三通比例减压控制阀

摘要

一种三通比例减压控制阀，其特征是：阀体外部有A口、P口及T口，阀体内部有一个带若干沉割槽的主要孔道以容纳阀芯，阀芯是一个带有两个以上的多台肩的圆柱棒体，阀体与阀芯装配后形成多个腔室，其中三腔室直接与A口、P口及T口相通，称A腔、P腔及T腔，其余两腔室分布在阀芯的两端，装有比例力信号装置一端的腔室称X腔，相反一端的腔室称Y腔，X腔经油路与T腔沟通，Y腔经油路与A腔沟通，阀芯上有且仅有两个控制边C1与C2，控制边C1位于P腔与A腔之间，控制边C2位于A腔与T腔之间，比例力信号装置在自然状态下，控制边C1关闭，控制边C2开启。由于本发明能对A口进行比例减压控制，因而可对各种内燃机的进排气门的进行动作控制，且压力损失小，也没有附加的流量损失。

说明书

技术领域

本发明涉及一种控制阀，尤其是涉及一种带有比例减压的控制高频(50～100次/秒)往复位移的控制阀。它可用于控制汽车发动机和各种内燃机的进排气门的动作控制，从而使其达到最佳状态的工况

背景技术

传统的电液三通方向控制阀是电液换向阀的一个品种，它有三个油口，分别称为P口、A口、T口，电液三通方向控制阀阀芯的一侧装有电磁铁，另一侧装有弹簧。一般在应用当中A口连接执行元件，如工作液压缸的某一腔，通过电磁铁和弹簧力的交替作用，使电液三通方向控制阀的阀芯从一个极端位置切换到另一个极端位置作往复运动，切换动作能改变油口间的通断状况，如阀芯处于某一极端位置时，A口与T口接通，其内压力为零；当切换到另一极端位置时，A口与P口接通，其内压力为高压P，推动执行元件工作。电液四通方向控制阀堵住一个油口也可以作三通方向控制阀使用。

工作时，电液三通方向控制阀的A口的压力有两个状态：电磁铁断电，A口与T口通，故A口与T口的压力相等，压力最小；电磁铁通电，A口与P口通，故A口与P口的压力相等，压力最大。电液三通方向控制阀无法做到A口的压力在最小值与最大值之间任意取一个压力值并保持一定的时间。也就是说，现有技术能解决换向的定性控制而解决不了压力变化定量的中间过程控制。特别是适应不了在内燃机上实现对进排气阀的工作控制，因为这时候既需要实现对阀门的往复运动所需的换向控制又要实现对阀门移动时的运动速度和加速度的控制，而这种控制都是定量的，要符合一定数学函数上“压力-位移”控制的要求。这是摆在本行技术人员面前的一个技术上的难题。

发明内容

本发明的目的是要克服上述现有技术的不足，提供一种仅采用简单的用比例电磁铁控制的单级滑阀就能在恒压源P压力和在零压力的油箱压力之间的压力范围中通过加设阻尼可调节的两条节流控制边，特别是A腔压力反馈手段，可以获得任意我们希望获得的压力过程变化的控制。

本发明的方案是：一种三通比例减压控制阀，它包含有阀体、阀芯及产生比例力信号装置等组成，其特征是：所述的阀体外部有A口、P口及T口三个油口，阀体内部有一个带若干沉割槽的主要孔道以容纳阀芯，阀芯是一个带有两个以上的多台肩的圆柱棒体，阀体与阀芯装配后形成多个腔室，通常是五个腔室，其中有三个腔室直接与A口、P口及T口相通，称A腔、P腔及T腔，其余两个腔室分布在阀芯的两端，装有比例力信号装置一端的腔室称X腔，相反一端的腔室称Y腔，X腔经油路与T腔沟通，Y腔经油路与A腔沟通，A腔是产升所需工作压力的腔室。阀芯上有且仅有两个控制边C1与C2，控制边C1位于P腔与A腔之间，控制边C2位于A腔与T腔之间，P腔是与油泵相连通的高压恒压源，T腔是与油箱相连通的零压力源，比例力信号装置在自然状态下，控制边C1关闭，控制边C2开启，阀芯的一端与比例力信号装置相贴接，这主要是由Y腔压力作用。此外，所述的Y腔可装一个弹簧，用来为阀芯提供推力，以确保与电磁铁施力竿的端头相贴。当然，不设弹簧，而是把阀体竖放，利用阀芯自身的重量也可以维持比例力信号装置在自然状态下与电磁铁施力竿的端头相贴接。

