液壓控制動作閥的製作方法

2023-10-19 10:04:22 2

專利名稱：液壓控制動作閥的製作方法
液壓控制動作閥本申請是中國申請號為02822348.9 (國際申請號為PCT/GB02/04566)， 國際申請日為2002年10月9日，發明名稱為"液壓控制動作閥"的發明專 利申請的分案申請。發明的描述本發明涉及一種具有三個埠和電開關裝置的流體開關，該電開關裝置 用於控制通過所述埠的液流。本發明也涉及一種具有電氣裝置的閥組件， 該電氣裝置用於控制相對於工作容積的流體壓力處於三種控制狀態。該控制 狀態可施加(apply)、保持(hold)和釋放(release)相對於工作容積的流體壓力。流體開關可與諸如流體閥的任何適當的應用一起使用，或用於除閥之外 的應用，例如活塞。閥組件可以是車輛制動系統中的ABS閥，其中控制狀態可施加、保持 和釋放來自工作容積的流體壓力，該閥組件在這種情況下包括一車輛制動器。本發明的目的是提供一種新型及改進的流體開關和一種新型及改進的 閥組件，特別是比現有閥組件更經濟。根據本發明的一個方案，我們提供一種流體開關，其提供來自三個埠 的三個輸出，和雙位構造，並由一電源驅動，該電源能夠是高電壓或低電壓， 以提供所述輸出中的兩個，或在其間優選為快速地切換，以提供該第三輸出。該流體可為氣動流體。該流體可為液壓流體。該流體開關可為 一 電磁閥。或者，該流體開關可為一壓電閥。所述構造可以包括一開關件，該開關件在一控制裝置的控制下運動，以控制通過所述埠的液流。該開關件在所述控制裝置的控制下運動，當該控制裝置處於一第一狀態 時，允許通過一埠的流動並阻止通過一第二埠的流動；當控制裝置處於 一第二狀態時，阻止通過該一埠的流動並允許通過該第二埠的流動；當 所述控制裝置在所述狀態之間切換時，允許通過一第三埠的流動。優選地該控制裝置在所述狀態之間迅速切換。本發明允許使用一由單個電路(electrical channel)驅動的單個開關件來 獲得三個控制狀態。這與需要多個開關或閥件操作的開關或閥，例如通過一 聯合電磁線圈操作的閥相比，提供了一個簡化的開關或閥，由於需要更少的 輸出驅動，其提供了更低的開關或閥成本及更低的電控單元成本，以及由於 要求的連接數目減少可提供更低的電纜成本。 一個電開關也可比具有多個電 開關的開關消耗更少的電力。根據本發明的另一個方案，我們提供一種閥組件，其具有一流體開關和 一主閥，用於控制工作容積中的流體壓力處於三種控制狀態，其中該主閥具 有三個流體埠 ，通過分別提供給該流體開關一處於第一狀態和一第二狀態 的一電信號，控制通過一第一埠和一第二埠的液流，並且由在所述的第 一狀態和第二狀態之間優選為快速地切換所述信號，控制通過該第三埠的 液流。該流體可為氣動流體。該流體可為液壓流體。該電開關裝置可包括一電磁線圈操作的雙位閥件。 可選地該電開關可包括一壓電操作的雙位閥件。 該閥組件可以是一 ABS閥。 該閥組件可以是一EBS閥。對流體開關的壓力供應來自對該主閥的壓力供應，由此使得流入到該控 制室中液流部分地與該供給壓力成比例。當該電信號在一持續的時間段內為關時，設置構建狀態。 當該電信號在一持續的時間段內為開時，設置排放狀態。 當該電信號在開和關之間優選為快速地切換時，設置保持狀態，以使得在該閥的控制室中的壓力保持在中間範圍。該閥具有ABS壓力控制邏輯以控制該流體開關。上述的閥組件設置有具有有效區域的操作部，其相對於供給及輸送壓力 提供特性，其在施加的電信號具有恆定的高/低比率和電壓時，補償該流體開 關傳送的供給壓力的不均勻部分。所述特性設置為當一預定的電信號序列施加到該流體開關時，在工作壓 力的範圍內給出一基本上成比例的恆定步長的構建響應。一 ABS閥具有常開的保持座，以在保持座關閉時，保持到制動操作裝 置的輸送壓力；及一常開的排放座，用以在排放座打開時將該輸送連接至大 氣或其他低壓區域。