CN1602398A - 电磁比例流量控制阀 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电磁比例流量控制阀，该阀能够在操作区域的低流量侧进行精确的流量控制。在电磁比例流量控制阀32中，阀件2沿阀闭合的方向根据螺线管线圈15的驱动电流I的增加而被驱动，就螺线管线圈15的相同驱动电流I而言，将电磁驱动力F设置成随阀件2沿阀闭合方向的移动而减小。这样，与具有平直特性曲线的情况相比，在冲程小的区域中，阀开口的面积的变化量根据驱动电流的单位变化而逐渐变小，从而能够提高在低流量区域中流速的控制精度。

Description

电磁比例流量控制阀

技术领域

本申请涉及一种用于汽车、工业机械等的动力转向装置的电磁比例流量控制阀的改进。

背景技术

在未审查公开的日本专利申请No.2001-163233中公开的装置，是一种现有的用于汽车的动力转向装置的电磁比例流量控制阀。

在上述的电磁比例流量控制阀中，如图3中虚线所示，将用于驱动阀件的螺线管的驱动力设置成为平直的特性曲线，这样，就一相同的驱动电流而言，使该螺线管的驱动力在阀冲程的几乎整个区域中都始终一样。

通常，如图3中的双点划线所示，就相同的驱动电流而言，螺线管的驱动力在吸附侧根据阀的冲程而急剧增加。然而，由于阀的控制特性曲线在这种情况下变得复杂了，所以螺线管的驱动力被设置成为平直的特性曲线，从而能够更容易地控制阀开启的程度。

然而，即使螺线管的驱动力被设置成平直的特性曲线，在一螺线管内流动的驱动电流和螺线管的驱动力之间还存在这样一种关系，即在一个电流值变大的区域中，螺线管的驱动力相对于单位电流值的变化会变得比较大。这是因为螺线管的驱动力与电流值的平方成正比。因此，如图3所示，电磁驱动力的变化程度相对于电流同样量的变化而言逐渐变大。

结果，如图4虚线所示，与电磁驱动力的值较小的区域相比，在电磁驱动力的值较大的区域中，该电磁驱动力的变化程度相对于电流同样量的变化而言变得更大。

在电磁比例流量控制阀中，阀开启的程度通常在驱动电流为零的情况下变成最大，而且该阀开启的程度随着驱动电流的增加而减小。也就是说，将控制量设计成根据驱动电流的增加而减小。

因此，在电磁比例流量控制阀的开启程度小的区域中，待控制的流量具有相对于驱动电流的轻微变化而急剧变化的趋势。一个随之产生的问题是：在待控制的流量较小的低流量区域中难以精确地控制流量。

本发明的目的在于提供一种在低流量控制区中能高精度地进行流量控制的电磁比例流量控制阀。

发明内容

本发明中，将一相对于阀冲程的电磁驱动力设计成具有这样的特性，即在吸附侧对同样的驱动电流而言逐渐减小，换言之，阀的开启程度变得更小。这样，与上述具有平直特性曲线的情况相比，在阀件冲程短的区域内，阀开口的面积的变化量相对于驱动电流的单位变化是小的，从而在低流量控制区域内提高了流量控制精度。

此外，本发明的电磁比例流量控制阀被构造成在阀件接近阀座时，可变节流孔的开口面积的减小比例相对于该阀件的冲程逐渐变小。这样，在低流量控制区域内提高了流量控制精度。

附图说明

图1为本发明动力转向装置的液压传动系统图；

图2为本发明电磁比例流量控制阀的截面视图；

图3为本发明电磁比例流量控制阀中阀冲程和电磁驱动力之间关系的特性曲线图；

图4为本发明驱动电流和电磁驱动力之间关系的特性曲线图；

图5为本发明驱动电流和控制流量之间关系的特性曲线图；

图6为本发明另一个实施例中电磁比例流量控制阀的截面视图；

图7为本发明另一个实施例中驱动电流和电磁驱动力之间关系的特性曲线图；以及

图8为本发明另一个实施例中驱动电流和控制流量之间关系的特性曲线图。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的一个实施例进行详细描述。

