CN106885002A - 在塑料阀体中具有金属套的控制阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种控制阀，包括阀体、阀芯和致动器。阀体包括塑料阀体壳以及被接纳在阀体壳内的金属套。阀芯被接纳在金属套中并可在第一位置与第二位置之间运动。致动器连接到阀体和阀芯。该控制阀以较少的成本和生产时间具有使控制阀与相关系统匹配所需的复杂几何形状，同时提供高质量的阀。(摘要附图：图2A)。

Description

在塑料阀体中具有金属套的控制阀

相关申请的交叉引用

本申请基于2015年12月15日提交的、名称为“Metal Sleeve Within A PlasticValve Body(塑料阀体中的金属套)”的美国临时专利申请第62/267,575号的优先权，该申请的全部内容以参考的方式纳入本文。

技术领域

本发明涉及控制阀。更特别地，本发明涉及液压控制阀，其具有位于塑料阀体中的金属套。

背景技术

在与控制阀有关的技术领域中可以知道的是，阀体通常由诸如铝块或者铸造铝部件之类的金属棒料、块或者铸造金属加工而成。控制阀通常包括在阀体外表面上加工而成的几何形状，这些几何形状可以布置为将控制阀联接到相关系统(例如，可变排量油泵或者凸轮相位系统)。

期望是要提供一种控制阀体，其以较少的成本和生产时间具有使控制阀与相关系统匹配所需的复杂几何形状，同时提供高质量的阀。

发明内容

在一个方面，本发明提供了一种控制阀，包括阀体、阀芯和致动器。阀体包括塑料阀体壳以及容纳在阀体壳中的金属套。阀芯接纳在金属套中并可以在第一位置与第二位置之间运动。致动器联接到阀体以及阀芯。

在另一个方面，本发明提供了控制阀的阀体。控制阀包括配置为使阀芯在阀体内移动的致动器，以及布置在致动器与阀体之间的联接件。阀体包括塑料阀体壳和大体上圆柱状的金属套。塑料阀体壳限定内孔、第一壳端口和第二壳端口。大体上圆柱状的金属套被压配到内孔中并配置为接纳阀芯。金属套限定了与第一壳端口流体连通的第一套端口，以及与第二壳端口流体连通的第二套端口。

在另一个方面，本发明提供了制造控制阀的方法。控制阀包括阀体，阀体具有限定内孔的塑料阀体壳以及限定环形突出部的金属套、阀芯、包括了套式突出部的联接件以及致动器。该方法包括将套压配到阀体壳中以使得环形突出部密封住内孔、将阀芯插入套中，将套式突出部插入套中以及将致动器联接到联接件和阀体。

本发明的前述和其它方面以及优点会从下面的说明书中变得清楚。在说明书中参考了附图，这些附图形成为说明书的一部分，且附图中通过示例的方式示出了本发明的优选实施例。然而，这种实施例不必然代表了本发明的全部范围，因此要参考权利要求和本文来解释本发明的范围。

附图说明

在考虑下面的详细说明时，本发明会被更好地理解，且以上提出的那些之外的特征、方面和优点会变得清楚。参考以下附图进行这种详细说明：

图1为根据本发明的一个方面的控制阀的立体图。

图2A为图1中的控制阀沿图1中的线2A-2A获得的剖视图，其中，控制阀位于第一布置。

图2B为图1中的控制阀沿图1中的线2A-2A获得的剖视图，其中，控制阀位于第二布置。

图2C为图1中的控制阀沿图1中的线2A-2A获得的剖视图，其中，控制阀位于第三布置。

图3为图1中的控制阀的详细剖视图。

图4为图1中的控制阀的套的立体图。

图5为图1中的控制阀的详细剖视图。

具体实施方式

在详细阐述本发明的任何实施例之前，要理解的是，本发明的应用不限于以下说明书中所提出或者以下附图中所示出的构造细节和部件布置。本发明能够有其他的实施例并能以各种方式实践或者执行。同样，要理解的是，本文中所使用的词组和术语是出于描述的目的并且不应被认为是限定。“包括”、“包含”或者“具有”及其变形在本文中的使用表示包括了下文所列项目及其等同方式以及额外的项目。除非另外指出或者限定，术语“安装”、“连接”、“支承”和“联接”及其变形被广泛使用并且包含了直接和间接的安装、连接、支撑以及联接。此外，“连接”和“联接”不限于物理或者机械的连接或者联接。

