CN103727086B - 一种液控比例阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于电动汽车液压助力系统的液控比例阀，属液压元件技术领域。它包括阀体、对中弹簧、阀芯、阀套、柱塞、调整弹簧和调节螺钉等。阀孔有五道沉割槽，分别与油口X、P、A、T及Y连通。阀芯有两个台肩，右台肩两端面与沉割槽形成两条节流边，分别控制进油口P至出油口A以及油口A至回油口T的阻尼。当油口X无压力时，阀芯在弹簧作用下处于零位，出油口A无压力。当油口X有输入压力时，阀芯右移，P-A节流边开启，出油口A有压力输出。因弹簧很软故控制油口X油压与阀芯左端面积之乘积近似等于出油口A油压与柱塞端面积之积，即输出油压与输入油压之比近似为柱塞截面积与阀芯截面积之比。

Description

一种液控比例阀

技术领域

本发明涉及一种液控比例阀，属液压元件技术领域。

背景技术

液控比例阀是在研究电动汽车液控泵／马达助力系统时，为解决液控泵／马达排量控制问题而发明的。近年来，为了节约能源保护环境，电动汽车作为主要技术方案而备受关注。发展电动汽车的主要技术障碍是动力蓄电池技术。容量是电池最为重要的性能指标。单体电池容量不是定数，它与电池的使用情况尤其是充放电倍率有关。过高的充放电倍率会明显减小电池容量和循环使用寿命，因此，实际使用中电池的充放电倍率是被严格控制的，故而，现有动力电池还不能很好的适应车辆启动、爬坡等工况对瞬间大电流的要求。针对这一问题，有学者提出电动汽车液压助力方案。液压传动功率密度大，适合电动汽车启停阶段瞬时功率大的特点。车辆制动时可利用车辆惯性力驱动液压泵将车辆动能转化为液压能储存在液压蓄能器中。车辆起步或加速时，再用蓄能器存储的液压能驱动液压马达给电机助力。因为有液压辅助动力装置在电力驱动和负载之间起功率缓冲作用，故可减小动力电池的瞬时充放电倍率。目前，液压助力方案都是采用电液控制技术，其优点是自动化程度高，调节方便，缺点是系统复杂，故障环节多，对维修技术和使用环境要求高。全液压助力方案用液控比例阀代替电液比例阀，因为没有复杂的电控器，故对环境温度、湿度、灰尘及振动都不敏感，检修难度也低。但目前市场上没有适合上述用途的电液比例阀产品。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种适合电动汽车液控泵／马达液压助力方案的液控比例阀。所述液控比例阀包括丝堵、阀体、对中弹簧、阀芯、阀套、柱塞、螺钉、调整弹簧、弹簧套筒、密封套、推杆和调节螺钉。上述阀体中设有阀孔及五道沉割槽，沉割槽经油道从左至右依次与控制油口X、进油口P、出油口A、回油口T及阀口Y连通形成五个油腔，依次为控制油腔、进油腔、出油腔、回油腔和弹簧腔。其中，出油口A还经另外一条油道与阀口Y连通。上述阀芯为两台肩结构，其中右台肩两端削边，余下完整圆柱面比相应沉割槽略宽，形成两条节流边，即P-A节流边和A-T节流边，分别控制油口P至出油口A及出油口A至回油口T的阻尼。阀芯左端位于控制油腔，右端位于回油腔。回油腔与弹簧腔之间镶有阀套，阀套中装有柱塞，柱塞左端位于回油腔且与阀芯右端面抵触，柱塞右端位于弹簧腔。阀孔左端用丝堵密封，右端有弹簧套筒密封。阀芯与阀孔，柱塞与阀套的配合间隙同普通滑阀。阀芯左端控制油腔内置弹簧，对阀芯产生右向推力。弹簧腔中的弹簧经柱塞对阀芯产生左向推力。当控制油口X无有压力时，阀芯及柱塞在两端弹簧作用下保持在零位，除了出油口A与阀口Y始终连通外，其他油口互不相通，此时出油口A没有压力油输出。当控制油口X有压力油输入时，阀芯左端控制油腔产生压力，推动阀芯右移，上述P-A节流口开启，出油腔和弹簧腔压力上升，出油口A有压力输出。因阀芯两端弹簧很软，阀芯上的液动力有限，故作用于阀芯上的液压力大体上是平衡的。若回油口T油压为零，则控制油口X油压与阀芯左端面积之乘积近似等于出油口A油压与柱塞横截面之积，即输出油压与输入油压之比近似为阀芯截面积与柱塞截面积之比。若出油口A的油压高于设定值，阀芯将左移，P-A节流口关小乃至关闭，A-T节流口开启，出油口A的油压下降至设定值，即与进油口X油压之比等于阀芯截面积与柱塞截面积之比。