图1是汽车的动力转向装置的液压传动系统图。

附图标记31代表泵，从泵31排出的液压油供给到汽车内一个用于帮助转向操作的动力转向系统36中。为了控制向动力转向系统36内供给的液压油的流量，设置一个电磁比例流量控制阀32。

由电磁比例流量控制阀32控制的液压油的流量与电磁比例流量控制阀32的阀开启程度成正比，而且与阀的上游和下游之间的压差成正比。因此，如果压差为常数，则流量仅仅根据阀32的开启程度而变化。这样，为了获得与电磁比例流量控制阀32的开启程度成正比的流量，在电磁比例流量控制阀32的上游设置一个压力补偿阀33。在该液压传动系统内电磁比例流量控制阀32的上游和下游之间，该压力补偿阀33用于基本上保持某一压差ΔP(＝P1-P2)。

如果压差大于一个给定值，压力补偿阀33就从电磁比例流量控制阀32的上游向油槽39释放一部分的液压油，从而降低该上游侧的压力以便保持压差在该给定值上。与此相反，如果压差小于该给定值，压力补偿阀33就减小从电磁比例流量控制阀32的上游向油槽39释放的液压油量，从而增加该上游侧的压力以便保持压差在该给定值上。

附图标记34代表节流孔，附图标记35代表高压泄压阀。泄压阀35确定了向动力转向系统36供给的液压油的最大压力，而且起到了安全阀的作用。如果油压等于或者大于一给定值，泄压阀35就开启，以便从电磁比例流量控制阀32的上游向油槽39释放液压油。此外，节流孔34抑制压力波动；该节流孔34与压力补偿阀33相通，且促进操作的稳定性。

在该动力转向装置中，在转向轮保持在中性位置的非转向状况过程中，动力转向系统36的负载压力P2降低，且液压油所需的流量也小了。因此，电磁比例流量控制阀32保持最小的开启程度。只有由该最小的开启程度确定的最小流量被供给到动力转向系统36中，且减小了被供给到动力转向系统36中的控制流量，从而降低了能量损耗。

相反，在转向操作过程中，动力转向系统36的负载压力P2变高，而且所需的液压油的流量也变大。因此，电磁比例流量控制阀32的开启程度也被控制得变大了。据此，将受到电磁比例流量控制阀32的开启程度控制的流量Qc供给到动力转向系统36，而且将一必要的助动力传递到该动力转向系统36上。

图2示出电磁比例流量控制阀32的特定结构。

电磁比例流量控制阀32设有一个用于供给液压油的圆柱形的阀体1，以及一个可滑动地插入到该主体1的内圆周表面5的阀件2，其中阀体1与泵31的一部分壳体8相连。

阀体1包括与泵31的排放侧相通的上游部分21；与阀件2结合以构成可变节流孔22的阀座16；以及与负载侧相通的下游部分23。如图2中箭头所示，从泵31排出的液压油允许经过上游部分21、可变节流孔22和下游部分23而流入到负载侧。也就是说，该液压油流入到动力转向系统36中。

圆柱形的阀件2由一对轴承9a和9b可滑动地支承在阀体1和与阀体1同轴结合的套筒10内。

在阀件2的一顶端上设有一个圆锥形的阀部分2a，且将该阀部分2a插入到阀座16内。在阀部分2a和阀座16之间形成的可变节流孔22的开口面积Av随着阀件2沿远离阀座的方向(图2中向右的方向)距离的增加而逐渐变大。

设置一根弹簧13，其用于沿远离阀座16的方向(即沿阀开启方向)推动阀件2；且设置一根弹簧14，其用于沿相反的方向(即沿阀闭合方向)推动阀件2。

将一个作为可动芯子的柱塞6固定到阀件2的中部上，而且将一个用于驱动柱塞6的螺线管线圈15设置在套筒10的外部。通过螺线管线圈15的电磁驱动力F，柱塞沿阀闭合的方向驱动阀件2。换言之，阀件2根据螺线管线圈15内驱动电流I的增加克服弹簧13的弹力而沿图2的向左方向设置。