提出以下论述是要使得本领域技术人员能够制造并使用本发明的实施例。对所示实施例的各种修改对本领域技术人员来说是显而易见的，且本文中的一般原理可应用于其他实施例和应用中，而不会脱离本发明的实施例。因此，本发明的实施例并非意在限制于所示实施例中，而是符合与本文中所公开原理和特征相一致的最宽范围。下面的详细说明要参考附图来阅读，其中，不同附图中的相同元件具有相同的附图标记。并非按照尺寸绘制的附图示出了选择后的实施例，并且并非旨在限制本发明实施例的范围。本领域技术人员会认识到本文所提供的示例具有很多有用的替换方式，并且都落入了本发明实施例的范围中。

图1示出了控制阀10，控制阀10可以包括致动器14、联接件16、阀体18以及阀芯22(见图2)。在一个实施例中，控制阀10可以是比例可变排量油泵控制阀。在其他实施例中，控制阀10可以按照所需为凸轮相位控制阀或者另一种类型的控制阀。

转至图2，致动器14可以是电子致动器，诸如螺线管致动器，并包括限定空腔30的致动器壳体26、电气连接件34以及凸耳38。绕组42可以布置在空腔30之中并限定内孔46，且可以电联接到电气连接件34。内衬50可以接纳在内孔46之中并包括凸缘54和封闭端58。呈活塞62形式的衔铁的尺寸定为可以接纳在内衬50中并可以在第一位置(见图2A)、第二位置(见图2B)与第三位置(见图2C)之间运动。封闭端58的几何形状可以作为活塞62的止挡件，并抑制常被称为工作锁定(joblocking)的流体膜粘连效应。杆66可刚性联接到活塞62并从活塞62起延伸。活塞62可以限定呈通道68形式的孔，通道68延伸穿过活塞62，以提供穿过活塞62的流体连通。活塞62也可以包括呈凹部70形式的支承机构，凹部70绕着活塞62径向布置，且球轴承74布置在凹部70中。在所示的致动器14中，五个支承机构可以绕着活塞62周向地间隔，以在第一位置、第二位置与第三位置之间提供平顺的运动。在其他实施例中，多于或者少于五个的支承机构可以绕着活塞62周向地间隔。

联接件16可以包括极片78和安装架82。极片78可以限定联接凸缘86、尺寸定为接纳活塞62的活塞接纳部90、套式突出部94、在活塞接纳部90与套式突出部94之间延伸且尺寸定为接纳杆66的杆孔98以及在活塞接纳部90与套式突出部94之间提供流体连通的通孔102。套式突出部94可以从联接凸缘86起延伸并可以限定大体上圆柱状的侧壁106和锥形部110。联接凸缘86可以限定凹部114，凹部114的尺寸定为接纳内衬50的凸缘54。安装架82可以绕着极片78被接纳在联接凸缘86与致动器壳26之间，以将内衬50保持在位。

转至图3，阀体18可以包括阀体壳118和套122。阀体壳118可例如通过注模由塑料构建，并可以限定匹配部126，匹配部126可以包括截头圆锥表面130和凸缘表面134。阀体壳118还可以包括呈大体上圆柱形外表面138形式的匹配的几何形状、尺寸定为接纳呈O形环146形式的密封件的泵密封件凹部142、多个泵端口150、尺寸定为接纳呈O形环158形式的密封件的控制密封件凹部154、多个控制端口162、尺寸定为接纳呈O形环170形式的密封件的阀密封件凹部166以及底壁174。大体上圆柱形的内孔178可以从凸缘表面134延伸到底壁174，且容器端口182可以穿过底壁174为内孔178提供流体连通。阀体壳118的匹配几何形状可以构建为与期望的系统匹配并提供期望的密封连接。例如，在另一个实施例中，控制阀10可以布置用于凸轮相位系统中，并可以包括合适的设置端口位置和密封位置来满足这种系统(的要求)。在某些实施例中，可以按照需要将泵端口150和控制端口162中的每个设置为多于一个或少于一个。在其他实施例中，端口150、162、182可以构建有螺纹或者其他匹配特征，以允许管路的直接连接。

