CN1201924A - 具有瞬时接通流量放大作用的动态负载信号流体控制器 - Google Patents

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Abstract

一种动态负载检测和流量放大型的流体控制器(17),包括一条带有一个主可变流量控制节流口(43)、和一个流度计(37)的主油路(35、39)。根据本发明,除一个正常负载检测泄油节流口(LD1)之外,还提供了一个负载检测泄油节流口(LD2),节流口(LD2)在主节流口(43)和一个放大节流口(50)打开之后保持稍微打开,以防止流度计(37)上游的压力建立。结果,直到放大节流口(50)打开,才有经流度计(37)的流量,并且流量放大能力对于操作者显得是立即到来的。

Description

具有瞬时接通流量放大作用的动态 负载信号流体控制器
本发明涉及流体控制器，更具体地说，涉及这种即是动态负载信号型又是流量放大型的控制器。
这样一种流体控制器一般用来控制从有压流体源，如车辆泵，到流体压力操纵元件，如车辆转向缸，的流体流量，并称作转向控制单元(SCU)。
在美国专利No.4,759,182中，描述和说明了一种流量放大型的流体控制器，该专利转让给本发明的受让人，并包括在这里以供参考。在流量放大型控制器中，用阀调节流量限定了一条放大油路，该放大油路包括一个可变放大节流口，与流经流度计(fluid meter)的主油路并联。一般地说，主油路包括一个在进口与流度计之间的主可变流量控制节流口(A1节流口)、和一个在流度计与油缸口，即，与转向缸相连的口，之间的可变流量控制节流口(A4节流口)。
在一般的流量放大流体控制器中，可变流量放大节流口(AQ节流口)在A1节流口开始打开之后才开始打开，因为一般由熟悉本专业的技术人员所众所周知的原因，这里不再讨论。所描述的节流口移相装置一般在操作中是满意的，尽管有一些应用中希望转向操作一开始就有可操作的流量放大特征。一个实例是当转向具有一个不等面积转向缸的车辆时，其中使用流量放大能力(在一个转动方向)来补偿油缸的不等面积。正如熟悉本专业的技术人员所懂得的那样，在转向开始时需要使流量放大特征完全可操作(称为“瞬时接通”流量放大)主要发生在当只进行较小转向校正的运输模式(“行驶”)期间，而不是在进行相当大转向校正时的“工作模式”中的操作期间。
在大多数利用流量放大型流体控制器或SCU的车辆上，包括转向的液压回路是负载检测型的。已经发现，当使用老式、常规的静态负载信号回路时，不能实现瞬时接通流量放大。然而，在许多车辆上，包括SCU的回路是“动态负载信号”型的，其一个实例在美国专利No.4,620,416中被说明和描述，该专利转让给本发明的受让人，并包括在这里以供参考。在“动态信号”回路中，分流一部分流向优先负载回路的流量，并把这部分流量确实地“供给”负载检测回路，从而使少量动态信号流体流经负载信号回路，并且一般与SCU中的主油路相混合，但在A1节流口的下游。因而，与其说具有静态负载信号压力，不如说动态信号回路利用了流动信号，以提高负载检测流体源(泵或压力顺序阀等等)的响应特性。
在一种具有流量放大能力的动态信号SCU中，有一种经负载检测回路的恒流量动态信号流体，即使在A1、A4和AQ节流口打开之前，也流经流度计并流出到转向缸。结果，在一般的SCU上，作为动态信号流体流量的结果，方向盘可以严格地以约7RPM转动，并且因为所有这些流体流经流度计，所以发生转向操作，但没有流量放大出现。换句话说，在SCU的这一操作点，流量放大比是1∶1，而不是希望的流量放大比(例如，1.8∶1或2.2∶1等等)。
所以本发明的一个目的在于，提供一种改进的动态信号型流体控制器，具有流量放大能力，其中流量放大能力在转向操作启始时几乎立即成为有效的。