這些座使得該ABS閥具有三種操作狀態，艮P，1、 壓力構建狀態，其中該保持座打開並且該排放座關閉。這允許流體 從一供給到該輸送及從該輸送至該供給自由流動。2、 壓力保持狀態，其中該保持座關閉並且該排放座也關閉。因此在該 供給和該輸送之間沒有出現流動，但是優選地，如果該供給較該輸送處於更 低的壓力，則從輸送至供給出現流動。3、 壓力排放狀態，其中該保持座關閉並且該排放座打開。自供給到輸 送沒有流動出現但自輸送到大氣的流動出現。其中除了這三種基本狀態外，通常需要一緩慢構建條件，其通過在該保持和構建狀態之間改變工作狀態來獲得。當該閥為一ABS閥，該三個控制狀態可包括一構建、保持和排放狀態。 該構建壓力狀態為電磁線圈斷電一持續的時間段，及控制容積中的壓力小於該供給壓力的一預定百分比時。所述預定壓力在5%至500%的範圍內，優選為20%。該排放壓力狀態是當該電磁線圈持續通電及控制容積中的壓力大於該 供給壓力的一預定百分比時；所述預定壓力在70%至95%的範圍內，優選 為80%。該保持壓力狀態為當該電磁線圈迅速地在切換為開和關時，以使得自該 電磁線圈輸送的壓力約為該供給壓力的10%至90%，優選為50%。根據本發明的另一個方案，我們提供一閥組件，其具有一電操作的流體 開關控制裝置，該控制裝置具有兩個座及一可運動的開關件，其可選擇地與 該座密封結合；當該開關件處於一第一位置並與一個座接合時，將一主閥的 控制室連接到一處於壓力下的流體供給，當開關件處於一第二位置並與另一 個座相結合時，將主閥的控制室連接至一低壓區域，主閥的本體具有一第一 室，其中安裝有一第一活塞，用於在該控制室中的流體壓力的影響下移動， 一第二活塞，其在一供給口的流體壓力的影響下可移動地設置在該第一活塞 中的一第二室中，該第二活塞可移動地與設置在該第一活塞上的第三座接 合，以控制從一輸送至一排放的流體通過，並可移動地與一設置在所述本體 上的第四座接合以控制從一供給至該輸送的流體的通過，及一控制裝置以激 勵該流體開關使得所述開關件定位a. 處於所述第一位置b. 處於所述第二位置C.在所述第一和第二位置之間改變所述閥件的位置。該閥的內部尺寸為使得該閥根據傳遞到該控制容積的該供給壓力的比 例，進入該三個控制狀態的每一個。在本說明中我們通過"快速"表示在每秒25至100周(cps)範圍內切換開和關，優選為50cps。本發明允許在供給壓力的較寬範圍內實施上述狀態。通過有效區域的適當選擇，可在一較寬範圍的控制率，即控制壓力/供給壓力下維持保持狀態，但仍允許在供給壓力的操作範圍內在任何情況下達到壓力構建和壓力供應狀態。在本說明中，供給壓力的操作範圍為0至10巴，但是當供給壓力低於1巴時，可能不能獲得閥的完全操作。該閥組件具有一用於調節該控制室的容積的調節裝置。 該調節裝置包括一位於一調節室中的、可移動的調節活塞，該調節室連接至該控制室，由此可通過調節在調節室中的該調節活塞的位置，來改變該控制室的容積。可以設置有一裝置以加強通過該第二活塞的壓力的不同。 該裝置包括一功能性地連接至該供給口的一往復閥，以允許流入該供給口的流量大於流出該供給口的流量。該往復閥可包括一閥件，當液流進入該供給口時，該閥件佔據流體可圍 繞閥件外側流動的位置，當液流流出該供給口時，該閥件佔據限制和阻礙圍現在以示例的方式並參考附圖描述本發明的三個實施例，其中