在替代的实施例中，匹配的几何形状包括外表面138，外表面138可以紧密公差构建，而密封件凹部142、154、166和密封件146、158、170取消，从而通过系统部件孔与外表面138之间的小空隙来控制泄漏。在另外的替代方式中，外表面138可以紧密公差构建并包括密封件凹部142、154、166，从而终端用户可选择利用密封件146、158、170或者外表面138的紧密公差来控制泄漏。

转至图4，套122由有或者没有进行硬质阳极化的铝或者其他金属(例如，诸如钢之类的含铁金属)构建，并可以限定光滑下阀孔186和光滑上阀孔190，光滑下阀孔186限定了第一直径，光滑上阀孔190限定了可能小于第一直径的第二直径。套122可以包括布置为与阀体壳118的泵端口150对齐的套泵端口194，以及布置为与阀体壳118的控制口162对齐的套控制端口198。套122可以限定大体上圆柱形外表面202，外表面202在第一端203与第二端204之间延伸。呈环形突出部206形式的第一局部轻压配合区域可以布置在套控制端口198与套泵端口194之间。呈现环形突出部210形式的第二局部轻压配合区域可以布置在泵端口194与第一端203之间。环形突出部206、210限定了直径，该直径可以稍稍大于阀体壳118的内孔178的直径，从而可以形成压配合且通过每个环形突出部206、210和内孔178的相互作用来提供密封。

回到图3，阀芯22可以是滑动类型阀芯并可以包括布置为密封住上阀孔190的第一阀面214、布置为选择性地控制通过套控制端口198的流量的第二阀面218以及第一阀面214与第二阀面218之间的槽222。第二阀面218的尺寸定为使得密封区域小于控制端口198的直径。如以下会更详细地论述的，第二阀面218和控制端口198的相对尺寸可以允许第二阀面218布置为同时给泵端口194和容器端口182都提供少量流量。阀芯22还可以限定孔226，孔226在第一端表面230与第二端表面234之间延伸，且可以在第二端表面234中形成弹簧凹部238。可以在第一阀面214与第一端表面230之间形成通孔240。

以下将参考图2A来描述控制阀10的组装。为了组装控制阀10，可以将套122压到阀体壳118的内孔178中，使得套122的环形突出部206、210与内孔178密封地接合。随着套122被压入到位，套122的套泵端口194可以与阀体壳118的泵端口150对齐，且套控制端口198可以与阀体壳118的控制端口162对齐。环形突出部206、210可以提供对内孔178的密封，并将泵端口150与控制端口162以及容器端口182相隔离(经由阀内部泄漏路径)。

可以将呈弹簧盖242形式的偏置元件保持器插入到阀体壳118的内孔178中并与底壁174邻接。弹簧盖242的尺寸可大于容器端口182。呈弹簧246形式的偏置元件可以与弹簧盖242接合，且然后可以将阀芯22插入到套中，使得第二阀面218与光滑下阀孔186接合，且第一阀面214与光滑上阀孔190接合。弹簧246可以被接纳在阀芯22的弹簧凹部238中，并可以使阀芯偏置远离阀体壳118的底壁174。

接着，通过将内衬50的凸缘54定位在凹部114中并在联接件凸缘86与安装架82之间受压，以使得活塞62和杆66与绕组42流体隔离，可以将致动器14附连至联接件16。接着，组装后的联接件16和致动器14可以联接到组装后的阀体18。

套122可与极片78的套式突出部94对齐并与其接合。锥形部110可以让居中和插入简单且精确，而圆柱形侧壁106可以在操作期间支承套122。当套式突出部94可以完全插入到套122中时，套122的第一端203与联接凸缘86接合，套122的第二端204与阀体壳118的底壁174接合，以分别将套122与联接件16和阀体壳118密封。

如图5中所示，套122限定了长度，该长度可以长于阀体壳118的内孔178的长度，使得当套122的第一端203与联接凸缘86接合时，可能在阀体壳118的凸缘表面134与极片78的联接凸缘86之间产生间隙250。存在于套122的第一端203与连接凸缘86之间的间隙250可以使套122能够在极片78与阀体壳118之间保持受压。由于套122保持受压，套122的第二端204可以被偏置到阀体壳118的底壁174处，由此将控制端口162、198与容器端口182之间的泄漏路径封住。

随着控制阀10被宽松地组装，致动器壳体26的凸耳38可以被弯曲在阀体壳118的截头圆锥表面130上，以将阀体壳118固定到联接件16并压缩在联接件16与阀体壳118之间的套122。

