体存储器32流体连通。流体出口26与致动器组件16流体连通。排放端口28与流体存储器32流体连通。
流体泵20还包括轴34。轴34联结到使该轴34旋转的功率源(例如发动机、电马达等)。当轴34旋转时，流体从流体进口24被泵送到流体出口26。
流体泵20是可变排量流体泵。作为可变排量泵，流体泵20包括可变排量机构36。在所示实施方式中，流体泵20是轴向的活塞泵，可变排量机构36是斜盘(swash plate)。斜盘36可在中立位置与全冲程位置之间移动。在中立位置，流体泵20的排量大约为零。在零排量下，当轴34旋转时，没有流体通过流体泵20。在全冲程位置，当轴34旋转时，最大量流体通过流体泵20。
流体泵20包括控制活塞38和偏压构件40。控制活塞38和偏压构件40作用在斜盘36上，以调节斜盘36的位置。控制活塞38适于将斜盘36的位置从全冲程位置调节到中立位置。控制活塞38与流体泵20的流体出口26选择性地流体连通。控制活塞38与负载感测补偿器阀组件22流体连通。
偏压构件40适于将流体泵20朝向全冲程位置偏压。偏压构件40包括将斜盘36朝向全冲程位置偏压的弹簧。
负载感测补偿器阀组件22适于在使用流体泵20的系统的流量和压力需求发生改变时用来改变来自流体泵20的流体的流量和流体的压力。在所示实施方式中，负载感测补偿器阀组件22包括负载感测阀42和压力限制补偿器44。在一个实施例中，负载感测补偿器阀组件22位于流体泵20外部。在另一实施例中，负载感测补偿器阀组件22集成到流体泵20。
负载感测阀42提供控制活塞38与流体泵20的排放端口28或流体出口26之间的选择性的流体连通。在所示实施方式中，负载感测阀42是比例式的双位、三通阀。在第一位置P1，负载感测阀42提供控制活塞38与排放端口28之间的流体连通，从而作用在控制活塞38上的流体通过排放端口28被排放到流体存储器32中。当负载感测阀42位于该第一位置P1时，斜盘36通过偏压构件40而朝向全冲程位置被偏压。
在第二位置P2，负载感测阀42提供控制活塞38与流体出口26之间的流体连通，从而增压流体作用在控制活塞38上。当负载感测阀42位于该第二位置P2时，控制活塞38作用在偏压构件40上，以将斜盘36朝向中立位置移动。
负载感测阀42包括第一端46和相对地布置的第二端48。第一端46与负载感测端口30流体连通。来自负载感测端口30的流体作用在第一端46上，以将负载感测阀42致动到第一位置。在所示实施方式中，一轻弹簧50也作用在负载感测阀42的第一端46上，以将负载感测阀42偏压到第一位置P1。在一个实施方式中，作用在负载感测阀42的第一端46上的组合负载等于来自负载感测端口30的流体的压力加上大约200psi至大约400psi。
负载感测阀42的第二端48与流体泵20的流体出口26流体连通。当作用在第二端48上的流体压力大于作用在第一端46上的流体压力时，控制活塞38将斜盘36朝向中立位置的方向上致动，从而减少由流体泵20排出的流体的量。
压力限制补偿器44是一种卸压阀。在所示实施方式中，压力限制补偿器44是比例式的双位、三通阀。压力限制补偿器44包括第一端52和相对地布置的第二端54。来自流体出口26的流体作用在第二端54上，而一重弹簧56作用在压力限制补偿器44的第一端52上。
压力限制补偿器44包括第一位置PC1和第二位置PC2。在第一位置PC1，压力限制补偿器44提供通向排放端口28的流体通路。当压力限制补偿器44位于第一位置PC1而负载感测阀42位于第一位置P1时，作用在控制活塞38上的流体通过排放端口28被排放到流体存储器32。当压力限制补偿器44位于第一位置PC1而负载感测阀42位于第一位置P1时，斜盘36通过偏压构件40被朝向全冲程位置偏压。
在第二位置PC2，压力限制补偿器44提供控制活塞38与流体出口26之间的流体连通，从而增压流体作用在控制活塞38上。当压力限制补偿器44位于该第二位置PC2时，控制活塞38作用在偏压构件40上，以将斜盘36朝向中立位置移动。