圖1為實施本發明的閥的剖面透視圖；圖la為圖1中的閥的透視圖；圖2為圖1中的閥處於壓力構建狀態的示意圖；圖3為圖1中的閥處於壓力排放狀態的示意圖；圖4為圖1中的閥處於壓力保持狀態的示意圖；圖5為與圖2至圖4類似的圖，但注有相關埠的區域；圖6為包括壓電流體開關的第二實施例的示意圖；圖7為實施本發明的第三個閥的剖面透視圖；圖8為圖7的閥的透視圖；圖9為圖7和圖8的閥的局部示意圖；及圖10和圖11為圖7和圖8所示的閥的另一部分的示意圖。現在參考圖l，閥組件包括處於本體10中的一主閥，該本體具有一供給 口 (supply port) 11，用於連接至壓力下的流體供給，如車輛的制動控制所 供給的壓縮空氣。本體10也具有一排放口 (exhaust port) 12，由此可將壓 力下的流體排放到大氣中或另一個低壓區域(其壓力低於供給處的壓力)， 並且優選為或約為大氣壓。通過由柄12b支撐的一橡皮刮板12a，可防止汙 垢進入排放口 12。本體10也具有一輸送口 (deliveryport) 13，其與供給口 ll呈直角延伸，如在圖la中所示。在本體10中，具有第一室14，第一活塞15可滑動地安裝在其中， 一密 封圈16設置在該活塞15和室14的圓柱形側壁之間。室14位於活塞15之 上的區域以17標識，並且其包括如下文所述的控制室。活塞15之下的區域 以17a標識，並且其與排放口相通。螺旋壓縮彈簧IS設置在室14的底壁19和活塞15的肩部20之間，以 保證在沒有供給壓力的時候，活塞15可返回。第二室21設置在第一活塞15內部，並且容納有一第二活塞22，其通過 一密封圈23與室21的圓柱形側壁21a密封接合。設置一螺旋壓縮彈簧24 作用於第一活塞15和第二活塞22之間，以相對於圖1中的活塞15向下壓 迫活塞22，以保證當沒有供給壓力的時候活塞可返回。第二活塞22設置有 一-構造25，用於與設置在第一活塞15上的第三或排放(dump)座26接合， 以控制流體經由活塞15的套管部27的通過，並由此控制壓力下的流體從輸 送口 13至排放口 12的通過。室21的下部39a由孔39c連接至室17a。第二活塞22設置有一向下延伸的管狀部30，其具有一中心孔31和一構 造32，該構造用於與設置在本體10上的第四保持座33密封連接，以控制壓 力下的流體從供給口 11至輸送口 13的通過。如圖1所示，構造32可以是 彈性密封件並且座33可以是一三角形斷面的環。或者，如圖2-5所示，構造 32可以是剛性構造而座33是彈性密封件。部件30具有一網部30a，用於引 導與套筒部27的接合。在本體10的上端設置有一向下延伸的管狀部35，其具有一延伸至一流 體開關的中心孔36，該流體開關在本例中包括一電磁閥37。該電磁閥37具 有一座38，以允許來自室21的上部39的、壓力下的空氣經過，該室21位 於活塞22上並且其通過孔31與供給口 11相通；及另一個座40,其控制流 體通過座40的進入，該座40由一電磁線圈操作的閥件41控制，當電磁線 圈42斷電時引起座38關閉及座40打開，而在電磁線圈42通電時則情況相 反，使得埠 38打開而埠 40關閉。使用中，當給電磁線圈42斷電一持續時間段，例如30ms時，並且控 制室17中的壓力小於例如供給口 11中壓力的20%時，那麼閥的部件佔據圖 2中所示的位置，以使得保持座33打開而排放座26關閉，並由此從供給口 U至輸送口 13具有自由流動的供給物，並且反之亦然。當對電磁線圈42持續通電並且控制室17中的壓力大於供給口 11中的 壓力的所述的80%時，閥的部件處於圖3中所示的位置，並且輸送口連接到 該排放口。當該電磁線圈42快速地在開和關之間切換，例如每秒循環50次(cps)， 典型地在25cps到100cps之間時，這將導致從該電磁閥輸送到該室17的壓 力是該供給口壓力的大約50%。其結果是，該閥的部件處於圖4的位置，並 且該輸送口與該排放口 12和該供給口 11隔離。這些狀態可以應用於一較大範圍的供給壓力。通過仔細選擇相對面積，可在一個大範圍的控制百分比，例如20%到 80%之間維持該保持狀態，但是仍舊允許在該操作範圍內的任何情況下，實 現建立和排放狀態。