本发明的特点

该阀在结构上能够保证X口和A口压力间的比例关系。T口接高压蓄能器能对其压力波动进行补偿。结构简单，成本明显低于电液比例阀。

附图说明

图1为液控比例阀结构示意图

图中标记：25.丝堵，26.阀体，27.对中弹簧，28.阀芯，29.阀套，30.柱塞，31.螺钉，32.调整弹簧，33.弹簧套筒，34.密封套，35.推杆，36.调节螺钉

图2为电动汽车液控泵／马达助力系统原理图

图中标记：1.变速器，2.电机，3.分动器，4.液控比例阀，5.液压泵／马达，6.溢流阀，7.电磁换向阀，8.液控单向阀，9.高压蓄能器，10.低压蓄能器，11.固定阻尼孔，12.节流阀，13.单向顺序阀二，14.制动主缸，15.行程开关二，16.制动踏板机构，17.梭阀，18.单向顺序阀一，19.位移传感器，20.助力缸，21.行程开关一，22.“油门”踏板机构

图3为助力缸结构示意图

图中标记：40.接头，41.连接板，42.柱塞，43.防尘圈，44.密封圈，45.导套，46.缸筒，47.活塞，48.弹簧，49.密封套，50.推杆，51.调节螺钉，52.右缸盖，53.锁紧螺母，55.左端盖，19.位移传感器

图4为制动主缸结构示意图

图中标记：60.接头，62.柱塞，63.防尘圈，64.密封圈，65.导套，66.活塞，67.弹簧，68.密封套，69.推杆，70.调节螺钉，71.右缸盖，72.锁紧螺母，73.左端盖，

图5液控泵／马达示意图

图中标记：90.缸体，91斜盘，92.活塞，93.调压弹簧，94柱塞

具体实施方式

所述液控比例阀如图1，包括丝堵25、阀体26、对中弹簧27、阀芯28、阀套29、柱塞30、螺钉31、调整弹簧32、弹簧套筒33、密封套34、推杆35和调节螺钉36。上述阀体中设有阀孔及五道沉割槽，沉割槽经油道从左至右依次与控制油口X、进油口P、出油口A、回油口T及阀口Y连通形成五个油腔，依次为控制油腔、进油腔、出油腔、回油腔和弹簧腔。其中，出油口A还经另外一条油道与阀口Y连通。上述阀芯28为两台肩结构，其中右台肩两端削边，余下完整圆柱面比阀体上相应沉割槽略宽，形成两条节流边，即P-A节流边和A-T节流边，分别控制油口P至出油口A及出油口A至回油口T的阻尼。阀芯28左端位于控制油腔，右端位于回油腔。回油腔与弹簧腔之间镶有阀套29，阀套中装有柱塞30，其左端位于回油腔且与阀芯28右端面抵触，柱塞30右端位于弹簧腔。阀孔左端用丝堵25密封，右端有弹簧套筒33密封。阀芯28与阀孔，柱塞30与阀套29的配合间隙同普通滑阀。阀芯28左端控制油腔内置弹簧27，对阀芯28产生右向推力。弹簧腔中的弹簧32经柱塞30对阀芯28产生左向推力。当控制油口X无有压力时，阀芯28及柱塞30在两端弹簧作用下保持在零位，除了出油口A与阀口Y始终连通外，其他油口互不相通，此时出油口A没有压力油输出。当控制油口X有压力油输入时，阀芯28左端控制油腔产生压力，推动阀芯28右移，上述P-A节流口开启，出油腔和弹簧腔压力上升，出油口A有压力输出。因阀芯28两端弹簧很软，阀芯上的液动力有限，故作用于阀芯28上的液压力大体上是平衡的。若回油口T油压为零，则控制油口X输入油压与阀芯28左端面积之乘积近似等于出油口A输出油压与柱塞30横截面之积，即输出油压与输入油压之比近似为阀芯28截面积与柱塞30截面积之比。若出油口A的油压高于设定值，阀芯28将左移，P-A节流口关小乃至关闭，A-T节流口开启，出油口A的油压下降至设定值，即与进油口X油压之比等于阀芯28截面积与柱塞30截面积之比。