随着控制阀10的完全组装，可以将密封件146、158、170安装到它们各自的凹部142、154、166中，且可以将控制阀10安装到油泵系统中。上述组装顺序可以更改而不改变本发明的范围。

在操作中，且在泵端口150和194中不存在实质压力的情况下，弹簧246可以将阀芯22偏置至第一位置(见图2A)。在第一位置，阀芯22提供控制端口162与容器端口182之间的流体连通，并且将泵端口150与控制端口162和容器端口182隔离。如果泵端口150、194中压力大体上增加，则阀芯22可以运动至第二位置(见图2B)，最终在由弹簧246的设计和两个阀芯阀面214、218的差别面积所预定的压力下将泵端口150、194连接到控制端口162、198。

当通过控制电路(未示出)来命令的时候，电信号可以提供给电气连接件34，以激励绕组42，并使活塞62和杆66运动至第二位置(见图2B)。作用在活塞62上的磁力与作用在差别阀芯面积上的泵端口150、194中的压力一起可以导致杆66抵抗弹簧246的偏置和作用于差别阀芯面积上的容器端口182的压力而作用并使阀芯22运动抵抗弹簧246的偏置和作用于差别阀芯面积上的容器端口182的压力。在第二位置，阀芯22可被定位使得控制端口162、198对泵端口150、194以及容器端口182都稍稍打开。

当通过控制电路来命令的时候，另一电信号可以提供给电气连接件34，以激励绕组42，并使活塞62和杆66运动至第三位置(见图2C)。在第三位置，可以在控制端口162与泵端口150之间经由槽222提供流体连通。当电信号可以从电气连接件34中移除时，弹簧246的偏置和作用在阀芯差别面积上的容器端口182的压力可以使阀芯22运动回到第一位置，或者那些力与来自泵端口150、194中作用在阀芯差别面积上的压力的力相平衡的位置。

上述控制阀10可以是比例可变排量油泵控制阀。在其他实施例中，控制阀可布置为凸轮相位控制阀。此外，本发明的各个方面可按照期望应用到其他阀应用中。套122可以由已被硬质阳极化以提供高耐磨性以及污染耐久性的铝构建，。在其他实施例中，可以用另外的金属代替铝。例如，可以采用不锈钢、含铁合金、青铜或其他金属。此外，可能使用未被硬质阳极化的铝。

阀体壳118可以由诸如塑料、聚合物或者复合材料之类的可注模材料形成，从而允许在阀体壳118外部上形成复杂的几何形状(例如，凹部142、154、166，和形成端口150、162、182的几何形状，以及设计为与过滤器和其他外部部件匹配的几何形状)，并且以与从固体金属机加工的阀体壳或者阀体相比较低的成本具有改善的一致性。在一个实施例中，塑料可以是聚醚酰亚胺(PEI)。在另一个实施例中，塑料可能是聚醚砜(PES)、聚邻苯二甲酰胺(PPA)、聚砜(PSU)或者聚苯硫醚(PPS)。此外，可以按照期望使用其他塑料、聚合物或者复合物，以满足所期望应用的特别材料需求。

在套122中形成了阀芯定时和阀操作的关键公差，从而提供了高品质和高一致性能。套122与阀体壳118之间的压配区域、也即环形突出部206、210布置在与阀芯阀面214、218相隔开的位置上，以防止阀芯22缠绕。换句话说，环形突出部206、210定位使得阀面214、218不会重叠或者接触靠近环形突出部的位置的内阀孔190、186。这种布置提供了更为可靠并且操作平顺的阀。

在本说明书中，已经以使得说明书的书写清晰简洁的方式描述了实施例，但是其所旨且会被理解到的是，各实施例可能以各种方式组合或者分离而不偏离本发明。例如，会理解到，本文中描述的所有优选的特征可以应用到本文所述本发明的所有方面。

因此，尽管已关于具体实施例和示例描述了本发明，但本发明不必受到这样的限制，且多种其他实施例、示例、使用、修改以及从这些实施例、示例、使用的偏离都意在被所附权利要求所涵盖。本文中引用的每个专利和出版物的全部内容都通过参考纳入本文，就如这些专利或者出版物中的每个都通过参考方式独立地纳入本文。

本发明的各种特征和优点在以下权利要求中提出。

Claims (20)