該電磁閥37設計為使得從該控制室17的給定壓力下流到該排放口的質 量流量率大致等於從雙重控制室壓力下流過該電磁線圈入口 40的質量流量。 這意味著當該電磁線圈切換到一個通道一段時間，然後切換到另一個相同的 時間段時，該控制室40內的壓力平均在大約該供給壓力的一半。不幸地， 流過孔的流量的物理形態隨著壓力比而改變。因此當供給壓力接近其範圍的 最小值時，比該供給壓力靠近其範圍的最大值時，該平均壓力傾向於是該供 給壓力的更小的比例。用於貨車空氣制動ABS的該供給壓力的範圍是大約0 巴(bar)到10巴，但是當該供給壓力低於1巴時，該閥將不能完全地操作。本體10中的主閥具有一常開的保持座，及一常關的排放座。設計中可 結合一些彈簧，如在本例中，但這些彈簧僅是為了保證主活塞和第二活塞在 沒有供給壓力時返回至所需的位置。(否則，彈簧賦予對於ABS應用可能 不需要的特性)。主活塞具有三個控制其特性的有效區域。區域A1承受控制壓力P3。區 域A4為保持座的密封區域並承受供給壓力Pl。其與Al相對作用。區域 (A3-A4)為承受輸送壓力P2的有效區域，並與A1相對作用。當控制壓力 P3相對較低時，A4上的供給壓力P1和(A3-A4)上的輸送壓力P2將保持 座保持為打開。供給壓力Pl也作用在第二活塞上的(A2-A4)上，P2相反 地作用在(A5-A4)上，以在排放座上提供一密封負載。當該保持座關閉時， 該力由該保持座和該排放座之間分擔。當電磁線圈切換至開時，控制壓力P3向供給壓力P1上升。當控制壓力 P3相對於供給壓力Pl和輸送壓力P2達到由下式限定的等級時(忽略彈簧、摩擦力和如A6的微小區域)(P3/P1 )保持=A4/A1 + (P2/P1)*(A3-A4)/A1 ，"最小保持點" 該兩個活塞將一起開始移動以關閉保持座，由此停止輸送壓力進一步上 升。當該保持座關閉時，活塞將停止移動。如果該控制壓力持續上升，當其達到由下式限定的等級時(P3/P1)排放=八2/八1+ (P2/P1) *(A3-A5)/A1，"最小排放點"主活塞將開始再次移動，但這次不包括第二活塞(其由保持座約制)由 此，排放座打開並釋放輸送壓力。如果電磁線圈以合適的速率(取決於其流量容量和該控制室的容積)切 換至開和關，控制室中的壓力可維持在最小保持點和最小排放點之間。保持 座和排放座保持關閉，由此在輸送中保持一恆定壓力。通過關閉電磁線圈一個足夠允許控制壓力下降至最小保持點之下的時 間段，可即刻獲得輸送壓力的小幅度上升。將電磁線圈打開一較長時間段， 在某些情況下可幫助活塞比簡單地直接返回至通常保持狀態更快速地返回 至保持位置。為了簡化該ABS控制算法，控制室中的壓力從保持壓力下降 至最小保持點所花費的時間必須是可預知的，與實際供給和輸送壓力無關。 這就需要對電磁線圈傳送的非線性進行補償。通過檢查最小保持點和最小排放點的表達式，顯然設置A4/A1和A2/A1 的比率相對於不同供給壓力而改變以直接提供補償不是一件容易的事。然 而，可以調整A3，以使得最小保持點和最小排放點在較高的輸送壓力時上 移，由此提供部分補償。這允許當P2接近P1時，在緩慢構建期間幾乎恆定 的壓力幅度，而不是幅度越來越小(以恆定的構建脈衝)。如果撤除了供給壓力，而闊處於其保持或排放狀態時，那麼控制壓力也 將釋放，允許閥返回至其構建狀態並釋放任何輸送壓力。如果需要，除流體開關為如上所述的一電磁閥之外，流體開關可以包括 一壓電閥，如圖6所示，該壓電閥具有控制空氣供給口 102的供給座101， 控制排放口 104的排放座103，及一供應空氣的第三埠 105，在本例中， 供應空氣至控制室17。通過一閥件106控制座101和102，該閥件設置有適 當的閥座結合件107、 108。通過一壓電元件109可移動閥106，以促成閥座101和閥件107之間的接合或閥座103和閥件108之間的接合。