关于应用本发明的电动汽车液控泵／马达液压助力系统

包括泵／马达-蓄能器主回路，助力控制回路和制动控制回路。如图2，所述泵／马达-蓄能器主回路包括液压泵／马达5、高压蓄能器9、低压蓄能器10、溢流阀6、电磁换向阀7、液控比例阀4、液控单向阀8、固定阻尼孔11、节流阀12、梭阀17。其中液压泵／马达5的传动轴经分动器3与电机2、驱动桥连接，其进出油口分别与电磁换向阀7的A、B油口连接。电磁换向阀7的P、T油口分别与高压蓄能器9及低压蓄能器10连接。溢流阀6与液压泵／马达5并联。液控单向阀8、固定阻尼孔11、节流阀12串接在高压蓄能器9和液压泵／马达5的控制油口之间。液控比例阀4的油口P、A分别和高压蓄能器9及液压泵／马达5的排量控制油口K连接，油口T与固定阻尼孔11和节流阀12之间的三通连接，控制油口x与梭阀17出油口及液控单向阀8的控制油口连接。所述助力控制回路包括单向顺序阀一18、助力缸20、位移传感器19、行程开关一21及“油门”踏板机构22。其中梭阀17的左进油口接单向顺序阀一18的出油口，单向顺序阀一18的进油口接助力缸20的出油口，位移传感器19与助力缸20机械固定连接。助力缸柱塞42外伸端与“油门”踏板机构22铰接。所述制动控制回路包括制动踏板机构16、制动主缸14、单向顺序阀二13及行程开关二15。其中制动踏板机构16与制动主缸柱塞外伸端铰接。制动主缸14出油口与单向顺序阀二13进油口及梭阀17右进油口连接。单向顺序阀二13出油口接汽车的制动轮缸。

所述液压泵／马达5可采用国产MYCY-14系列产品，但要对其变量机构进行改造。图5和图6为改造后原产品在变量机构控制压力为零时排量处于最大位置，排量随控制压力升高而减小。变量机构改造后，当控制压力为零时，排量亦为零，排量随控制压力升高而升高。

系统工作原理

待机工况

车辆静止或正常运行时液压助力系统不参与工作，处于待机状态。此时，助力缸20压力较低，制动主缸14没有压力，单向顺序阀一18和单向顺序阀二13都未开启，液控比例阀4的输出压力为零，液压泵／马达5控制油压为零，斜盘91倾角为零，排量为零。此时，电磁换向阀7处于中位，液压泵／马达5由分动器3带动空运转。液控单向阀8将高压蓄能器9封闭。

制动工况

车辆制动时踩下制动踏板16，制动主缸柱塞62向右移动，行程开关二15发出位移信号，经继电器使电磁铁DT3得电4。电磁换向阀7换向，液压泵／马达5的I油口、O油口分别与低压蓄能器10、高压蓄能器9连接，液压泵／马达5处于泵工况。踏板16带动制动主缸柱塞62向右移动，缸内油压上升，压力油推动活塞66右移压缩弹簧67，缸内油压平缓上升。压力油经梭阀17到达液控比例阀4的控制油口x，在阀芯28左端产生压力。制动主缸输出压力油也使液控单向阀8导通，高压蓄能器9中的压力油经液控单向阀8、固定阻尼孔11、节流阀12流向低压蓄能器10，在节流阀12上产生压降，该压降对液控比例阀4油口T形成背压，并在阀芯28右端产生压力。阀芯28在左右两端压力作用下向右移动，P-A阀口开启，油口A压力升高，并经阀中油道传导至弹簧腔，作用于柱塞30上。柱塞30向左推动阀芯，使阀口关小，油口A压力随之减小。阀芯28在左右两端压力及柱塞30的作用下趋于平衡。若不考虑油口T背压的补偿作用，油口A的压力与控制油口x的压力比约等于阀芯28的端面积与柱塞30横截面积之比，故液控比例阀4输出压力与制动主缸14输出压力成比例，即与制动主缸柱塞62的位移成比例。如图5，液压泵／马达5排量控制活塞92的位移与液控比例阀4输出压力成比例，故液压泵／马达5排量与制动主缸柱塞62位移成比例，即与制动踏板16行程成比例。液压泵／马达5排量增大使其输入扭矩增大，因其转轴经分动器3与驱动桥啮合，故使汽车的行驶阻力增加。