通过提供一种改进的可操作流体控制器来实现本发明的以上和其他目的，该控制器控制流体从一个有压流体源到一个流体压力操纵元件的流量，该流体源包括响应动态负载信号变化来改变至控制器的流体输送量的压力响应装置。该控制器包括限定一个连接到流体源的进口、连接到流体压力操纵元件的第一和第二控制油口、和一个连接到动态负载信号的负载检测口的壳体装置。阀装置布置在壳体中，并且限定一个中间位置和至少一个工作位置，在工作位置壳体装置和阀装置共同限定一条把流体连通地从进口供给到第一控制油口的主油路、和一条与主油路并联的放大油路。主油路包括一个主可变流量控制节流口和一个流度计，而放大油路包括一个可变放大节流口，由此当阀装置移离中间位置到工作位置时，动态负载信号流体进入负载检测口，并在主可变流量控制节流口和可变放大节流口打开之前流经主油路和流度计。
改进的流体控制器的特征在于可操作的装置，以防止在主油路的流度计上游建立流体压力，作为动态负载信号流体从负载检测口流入主油路的结果，至少直到主可变流量控制节流口和可变放大节流口打开。结果，直到主可变流量控制节流口和可变放大节流口都打开，有压流体才流经流度计。因而，车辆操作者感觉到流量放大能力已经“瞬时”接通。
图1是一种动态负载检测、流量放大类型的液压动力转向系统的液压原理图，该系统包括本发明的一个实施例。
图2是包括本发明的流体控制器的主阀件的布置平面图。
图3是本发明流体控制器的随动阀件的布置平面图，比例与图1相同。
图4是主阀和随动阀件在其中位时的放大、部分叠视图。
图5是类似于图4的另一张放大、部分叠视图，但表明移离中间位置的阀调节。
图6是对于本发明阀调节的各种节流口，阀偏转对过流面积曲线图。
图7是流量放大比相对于以RPM表示的转向速度的曲线图，把本发明与先有技术相比较。
现在参照意图不在于限制本发明的附图，图1是一种动态负载信号型车辆液压动力转向系统的原理图，该系统包括根据本发明思想的一种流体控制器。该系统根据以上包括的美国专利No.4,620,416的思想制成，下文仅简短地进行描述。
该系统包括一个这里表示为定排量泵的油泵11、和一个一般表示为13的先导操纵的负载检测优先的流量控制阀(LSPV)。LSPV 13把来自泵11的流体流量按比例分配到：
(1)一条主回路，包括一个流体操纵的转向缸15、和一个一般表示为17的控制器、或SCU；及
(2)一条中立开口辅助回路，示意地表示在19处。
仍然参照图1，流体控制器17包括一个壳体20(在图1中仅示意地表示)，壳体20限定了一个进口21、一个回油口23(用来连接到一个系统油箱R)、和一对控制(油缸)口25和27，控制口25和27连接到转向缸15的相反端。控制器17还包括一个负载信号口29，负载信号口29连接到一条动态负载信号管路31上，管路31还以熟悉动态负载检测的技术人员众所周知的方式连接到LSPV 13的控制流量(CF)口33上。
LSPV 13可以是美国专利No.4,043,419中说明的类型，该专利转让给本发明的受让人，并包括在这里以供参考。对于如下描述、和权利要求书来说，泵11和LSPV 13一起组成一个带有一个“用来改变流体输送量的压力响应装置”的“流体源”，或功能上等效的术语。换句话说，提及的“流体源”可以指单独一个泵，或者指一个泵与一个LSPV的组合，只要有响应负载信号来改变源输出的某种装置。
在本发明的主要实施例中，LSPV是这种类型的：提供了一个“动态负载信号，即一个其中有经过负载信号管路的实际流量的信号，而不仅仅是一个“静态”负载信号，即一个静态压力。因而，一部分从LSPV 13流到流体控制器17的进口21的流体从CF口33分流，并且流经动态信号管路31而在LS口29处进入控制器17。
主要仍参照图1，现在将更详细地描述流体控制器17。在转向操作期间，控制器17限定一条连通在进口21与一个流度计37之间的油路35、和一条从流度计37连通到控制油口25的油路39。由油缸15排出的流体经控制口27返回，然后经一条油路41到回油口23。油路35包括一个主可变流量控制节流口43(A1节流口)，而油路39包括一个可变流量控制节流口45(A4节流口)。回油路41包括一个可变流量控制节流口47(A5节流口)。油路35和39一起经常称作“主油路”，尽管该术语经常理解为也包括油路41。