尤其是，螺线管线圈15产生的电磁驱动力F沿阀闭合的方向作用在阀件2上。相反地，在弹簧13和14之间的差动力(由于弹簧13沿阀开启的方向工作，且弹簧14沿阀闭合的方向工作，所以在两个弹簧之间的这种差动力是不同的，但，弹簧13的作用力设计得更大使总力沿阀开启方向作用)，由于在可变节流阀22的上游和下游的压力之间的压差ΔP而产生的力，以及在可变节流阀22处形成的射流力都沿阀开启方向作用在阀件2上。阀件2移动到这些力处于平衡的一个位置上。这样，可变节流阀22的面积，即阀件2的开口面积Av被确定下来。

图2所示的状态为：螺线管线圈15的驱动电流较大；阀件2移动至最大量而且由于柱塞6通过环4接触阀体1的内圆周台阶部分(吸附部分)3，所以该阀件不能再移动了；而且阀开口的面积Av最小。值得注意的是，如下所述，在该状态下，阀冲程为零(冲程S＝0)，相反地，在本说明书所述的最大冲程状态下，螺线管线圈15的驱动电流I为零，而且阀在弹力的作用下保持最大的开启程度。

在本发明中，如图3所示，示出了螺线管线圈15作用在阀件2上的电磁驱动力F和阀件2的冲程S之间的关系。

图3为螺线管线圈15的电磁驱动力F和阀件2的冲程S之间的关系根据驱动电流I变化的特性曲线图；

值得注意的是，将图3的左边缘位置定义为冲程S为零的位置，而且冲程量向右变大。

如果给螺线管线圈15提供的驱动电流I小了，则电磁驱动力F也变小。电磁驱动力随电流的增加增加得更大。

相反，对于相同的驱动电流I而言，冲程位置和电磁驱动力F之间的关系接近基本上平直的特性曲线。但，可设计电磁驱动力F，使该力随阀件2的冲程量接近零(即，阀部分2a接近阀座16时)而逐渐变小。这种设计可通过如下所述的调节吸取部分的形状来获得。

就给定的电磁驱动力F而言，阀件2的冲程位置主要根据弹簧13和弹簧14之间的差动力来确定(下面将详述)。弹簧13和弹簧14之间的差动力根据阀件2的冲程量而变化。在电流没有流过螺线管线圈15的初始状态时，该差动力最小(此时冲程最大)，而在阀冲程为零(S＝0)时该差动力最大，同时变形量也最大。

因此，为了使阀件2从初始状态向冲程S＝0移动并且使开口的面积Av小些，需要增加螺线管线圈15的驱动电流，这样，使电磁驱动力F克服弹簧差动力变得更大。

如果螺线管线圈的驱动电流增大，则阀装置的吸附力通常会变更大。吸取力也随着与吸附部分的距离(即随着阀的冲程)变化而改变。如果吸取力随阀冲程位置而改变，则相同的电流引起的阀装置的吸取力将由于冲程位置的不同而波动。这对电磁比例流量控制阀的控制而言是不希望的。

因此，通常改变吸取部分的形状，这样，即使在阀冲程位置不同的情况下，也可使由螺线管线圈作用在阀装置上的吸取力不会改变。

如图3的虚线所示出的特性曲线示出了这种情况。对于相同的电流而言，即使在阀冲程S位置不同，该电磁驱动力F也不会改变并且能保持相同的值。

然而，电磁驱动力F和冲程S之间的关系被设计成在整个冲程区域内为平直的特性曲线。因此，如表示驱动电流和电磁驱动力之间关系的图4中的虚线所示，即使电流值仅略微变化，但电磁驱动力F在驱动电流I增加的区域(即，阀开口的面积较小的区域)中也会急剧变化。

这是由于电磁驱动力与驱动电流值的平方成正比造成的，因此，在驱动电流I大的区域中，就电流值的单位变化而言，电磁驱动力的变化程度很大。

类似地，考虑到螺线管线圈15的驱动电流I和控制流量Qc之间的关系，如图5所示，阀开口的面积根据电流的变化而急剧变小，而且如图5中虚线所示，在电流I变大的区域中，控制流量Qc也急剧减小。