液压泵／马达5从低压蓄能器10吸入低压油泵入高压蓄能器9，就是把车辆的动能转化为液压能存储在液压蓄能器中。

若遇紧急情况用力深踩制动踏板，则制动主缸14的压力会急剧升高。当压力达到单向顺序阀13的调定压力时，顺序阀开启，压力油进入制动轮缸。此时，由液压泵／马达5产生的制动力和制动轮缸制动力同时作用形成复合制动。制动过程结束，松开制动踏板，制动主缸柱塞62复位，制动轮缸释放，液控比例阀4、电磁换向阀7均复位，液压泵／马达5排量回零，制动力消失，液控单向阀8关闭。

液压泵／马达5的扭矩与其排量和工作压力成正比，在其排量一定时，若高压蓄能器9的压力降低，则液压泵／马达5的扭矩便会减小。前述液控比例阀4油口T的背压随高压蓄能器9压力降低而减小，液控比例阀4的出口压力则随其油口T背压的减小而增大，见图1、图2，故由前述可知，当高压蓄能器9压力降低时，液压泵／马达5的排量会增加，这样便可补偿高压蓄能器9压力降低所引起的制动扭矩下降。通过节流阀12可调节压力补偿的强度。

助力工况

车辆正常行驶时只需轻踏“油门”踏板，此时与助力缸柱塞42固联的位移传感器发出信号使动力电机2运转。车辆启动加速时，需用力深踩“油门”踏板，当柱塞42达到一定行程时，动力电机2电流接近限定值，踏板机构触发行程开关21动作，使继电器切换，电磁铁DT2得电，电磁换向阀7换向，液压泵／马达5的O油口、I油口分别与低压蓄能器10、高压蓄能器9连接，液压泵／马达5变为马达工况。因用力深踩油门，助力缸20压力迅速上升，当压力达到单向顺序阀18设定压力时，单向顺序阀18开启，其输出压力油经梭阀17使液控比例阀4开启，液压泵／马达5排量从零开始增加。液压泵／马达5排量和液控比例阀4出口压力成比例，因而与助力缸20压力成比例即与“油门”踏板行程成比例。马达排量增加使其输出扭矩增加，车辆动力增加，电机2负荷因此减小，驱动电流减小。启动过程结束，放松“油门”，助力缸压20压力下降，单向顺序阀18关闭，液控比例阀4复位，液压泵／马达5排量回零，车辆由电机单独驱动。液压马达驱动车辆过程中，储存在高压蓄能器9中的高压油返回低压蓄能器，车辆制动时回收的能量被释放，高压蓄能器9排空，为下一次制动蓄能做准备。

Claims (1)

1.一种液控比例阀，其特征在于：包括丝堵(25)、阀体(26)、对中弹簧(27)、阀芯(28)、阀套(29)、柱塞(30)、螺钉(31)、调整弹簧(32)、弹簧套筒(33)、密封套(34)、推杆(35)和调节螺钉(36)；上述阀体中设有阀孔及五道沉割槽，沉割槽经油道分别与控制油口X、进油口P、出油口A、回油口T及弹簧腔卸油口Y连通，形成五个油腔，分别为控制油腔、进油腔、出油腔、回油腔和弹簧腔；其中，出油口A还经另外一条油道与弹簧腔卸油口Y连通；上述阀芯(28)为两台肩结构，其中右台肩两端削边，其完整圆柱面比相应沉割槽略宽，形成两条节流边，即P-A节流边和A-T节流边，分别控制油口P至出油口A及出油口A至回油口T的阻尼；阀芯(28)左端位于控制油腔，右端位于回油腔；回油腔与弹簧腔之间镶有阀套(29)，阀套中装有柱塞(30)，柱塞(30)左端位于回油腔且与阀芯(28)右端面抵触，柱塞(30)右端位于弹簧腔；阀芯(28)左端控制油腔内置对中弹簧(27)，对阀芯(28)产生右向推力；弹簧腔中的调整弹簧(32)经柱塞(30)对阀芯(28)产生左向推力。