儘管在本例中，將電氣開關描述為供給空氣至ABS閥的控制室，在另 外的實施例中，也可將空氣供給至EBS閥的控制室中。一EBS閥可具有與 ABS閥相同的結構，但是以傳統方式經由流體開關通過電制動控制邏輯來控除了上面所描述的，該流體開關還可應用至系統中，並且可應用至任何 需要的流體，無論是水壓或液壓。此外，該流體開關可被設置為給任何合適 的裝置提供流體，該裝置可不是閥，例如為一活塞。圖7至圖11示出了本發明的第三實施例，其與第一實施例類似，並且 採用如圖1至圖5中採用的相同的標號來標識對應的部件。此外，參考圖7 至圖11描述的閥以與第一實施例的闊相同的方式工作，因此不需要進一歩 描述共同的部件。此後，我們僅描述在第三實施例中出現而在第一實施例中 未出現的附加特徵。控制室17的容積對於閥的動態工作很重要。如果容積太大，用於閥從 一個狀態變化至另一狀態所花費的時間相對於滿意的系統性能可能太長。如 果容積太小，那麼在保持狀態下控制壓力的變化可使得活塞洩漏，該洩漏是 從供給至輸送或從輸送至排放或二者都具有。在生產情況下，由於各個部件的尺寸公差，容積可能是錯誤的。對於部 件偏差通過設置一控制容積調節器可將容積調節正確。如圖9所示，其是在 與圖7不同位置處的剖面，包括一具有滑動式密封裝置204的調節活塞201， 該調節活塞201安裝在圓筒202及其類似物中，該圓筒直接與主控制容積17 相連。調節活塞201安裝在諸如螺紋203的一調節機構上。在裝配過程中，通過進行合適的測試來測量閥的動態響應。根據這些測 量的結果，將該調節活塞移入或移出所述的容積，直到測試結果在所需的限 度之內。然後可以一種方式將該調節機構固定，可防止或基本上防止該調節 機構進一步被調節。在某種制動系統中，通過快速釋放閥的使用，可在正常的服務性制動應 用的終了，增加壓力的釋放速率。由實施本發明的閥可提供相同的功能。當從供給口 ll迅速釋放壓力時，由於通過保持座32/33的流動受限，室21中壓力下降的速率較內活塞22的輸送側的壓力下降的速率更快。如果通 過活塞22的壓力比率超過一特定值，活塞22將移動來打開排放座25/26並 允許從輸送口 13壓力更迅速地釋放。然而，由於系統中其他閥的特性，在 一些制動系統中可能無法獲得使得這種情況出現的供給壓力的下降率。在這 些情況中，或許需要一種單向限制來加強經過活塞的不同，並由此導致該座 可以被流出供給口 11的較低的流速打開。必須設置這一限制，以使得不減 少室21中的壓力下降率。在圖10和圖11中示出了一個這種限制的示例，並且該示例包括一往復 閥301，其連接設置在該供給口 11中。當流體流入到供給口 11中時，往復元件301a移至圖IO所示的位置並 當流體圍繞元件301a的外沿303流動時，提供很小的流體流動阻力。流體 也能夠流入杆部302的中心孔中，該杆部302是內活塞22的延伸。相反，當流體流出供給口ll時，往復閥移至圖ll所示的位置，限制圍 繞元件301a的外沿的主流動，但允許在元件301a的內沿304和杆部302之 間的少量流動。流出中心孔31的流量沒有被限制。在本說明中"包含"表示"包括和由...組成"。在上面的詳細描述中、或下面的權利要求中或附圖中的、以其特殊形式 所表達的特徵，或根據用於執行所公開的功能的方式所表述的特徵，或用於 獲得所公開的結果的一種方法或過程，可單獨地或將這些特徵任意組合，來 以不同的形式實現本發明。
權利要求