与主油路35、39并联的是一条放大流量油路48，放大流量油路48包括一个可变放大节流口50(AQ节流口)。放大流量油路48一般与A1节流口(节流口43)上游的主流量油路连通，再与A4节流口(节流口45)的下游连通，如在以上包括的美国专利No.4,759,182中讲述的那样。
油路35也借助于一个负载信号回路49与LS口29和回油口23都连通，负载信号回路49包括一个可变负载信号节流口51。回路49连接到一条泄油管路53上，后者又连接到回油路41上，在A5节流口的下游。
现在主要参照图2，控制器17的阀调节包括，如熟悉本专业的技术人员众所周知的那样，一个一般表示为55的可转动主阀件(“阀芯”)。阀芯55限定一个环形凹槽57、和与其连通的多个轴向槽59。周向偏离每个轴向槽59的是一个较长的轴向槽61，而与每个轴向槽59周向对准的是一个更长的轴向槽63。在环形凹槽57右边，滑阀55限定一对轴向泄油槽65，其每一个具有一个与其相邻的槽67，槽67在图2中指向其右端，与阀芯55的内部打开连通。阀芯55的其他结构细节是众所周知的，而与本发明无关的不再描述。
现在主要参照图3，控制器17的阀调节还包括一个一般表示为69的可相对转动的随动阀件(“阀套”)。阀套69限定多个压力口71，与进口21连通。在油口71左边是多个计量口73，计量口73连通在控制器阀调节55、69与流度计37的膨胀和压缩流体容腔之间。在主要实施例中，并仅利用实例，流度计限定了六个(N)容腔，从而有十二(2N)个计量口73。布置在计量口73左边的是多个油缸口75，与控制口25连通，更靠左边是多个油缸口77，与控制口27连通。
紧靠计量口73左边布置，套阀69把一个环形负载检测凹槽79限定在阀套69的表面上，并限定多个穿过阀套69径向延伸的负载检测孔81。对着阀套69的右端布置的是多个泄油孔83，以下将描述其功能。
现在主要参照图4，当阀芯55和阀套69彼此相对着处于其中间位置(旋转对中)时，压力口71被堵塞不与轴向槽59流体连通。然而，轴向槽59的每一个与阀套69中的负载检测孔81连通。因而，动态负载信号流体31在负载检测口29处进入控制器17，然后流入环形负载检测凹槽79，随后经孔81流入各自的轴向槽59。动态信号流体然后从槽59流入环形槽57，随后进入轴向泄油槽65。就图4中间位置的阀芯和阀套而论，泄油孔83的每一个与一个槽65和一个槽67都连通。动态信号流体因而经槽65、再经阀套69中的孔83、然后经槽67到阀芯55的内部，并且最终流出到回油口23。
刚描述的泄油路包括泄油管路53，示意地表示在图1中，孔83与槽65和67的有效重叠面积一起组成一个可变负载检测泄油节流口LD1(表示在图1中)。正如熟悉本专业的技术人员众所周知的那样，并且如图6中所示，当阀芯和阀套处于其中间位置(图6中的偏转＝0)时，泄油节流口LD1具有最大的过流面积。随着把阀芯55和阀套69转离中位，泄油节流口LD1的面积减小直到，在该主要实施例中并且仅仅作为实例，LD1在偏转约三度处闭合。正如熟悉本专业的技术人员众所周知的那样，负载检测泄油节流口LD1大约在A1节流口(节流口43)开始打开的同时，必须闭合，以便在控制器17的进口21处建立适当的压力(负载压力加“备用”)。
仍参照图4，阀芯55还限定了一个轴向泄油槽85、和一个与其相邻的槽87，槽87以与槽67相同的方式与阀芯55的内部连通，并因此也与回油口23连通。套阀69限定一个与槽85和87重叠的泄油孔89，其之间的有效重叠面积组成一个可变负载检测泄油节流口LD2。如图1中示意地所示，节流口LD2与以前描述的泄油节流口LD1并联，并因而一般起相同的作用，即，当阀芯55和阀套69处于或靠近其中间状态时，为动态信号流体提供一条到油箱的流动油路。
然而，根据本发明的一个方面，槽85和87及孔89这样确定尺寸并/或彼此相对隔开，使得节流口LD2提供一个与节流口LD1提供的完全不同的结果。现在主要参照图5和6，当阀芯和阀套偏转(转动偏离)约三度时，LD1正好闭合，但LD2仍为打开，尽管仅具有较小的、且正在减小的节流口面积。节流口LD2在阀芯-阀套偏转时在回路中这一点的存在意味着有一条到回油口23的油路，以便动态信号流体进入负载检测口29。结果，在主油路35中、流度计37的上游建立的流体压力，不足以以本发明背景技术中所描述的方式“驱动”流度计37。