当流体出口26中的流体压力升高并接近重弹簧56的负载设定时，压力限制补偿器44朝向第二位置PC2移位，允许流体传送到控制活塞38。当流体作用在控制活塞38上时，斜盘36的位置朝向中立位置移动。该移动持续进行，直到流体泵20的流体出口26处的流体量低得足以将系统压力保持在重弹簧56的负载设定下，或者直到流体泵20处于中立位置。在一个实施方式中，重弹簧56提供大约2500psi至大约3500psi系统压力的负载设定。
现在参照图1，致动器组件14包括致动器60和导向控制阀62。致动器60可以是线性致动器(例如缸等)或者转动式致动器(例如马达等)。在本发明的实施方式中，致动器60是线性致动器。
致动器60包括壳体64。壳体64包括第一轴向端65和相对地布置的第二轴向端66。
壳体64限定一内腔67。内腔67中布置有活塞组件68。活塞组件68包括活塞70和杆72。内腔67包括第一室74和第二室76。第一室74布置在活塞70的第一侧上，而第二室76布置在活塞70的相对地布置的第二侧上。
致动器60包括第一控制端口82和第二控制端口84。第一控制端口82与第一室74流体连通，而第二控制端口84与第二室76流体连通。
导向控制阀62与致动器60流体连通。在所示实施方式中，导向控制阀62是三位、四通阀。导向控制阀62包括第一位置PD1、第二位置PD2和关闭的中央中立位置PDN。
在第一位置，导向控制阀62提供流体泵20与第一控制端口82之间和第二控制端口84与流体存储器32之间的流体连通。在所示实施方式中，第一位置PD1导致活塞组件68自壳体64伸出。在第二位置PD2，导向控制阀62提供流体泵20与第二控制端口84之间和第一控制端口82与流体存储器之间的流体连通。在所示实施方式中，第二位置PD2导致活塞组件68缩回。
在所示实施方式中，导向控制阀62通过多个螺线管阀86进行致动。多个定心弹簧88适于将导向控制阀62偏压到中立位置PDN。
泵控制组件10还包括位置传感器100。位置传感器100适于向电子控制单元18提供与致动器60的位置相关的数据。位置传感器100可以是模拟传感器或数字传感器。
在一个实施方式中，位置传感器100适于在活塞70接近壳体64的第一和/或第二轴向端65、66时向电子控制单元18发送信号102。如将在下文更详细地描述的，电子控制单元18使用来自位置传感器100的数据来控制斜坡阀组件16。
现在参照图1和3，将描述斜坡阀组件16。斜坡阀组件16适于基于致动器组件14的致动器60的位置来控制流体泵20的流体输出。斜坡阀组件16包括斜坡阀110和孔口112。
在所示实施方式中，斜坡阀组件16包括进口114、出口116、负载感测通道118和排放通道120。进口114与流体泵20的流体出口26流体连通。出口116与致动器组件14的导向控制阀62流体连通。负载感测通道118与负载感测补偿器阀组件22流体连通。排放通道120与流体存储器32流体连通。
斜坡阀110提供流体泵20的流体出口26与流体泵20的负载感测端口30之间的选择性的流体连通。在所示实施方式中，斜坡阀110是比例式的双位、二通螺线管阀。在第一位置PR1，斜坡阀110阻断与负载感测端口30的流体连通。在第二位置PR2，斜坡阀110提供与负载感测端口30的完全流体连通。一弹簧121将斜坡阀110偏压到第一位置PR1。
响应于来自电子控制单元18(在图1中示出)的输出电流124通过螺线管122致动斜坡阀110。响应于来自位置传感器100的信号102从电子控制单元18输送输出电流124。由于斜坡阀110是比例阀，因此，通过斜坡阀110的流体流量与螺线管122从电子控制单元18接收到的输出电流124成比例。因此，通往负载感测端口30的流体流量与输出电流124成比例。
由于负载感测端口30与流体泵组件12的负载感测阀42的第一端46流体连通，并且由于负载感测阀42用于调节斜盘36的位置，该斜盘控制来自流体泵20的流体流量，因此，来自流体泵20的流体流量与输出电流124成比例。如下文将更详细地描述的，输出电流124可被编程以在致动器组件14的活塞70达到壳体64的第一和第二轴向端65、66的其中之一时防止流体压力的峰值。
在所示实施方式中，斜坡阀110还包括适于手动致动的致动构件。该致动构件允许对螺线管122的手动操作。