这样，由于在低流速区域内轻微的电流波动就会导致大的流量波动，并且不能对该电磁比例流量控制阀进行精确的控制。

相反，在本发明中，对于相同的驱动电流I而言，冲程S和电磁驱动力F之间的关系如上所述原则上是基本平直的。但，将两者之间的关系设计成电磁驱动力F根据冲程S的减小(阀开口的面积Av减小)而逐渐减小。

因此，对于相同的驱动电流I而言，电磁驱动力F的变化程度在冲程S较小的区域中变化也小。结果，与上述具有平直特性曲线的情况相比，阀开口的面积减小的程度被抑制了。换言之，与具有平直特性曲线的情况相比，在冲程S较小的区域中，阀开口的面积的变化量根据驱动电流I的单位变化而变小了。

所以，如图4中实线所示的特性曲线，驱动电流I和电磁驱动力F之间的关系线性成正比。尤其是，在电流值变大的区域中，不存在由于轻微的电流波动而导致驱动力F中的急剧波动的情况。

因此，如图5中实线所示的特性曲线，驱动电流I和控制流量Qc之间的关系保持一种正比例关系，而且，即使在电流值I变大的区域中，冲程量接近零，而且可变节流孔22的开口面积Av较小，也不存在由于轻微的电流变化而导致流量的较大波动。

因此，在低流量区域中也能获得高的流量控制精度，而且电磁比例流量控制阀32能根据驱动电流I的变化精确地控制微小的流量。结果，对动力转向系统36的良好助力的控制成为了可能，这样，获得一种适合的强劲转向感觉，能够将转向轮保持在中性位置上，从而提高了转向感觉。

如图3中实线所示，就相同的驱动电流I而言，冲程S和电磁驱动力F之间的关系相对冲程的变化基本上为平直的特性曲线。通过改变阀件2的吸附部分的形状，驱动力F随冲程S的减小而逐渐减小。

值得注意的是，在现有技术中，就相同的驱动电流I而言，为了在整个冲程范围内获得不变的驱动力F，阀件的吸取部分的形状可以改变。吸取部分的形状能使冲程S和驱动力F之间的关系自由地变化。但，建立驱动力F在阀开口的面积Av变小的冲程区域内逐渐变小的关系并没有在现有技术中提及到。

尤其是，为了建立上述关系，本发明采用了这样的一种结构，即在该结构中，用于磁场调节的凹入部分1a(压成环形)位于内圆周表面5与阀体1的阀件2相对的、向内圆周台阶部分3延伸的一位置上，该凹入部分1a与可动芯子6构成一磁路，而且用于磁场调节的凹入部分1a的内径d大于阀件的顶端(图中左侧)的内圆周表面的内径。

除了此结构之外，一用于磁场调节的锥形部分1b也可形成在一环形的边缘表面上，该锥形部分1b与阀体1的套筒10相对，而且该表面与套筒10之间留有一预定的间隙。可适当设置锥形部分1b的倾斜角θ。

值得注意的是，除了选择性地设置用于磁场调节的凹入部分1a或者用于磁场调节的锥形部分1b之外，还可以同时设有这两部分。

如上所述，图3所示的电磁驱动力F的特性曲线能通过任意地设定用于磁场调节的凹入部分1a的内径d，用于磁场调节的锥形部分1b和倾斜角θ的值来获得。

在这种情况下，为了获得图5实线所示的控制流量Qc的特性曲线，阀件2的阀部分2a被构造成圆锥形。当阀件2随驱动电流I的增加而向图2的左侧移动时，由阀部分2a和阀座16限定的可变节流孔22的开口面积Av以线性比例减小。

从上述分析可知，本发明能够获得这样的一种效果，即，相对驱动电流I而言，在电磁比例流量控制阀的开启程度小的区域中，能提高流量控制精度。

下面，参照图6对发明的另一个实施例进行描述。

在阀件的顶端设有一个具有大体上球形的阀部分2a。将阀部分2a插入到阀座16内，由阀部分2a和阀座16限定了一个可变节流孔22。该可变节流孔22的开口面积Av随着阀件2沿轴向方向的位移而增加或者减小。