参照图7的曲线图可以看到，通过如此加入与节流口LD1并联的节流口LD2导致的性能差异。在图7的曲线中，标示有“先有技术”的虚线代表一种与本发明相同的控制器，但没有本发明的节流口LD2。而先有技术的控制器仅包括常规节流口LD1，但如此定尺寸，以致于在偏转＝0处，总节流口面积等于LD1+LD2的面积。换句话说，在先有技术装置中，LD1包括槽65和67及泄油孔83的三种组合。“先有技术”曲线从零rpm到约七rpm的部分是当LD1已经闭合时，并且建立的压力足以以上述方式驱动流度计37。在这段时间期间，放大比仅是1.0∶1，并且希望的约1.5∶1的比值在方向盘以约33rpm转动之前不会出现。因而，车辆操作者将非常清楚放大比的逐渐变化。
现在参照图7中标示有“本发明”的实线，其中控制器17包括节流口LD2，可以看到，流量放大比在零rpm的方向盘速度时以1.0∶1开始，而随后该比值迅速升高，并且到方向盘以5rpm转动时(该速度小于任何正常的转向操作)，该比值已经达到1.5∶1。因而，根据本发明加入节流口LD2导致其特征为“瞬时接通”的流量放大能力。如这里所用的那样，提及流体控制器的流量放大能力的术语“瞬时接通”是指一般的操作者甚至不知道该比值从1.0∶1到任何最终比值的变化。
熟悉本专业的技术人员将会理解，简单地通过“扩展”LD1节流口来代替加入LD2节流口，理论上能实现相同的结果，因而LD1对于LD2具有在图6中所示的节流口面积，从约三度至约五度。换句话说，有意义的不是具体的节流口布置，而是节流口面积，及在适当时间(偏转)之前防止压力的建立。作为一个实际问题，并联加入一个较大的节流口或孔，如LD2，较容易，而不是试图修整包括LD1的孔的形状。
已经结合一个实施例描述了本发明，在该实施例中，在特定位置，即轴向槽59，正好在A1节流口的下游，把负载信号连通到主油路上。然而，熟悉本专业的技术人员将认识到，在本发明的范围内，负载检测回路的各种其他布置是可能的。本发明最根本的是提供一种装置，以当动态信号流体流入主油路时，防止在主油路中在流度计的上游建立流体压力，至少直到A1节流口和AQ节流口打开。
尽管用节流口LD2作为一个可变节流口，描述了本发明，但本发明不受此限制。节流口LD2可以包括一个固定节流口，该固定节流口最好具有在AQ节流口大约开始打开时，与LD2在图6中所示的大致相同的节流口面积。相信确定哪种类型的节流口布置对于一个特定的流体控制器是最佳的、以及确定节流口面积、变相等等，是在熟悉本专业的技术人员的能力范围内。如果节流口LD2太大，则控制器的基本操作由于不能建立适当的负载信号而受不利影响，如以上解释的那样。如果节流口LD2太小，则压力建立在流度计的上游，并且控制器的操作开始看起来更象图7中的“先有技术”。
在以上说明书中已经详细描述了本发明，并且相信本发明的各种变更和修改对于熟悉本专业的技术人员来说，由阅读和理解本说明书将变得显而易见。因为所有这些变更和修改都进入所附权利要求书范围中，所以认为他们被都包括在本发明中。

Claims (4)

1.一种可操作的流体控制器(17)，控制流体从一个有压流体源(11、13)到一个流体压力操纵元件(15)的流量，该流体源包括响应一个动态负载信号(31)的变化来改变至所述控制器(17)的流体输送量的压力响应装置(13)；所述控制器(17)包括限定一个连接到所述流体源(11、13)的进口(21)、连接到所述流体压力操纵元件(15)的第一(25)和第二(27)控制油口、和一个连接到所述动态负载信号(31)的负载检测口(29)的壳体装置(20)；阀装置(55、69)布置在所述壳体装置中，并且限定一个中间位置(图4)和至少一个工作位置(图5)，在工作位置，所述壳体装置(20)和所述阀装置(55、69)共同限定一条提供从所述进口(21)到所述第一控制油口(25)的流体连通的主油路(35、39)、和一条与所述主油路并联的放大油路(48)；所述主油路(35、39)包括一个主可变流量控制节流口(43)和一个流度计(37)，而所述放大油路(48)包括一个可变放大节流口(50)，由此当所述阀装置移离所述中间位置(图4)到所述工作位置(图5)时，动态负载信号流体进入所述负载检测口(29)，并在所述主可变流量控制节流口(43)和所述可变放大节流口(50)打开之前流经所述主油路(35、39)和所述流度计(37)；该流体控制器(17)的特征在于：