孔口112提供负载感测通道118与排放通道120之间的流体连通。当斜坡阀110位于第一位置PR1时，作用在流体泵组件12的负载感测阀42的第一端46上的流体通过孔口112被排放到流体存储器32。当斜坡阀110被致动从而流体从进口114传输到负载感测通道118时，孔口112被充满。当孔口112被充满时，流体从斜坡阀110被引导到负载感测阀42的第一端46。
现在参照图1-4，将描述运行泵组件10的方法200。在步骤202中，电子控制单元18接收输入信号130。在一个实施方式中，通过使用输入装置(例如操纵杆、方向盘等)的操作者提供输入信号130，该输入装置适于控制工作车辆(例如垃圾车、滑移装载机、反铲挖土机、挖掘机、牵引机等)的功能。
响应于输入信号130，电子控制单元18在步骤204中向斜坡阀110的螺线管122传送输出电流124。输出电流124适于将斜坡阀110从第一位置PR1移动到第二位置PR2(即，打开斜坡阀110)。
现在参照图5，示出了输出电流124的示例性的曲线图。输出电流124的该曲线包括上升部分132、维持部分134和下降部分136。在上升部分132，输出电流124的大小在预定时间t上增加，从而斜坡阀110被逐渐致动到第二位置PR2(即，打开斜坡阀110)。在上升部分132中，输出电流124在初始时刻t0为零，而在时刻t1增大到全功率。在一个实施方式中，初始时刻t0与时刻t1之间的时间小于大约500ms。在另一实施方式中，初始时刻t0与时刻t1之间的时间在大约200ms至大约500ms的范围内。
在下降部分136中，输出电流124的大小在预定时间t上减小，从而斜坡阀110逐渐被致动到第一位置PR1(即，关闭斜坡阀110)。在下降部分136中，输出电流124在时刻t2处于给定功率下并在t3时减小为零。在一个实施方式中，时刻t2与时刻t3之间的时间小于大约1000ms。在另一实施方式中，时刻t2与时刻t3之间的时间在大约200ms至大约1000ms的范围内。在再一实施方式中，时刻t2与时刻t3之间的时间等于初始时刻t0与时刻t1之间的时间。
现在参照图1-5，当电子控制单元18接收到输入信号130时，在步骤204中，输出电流124的上升部分132被传送到螺线管122。斜坡阀110致动到第二位置PR2导致来自流体泵20的流体出口26的流体与负载感测阀42的第一端46连通。负载感测阀42的第一端46处的流体逐渐将负载感测阀42移位到第一位置P1，从而逐渐增大流体泵20的排量。
在步骤206中，电子控制单元18从位置传感器100接收信号102，该信号表示活塞70靠近致动器14的壳体64的第一和第二轴向端65、66其中之一。响应于信号102，在步骤208中，输送电流124的下降部分被传送到斜坡阀110的螺线管122。
输出电流124在下降部分136中的减小导致斜坡阀110逐渐地从第二位置PR2被致动到第一位置PR1。当斜坡阀110被逐渐地致动到第一位置PR1时，作用在负载感测阀42的第一端46上的流体通过孔口112与流体存储器32连通。随着作用在负载感测阀42的第一端46上的流体被排放到流体存储器32中，流体泵20的排量减小。流体泵20的减小的排量导致通过流体泵20去往致动器组件14的流率减小。在一个实施方式中，流体泵20的斜盘36适于当活塞70到达致动器组件14的壳体64的第一和第二轴向端65、66其中之一时被布置在中立位置。
当致动器60到达其行程极限时流体泵20的可变排量机构36的逐渐减小削减了或防止了泵控制组件10的流体中的压力峰值。压力峰值的削减使得泵控制组件10的运行更平稳。
在不偏离本发明的范围和精神的情况下本领域技术人员将能够显见本发明的各种变型和改变，并且应理解，本发明的范围不应被不恰当地限制于本文列举的示例性的实施方式。

Claims (18)

1.一种泵控制组件，包括：
流体泵组件，该流体泵组件包括：
具有流体进口和流体出口的流体泵，该流体泵包括可变排量机构；
适于调节可变排量机构的位置的负载感测阀，该负载感测阀具有第一端和相对地布置的第二端；