采用具有大体上球形的阀部分2a的结构，而且，当阀件2接近阀座16时，可变节流孔22的开口面积的减小比例相对阀件2的冲程逐渐变小。

阀部分2a的横截面被构造成大体上半球形，并且阀部分2a与阀件2的外圆周表面2b连续形成而且没有台阶。

在这种情况下，如图7所示，螺线管线圈15的驱动电流I和电磁驱动力F之间的关系的特性曲线为：在螺线管线圈内流动的驱动电流I较大的区域中，电磁驱动力F随电流的增加而急剧增加。

作为这种情况的一个对策，阀部分2a被构造成大体上半球形，而且采用这样一种结构，即当阀件2接近阀座16时，可变节流孔22的开口面积的减小比例相对阀件2的冲程逐渐变小，因此，在操作区域的低流速侧实现精确的流量控制成为了可能。

图8为螺线管线圈15的驱动电流I和控制流量Qc之间关系的特性曲线图。控制流量Qc随着螺线管线圈内流动的驱动电流I的增加而逐渐减小。换言之，尽管在操作区域的高流量侧，控制流量Qc随着驱动电流I的增加而线性成比例地降低，但在操作区域的低流量侧，控制流量Qc随着驱动电流I的增加而较小的程度逐渐降低。

尽管在操作区域的大流量侧，流量Qc相对驱动电流I以线性成比例的方式增加或者降低，而且流量控制相应特性曲线增加了，但在操作区域的低流速侧，流量波动能根据驱动电流I得以精确地控制。结果，对动力转向系统36的良好助力的控制成为了可能，这样，获得一种适合的强劲转向感觉，能够将转向轮保持在中性位置上，从而提高了转向感觉。

值得注意的是，阀部分2a的横截面形状并不限于如上实施例所述的大体上半球形。而且，也可使用一种近似的椭圆形，而且在其顶端侧还可结合具有大体上三角锥形的横截面形状的构造。

本发明并不限于如上实施例所述的用于动力转向系统的电磁比例流量控制阀。本发明还可用于工业机械等的电磁比例流量控制阀中。而且显而，在本发明的技术领域的范围内可以进行各种改变。

工业实用性

本发明能用于动力转向系统、工业机械等的电磁比例流量控制阀中。

Claims (5)

1.一种电磁比例流量控制阀，其包括：

一阀体；

一阀件，该阀件包括一个可动芯子，该芯子被引导从而在该阀体内自由滑动；

一弹簧，该弹簧用于沿阀开启的方向驱动该阀件；以及

一螺线管线圈，该螺线管线圈用于沿阀闭合的方向克服弹簧的弹力根据该螺线管线圈内驱动电流的增加而驱动阀件，其特征在于：

一电磁驱动力被设置成相对螺线管线圈的一相同驱动电流而言随阀件沿阀闭合方向的位移而减小。

2.根据权利要求1所述的电磁比例流量控制阀，其特征在于，在该阀体的内圆周表面上形成一个用于磁场调节的凹入部分，该凹入部分压成环形并且将其构造成围绕所述可动芯子的一个磁路。

3.根据权利要求1或者2所述的电磁比例流量控制阀，其特征在于，在阀体的一部分内形成一环形间隙，该环形间隙构成围绕所述可动芯子的一个磁路；以及在该间隙的相对侧上形成一个用于磁场调节的锥形部分。

4.一种电磁比例流量控制阀，其包括：

一阀体；

一阀件，该阀件包括一个可动芯子，该芯子被引导从而在该阀体内自由滑动；

一阀座，该阀座和所述的阀件构成一可变节流孔；

一弹簧，该弹簧用于沿阀开启的方向驱动该阀件；以及

一螺线管线圈，该螺线管线圈用于沿阀闭合的方向克服弹簧的弹力根据该螺线管线圈内驱动电流的增加而驱动阀件，其特征在于：

在阀件接近阀座时，该可变节流孔的开口面积的减小比例相对于该阀件的冲程逐渐变小。

5.根据权利要求4所述的电磁比例流量控制阀，其特征在于，该阀件与阀座相对的顶端的形状被构造成一大体上球形。

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