(a)可操作的装置(85、87、89)，以防止在所述主油路(35、39)中，在所述流度计(37)的上游建立流体压力，作为所述动态负载信号流体(31)从所述负载检测口(29)流入所述主油路的结果，至少直到所述主可变流量控制节流口(43)和所述可变放大节流口(50)打开；
(b)由此直到所述主可变流量控制节流口(43)和所述可变放大节流口(50)都打开，有压流体才流经所述流度计(37)。
2.根据权利要求1所述的流体控制器(17)，其特征在于防止所述流体压力的建立的可操作的所述装置(85、87、89)包括所述阀装置(55、69)，阀装置(55、69)限定一个负载检测泄油节流口(LD2)，节流口(LD2)提供从所述负载检测口(29)到一个回油口(23)的流体连通，回油口(23)由所述壳体装置(20)限定并适于连接到一个系统油箱(R)。
3.根据权利要求1所述的流体控制器(17)，其特征在于防止所述流体压力的建立的可操作的所述装置(85、87、89)包括所述阀装置(55、69)，阀装置(55、69)限定一个负载检测油路(51)，负载检测油路(51)在所述流度计(37)的上游的一个位置，提供从所述负载检测口(29)到所述主油路(35、39)的流体连通。
4.一种可操作的流体控制器(17)，控制流体从一个有压流体源(11、13)到一个流体压力操纵元件(15)的流量，该流体源包括响应一个动态负载信号(31)的变化来改变至所述控制器(17)的流体输送量的压力响应装置(13)；所述控制器(17)包括限定一个连接到所述流体源(11、13)的进口(21)、连接到所述流体压力操纵元件(15)的第一(25)和第二(27)控制油口、和一个连接到所述动态负载信号(31)的负载检测口(29)的壳体装置(20)；阀装置(55、69)布置在所述壳体装置中，并且限定一个中间位置(图4)和至少一个工作位置(图5)，在工作位置，所述壳体装置(20)和所述阀装置(55、69)共同限定一条提供从所述进口(21)到所述第一控制油口(25)的流体连通的主油路(35、39)、和一条与所述主油路并联的放大油路(48)。所述主油路(35、39)包括一个主可变流量控制节流口(43)和一个流度计(37)，而所述放大油路(48)包括一个可变放大节流口(50)，由此当所述阀装置移离所述中间位置(图4)到所述工作位置(图5)时，动态负载信号流体进入所述负载检测口(29)，并在所述主可变流量控制节流口(43)和所述可变放大节流口(50)打开之前流经所述主油路(35、39)和所述流度计(37)；一个负载检测泄油节流口(LD1、LD2)提供从所述负载检测口(29)到一个回油口(23)的流体连通，把所述负载检测泄油节流口(LD1、LD2)设计成当所述阀装置(55、69)处于所述中间位置时具有最大的过流面积，而大约在主可变流量控制节流口(43)开始打开时闭合；该流体控制器(17)的特征在于：
(a)可操作的装置(85、87、89)，以便当所述阀装置(55、69)移离所述中间位置(图4)到所述工作位置(图5)时，保持所述负载检测泄油节流口(LD1、LD2)打开，至少直到所述主可变流量控制节流口(43)和所述可变放大节流口(50)打开；
(b)由此直到所述主可变流量控制节流口(43)和所述可变放大节流口(50)打开，有压流体才流经所述流度计(37)。
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