1.一閥組件，其具有一電操作的流體開關控制裝置，該控制裝置具有兩個座及一可運動的開關件，其可選擇地與該座密封結合，用以當該開關件處於一第一位置並與一個座接合時，將一主閥的控制室連接到一處於壓力下的流體供給，使主閥進入第一控制狀態，及當該開關件處於一第二位置並與另一個座相結合時，將主閥的控制室連接至一低壓區域，使主閥進入第二控制狀態，主閥的本體具有一第一室，其中安裝有一第一活塞，用於在該控制室中的流體壓力的影響下移動，一第二活塞，其在一供給口的流體壓力的影響下可在一第二室中移動，該第二室設置在該第一活塞中，該第二活塞可移動地與設置在該第一活塞上的第三座接合，以控制從一輸送至一排放的流體通過，並可移動地與一設置在所述本體上的第四座接合以控制從一供給至該輸送的流體的通過，使主閥進入第三控制狀態，及一控制裝置以激勵該流體開關使所述開關件定位a.處於所述第一位置b.處於所述第二位置c.在所述第一和第二位置之間改變所述閥件的位置。
2. 如權利要求1所述的閥組件，其中該閥的內部尺寸為使得該閥根據 傳遞到該主閥控制室的該壓力下流體供給的比例，進入該三個控制狀態的每一個0
3. 如權利要求1所述的閥組件，其中該閥組件具有一用於調節該控制 室的容積的調節裝置。
4. 如權利要求3所述的閥組件，其中該調節裝置包括一位於一調節室 中的、可移動的調節活塞，該調節室連接至該控制室，由此可通過調節在調 節室中的該調節活塞的位置，來改變該控制室的容積。
5. 如權利要求1所述的閥組件，其中還設置有一裝置以加強通過該第 二活塞的壓力。
6. 如權利要求5所述的閥組件，其中該裝置包括一功能性地連接至該 供給口的往復閥，以允許流入該供給口的流體流大於流出該供給口的流體流。
7. 如權利要求6所述的闊組件，其中該往復閥包括一閥件，當流體流 進入該供給口時，該閥件佔據流體可圍繞該閥件外側流動的一位置，而當流 體流流出該供給口時，該閥件能佔據限制或阻礙圍繞該閥件的外側的流體流的一位置。
8. 如權利要求1所述的閥組件，其中該開關件包括一雙位電磁線圈操作的閥件。
9. 如權利要求1所述的閥組件，其中該開關件包括一雙位壓電操作 的閥件。
10. 如權利要求1所述的閥組件，其中該閥組件為一 ABS閥。
11. 如權利要求1所述的閥組件，其中該閥組件為一EBS闊。
12. 如權利要求l所述的閥組件，其中當流體開關的電信號在一持續 的時間段內為關時，該開關件移到第二位置。
13. 如權利要求1所述的閥組件，其中當流體開關的電信號在一持續 的時間段內為開時，該閥件移到第一位置。
14. 如權利要求IO所述的閥組件，其中當流體開關的電信號在開和 關之間變換時，閥件移至第三控制狀態，以使得該闊控制室中的壓力保 持在中間範圍。
15. 如權利要求1所述的閥組件，其中閥具有ABS壓力控制邏輯以 控制流體開關。
16. 如權利要求1所述的閥組件，其中當控制室中的壓力小於第一端 口壓力的預定百分比時，閥組件移到第二控制狀態，所述的預定百分比 在大約5%至大約50%範圍內。
17. 如權利要求1所述的閥組件，其中當控制室中的壓力大於第一端 口壓力的預定百分比時，閥件移到第一控制狀態，所述的預定百分比在 大約70%至大約95%。
18. 如權利要求1所述的閥組件，其中當電磁圈迅速地切換為開和關 吋，以使得控制室中的輸送壓力是在第一埠壓力的兩個預定百分比之 間，閥組件移到第三控制狀態，所述的預定百分比在大約10%至大約90
全文摘要
一種閥組件，其具有一流體開關(38，40，41，42)及一主閥(15，22，26，33)，用於控制工作容積(13)中的流體壓力處於三個控制狀態，其中主閥具有三個流體埠(11，12，13)，通過分別提供給該流體開關一處於第一狀態和一第二狀態的一電信號，控制通過一第一埠(33)和一第二埠(26)的液流，並且由在所述的第一狀態和第二狀態之間優選為快速地變換所述信號，控制通過該第三埠(31)的液流。
文檔編號F16KGK101270825SQ20081008336
公開日2008年9月24日 申請日期2002年10月9日 優先權日2001年10月10日
發明者勞倫斯·約翰·波特, 愛德華·吉爾伯特·肖 申請人:霍爾德克斯制動產品有限公司