与流体泵组件流体连通的致动器；
用于监测致动器的位置的位置传感器；
提供流体泵的流体出口与负载感测阀的第一端之间的选择性的流体连通以调节可变排量机构的斜坡阀；和
与位置传感器和斜坡阀电通信的电子控制单元，其中，该电子控制单元响应于致动器的位置向斜坡阀传送输出电流信号，该输出电流信号包括适于在预定时间间隔上将可变排量机构调节到中立位置的下降部分。
2.根据权利要求1所述的泵控制组件，其特征在于，所述斜坡阀包括比例式的螺线管。
3.根据权利要求1所述的泵控制组件，其特征在于，所述致动器是具有第一轴向端和相对地布置的第二轴向端的线性致动器。
4.根据权利要求3所述的泵控制组件，其特征在于，当所述致动器的活塞靠近第一和第二轴向端其中之一时，输出电流信号被传送到所述斜坡阀。
5.根据权利要求3所述的泵控制组件，其特征在于，当所述致动器的活塞接近第一和第二轴向端其中之一时，所述流体泵的流率减小。
6.根据权利要求1所述的泵控制组件，其特征在于，所述时间间隔在大约200ms至大约1000ms的范围内。
7.根据权利要求1所述的泵控制组件，其特征在于，还包括在所述负载感测阀的第一端与一流体存储器之间提供流体连通的孔口。
8.一种泵控制组件，包括：
流体泵组件，该流体泵组件包括：
具有流体进口和流体出口的流体泵，该流体泵包括可在中立位置与第一位置之间移动的可变排量机构；
适于调节可变排量机构的位置的负载感测阀，该负载感测阀具有第一端和相对地布置的第二端；
与流体泵组件流体连通的致动器，该致动器包括：
具有第一轴向端和相对地布置的第二轴向端的壳体，该壳体限定有一内腔；
布置在所述壳体的内腔中的活塞；和
包括一斜坡阀的斜坡阀组件，该斜坡阀与流体泵的流体出口流体连通；以及
电子控制单元，该电子控制单元构造成当致动器的活塞接近第一和第二轴向端其中之一时以电子方式致动该斜坡阀，以提供流体泵的流体出口与负载感测阀的第一端之间的流体连通，从而使可变排量机构朝向中立位置移动。
9.根据权利要求8所述的泵控制组件，其特征在于，所述斜坡阀包括比例式的螺线管。
10.根据权利要求9所述的泵控制组件，其特征在于，还包括用于监测所述壳体的内腔中的活塞的位置的位置传感器。
11.根据权利要求10所述的泵控制组件，其特征在于，所述电子控制单元与所述位置传感器和所述斜坡阀的比例式的螺线管电通信。
12.根据权利要求8所述的泵控制组件，其特征在于，所述流体泵是轴向的活塞泵，所述可变排量机构是斜盘。
13.根据权利要求8所述的泵控制组件，其特征在于，所述斜坡阀组件包括一孔口，该孔口提供了负载感测阀的第一端与一流体存储器之间的流体连通。
14.一种用于致动泵控制组件的方法，包括：
提供泵控制组件，该泵控制组件包括：
具有流体进口和流体出口的流体泵，该流体泵包括可变排量机构；
适于调节可变排量机构的位置的负载感测阀，该负载感测阀具有第一端和相对地布置的第二端；
与流体泵的流体出口流体连通的致动器；和
提供流体出口与负载感测阀的第一端之间的选择性的流体连通的斜坡阀；
接收来自一位置传感器的信号，其中该位置传感器适于监测致动器的位置；
当致动器接近致动器的行程极限时将一输出电流信号传送到斜坡阀，从而使可变排量机构朝向中立位置移动，其中所述输出电流信号的曲线包括幅值随时间减小的下降部分。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述位置传感器是数字传感器。
16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述斜坡阀包括比例式的螺线管致动器。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述输出电流信号被传送到斜坡阀的比例式的螺线管致动器。
18.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，在大约200ms至大约1000ms的时间间隔范围内，输出电流的幅值减小为零。
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