1.一种控制阀，包括：

阀体，包括塑料阀体壳以及罩在所述阀体壳中的金属套；

阀芯，所述阀芯容纳在所述金属套中，并能在第一位置与第二位置之间运动；以及

致动器，联接于所述阀体并联接于所述阀芯。

2.根据权利要求1所述的控制阀，其特征在于，所述塑料阀体壳限定内孔，所述内孔的尺寸设定为接纳金属套。

3.根据权利要求1所述的控制阀，其特征在于，所述金属套压配于所述塑料阀体壳中。

4.根据权利要求1所述的控制阀，其特征在于，所述金属套包括与所述塑料阀体壳压配接合的第一环形突出部，以及与所述塑料阀体壳压配接合的第二环形突出部。

5.根据权利要求1所述的控制阀，其特征在于，所述阀体壳包括第一壳端口和第二壳端口，

其中，所述金属套包括与所述第一壳端口流体连通的第一套端口，以及与所述第二壳端口流体连通的第二套端口，以及

其中，当所述阀芯在所述第一位置时，所述阀芯抑制了所述第一套端口与所述第二套端口之间的流体连通，并且当所述阀芯在所述第二位置时，所述阀芯提供了所述第一套端口与所述第二套端口之间的连通。

6.根据权利要求5所述的控制阀，其特征在于，所述金属套包括在所述第一壳端口与所述致动器之间与所述塑料阀体壳压配接合的第一环形突出部，以及在所述第一壳端口与所述第二壳端口之间与所述塑料阀体壳压配接合的第二环形突出部。

7.根据权利要求6所述的控制阀，其特征在于，所述阀芯包括第一阀面和第二阀面，所述阀芯定位使得当所述阀芯定位在所述第一位置、所述第二位置以及所述第一位置与所述第二位置之间的任意位置时，所述第一阀面和所述第二阀面不与所述第一环形突出部和所述第二环形突出部重叠。

8.根据权利要求1所述的控制阀，其特征在于，所述套限定了套长度，且

其中，所述阀体壳包括内孔，所述内孔的尺寸设定为接纳所述套并限定小于所述套长度的孔长度。

9.根据权利要求1所述的控制阀，其特征在于，所述套由硬质阳极化的铝形成。

10.根据权利要求1所述的控制阀，其特征在于，所述金属套由含铁金属制成。

11.根据权利要求1所述的控制阀，其特征在于，所述控制阀还包括布置在所述致动器与所述阀体之间的极片。

12.根据权利要求11所述的控制阀，其特征在于，所述极片包括套式突出部，所述套式突出部的尺寸设定为能被接纳在套中。

13.根据权利要求12所述的控制阀，其特征在于，所述极片包括密封地与所述套接合的联接凸缘。

14.根据权利要求13所述的控制阀，其特征在于，在所述塑料阀体壳的凸缘表面与联接凸缘之间限定了间隙，以保持所述金属套在所述极片与所述塑料阀体壳之间受压。

15.一种控制阀的阀体，所述控制阀包括配置为使阀芯在所述阀体中运动的致动器，以及布置在所述致动器与所述阀体之间的联接件，所述阀体包括：

塑料阀体壳，所述塑料阀体壳限定内孔、第一壳端口以及第二壳端口；以及

大体上圆柱形的金属套，所述金属套压配于所述内孔中并被构造为接纳所述阀芯，其中，所述金属套限定了与所述第一壳端口流体连通的第一套端口，以及与所述第二壳端口流体连通的第二套端口。

16.根据权利要求15所述的阀体，其特征在于，所述金属套由硬质阳极化的铝制成。

17.根据权利要求15所述的阀体，其特征在于，所述金属套由含铁金属制成。

18.根据权利要求15所述的阀体，其特征在于，所述金属套限定了第一环形突出部，所述第一环形突出部布置为密封住在所述第一壳端口与所述第二壳端口之间的所述内孔。

19.根据权利要求15所述的阀体，其特征在于，所述内孔限定了内孔长度，且所述金属套限定了比所述内孔长度更长的套长度。

20.一种控制阀的制造方法，所述控制阀包括阀体、阀芯、联接件以及致动器，所述阀体具有限定内孔的塑料阀体壳以及限定环形突出部的金属套，所述联接件具有套式突出部，所述方法包括：

将所述套压配于所述阀体壳中，使得所述环形突出部密封住所述内孔；

将所述阀芯插入所述套中；

将所述套式突出部插入所述套中；以及

将所述致动器联接于所述联接件和所述阀体。