所述的比例力信号装置最好是电磁铁，它的施力竿端头始终与阀芯的一个端面相互保持贴接。所述的比例力信号装置也可以是一种力矩马达。

阀芯上可以有两段台肩段，也可以有三个台肩段，无论是二段台肩段还是三段台肩段的阀芯，它们的共同之处就是，所述的阀芯的内部设有将Y腔与A腔沟通的通路，通路包含有水平布的横通道和与水平通道相互垂直的短通道。将Y腔与A腔沟通的通路也可以是被加工在阀体上的或者是通过外部增加管路来实现的。

所述的阀芯上有二段台肩段时，控制边C1和C2分别布置在两个台阶段相互相对的端面上。所述的阀芯上有三段台肩段时，控制边C1和C2分别布置在一个中心台阶段相互相反的两端面上。工作边C1和工作边C2是被加工在阀芯台肩段的棱边圆上的。它的作用是为液流提供一个非线性的阻尼，当两个相邻的腔体内的液体存在压差流动时，在阀芯的不同位移上其阻尼大小是不一样的，这样一来，低压端的压力值就为不同的值。这个不同的压力值又通过所述的水平布的横通道和与水平通道相互垂直的短通道将压力传递到Y腔，Y腔的压力立刻就反馈给相反端的电磁铁施力竿的端头，由于两者的压力不同，阀芯就发生位移，

直到达到一个新的平衡位置。而新的平衡位置上工作边C1的阻尼又会不同，低压端的压力值又为不同的值，-------这样周而复始，低压端(也就是A腔)的压力值按设定的要求发生不断的变化。具体受控的条件就是施加到电磁铁上的电气信号，可以是数字信号也可以是模拟信号。

本发明的三通比例减压控制阀可应用于单出杆液压缸的驱动控制，其工作过程如下：液压缸的一腔A1与三通比例减压控制阀的A口连接，液压缸的另一腔B1接通回油，电磁铁的电流为零时，三通比例减压控制阀A腔的压力为零，液压缸活塞的两侧压力均为零，在液压缸弹簧的作用下，活塞处于左端位置；电磁铁通以电流，三通比例减压控制阀A腔的压力增大，连通到液压缸的A1腔，产生液压推力作用在活塞的左侧，活塞右侧的压力仍为零，故液压推力克服弹簧力使活塞向右运动，液压缸的位移增大，弹簧的压缩量也随之增大，弹簧力增大，到活塞平衡位置时，不计摩擦，液压推力与弹簧力相等，满足如下方程：

阀的复位是由A腔压力实现的。

$$ >\frac{{}^{}}{}$$

式中：D-液压缸活塞直径

      p_A-三通比例减压控制阀A腔压力

      k-液压缸弹簧刚度

      Xc-液压缸活塞位移

因此，液压缸活塞位移与三通比例减压控制阀A腔压力成比例。当电磁铁的输入电流降低时，三通比例减压控制阀A腔压力也成比例下降，液压推力不足以克服液压缸的弹簧力，液压缸活塞向左运动，液压缸的位移减小，弹簧的压缩量也随之减小，弹簧力减小。电磁铁的输入电流降为零时，液压缸活塞回到左侧位置。三通比例减压控制阀的主要特点：

1、兼有三通阀与减压阀的双重功能，且结构简单；

2、A腔压力可由电磁铁的输入电流成比例地进行控制；

3、阀芯复位是由A腔压力推动。

本发明的优点是用单个阀就可进行位移可调的往复运动控制，而传统阀则需要多个才能实现。本发明油缸的一侧压力为回油压力，另一侧工作压力可与系统压力尽可能接近，减小压力损失。在减压阀工作时控制边C1，C2每一刻只有一个控制边在工作，因此没有附加的流量损失。本发明所用的单级阀比多级阀结构简单阀芯和阀体可小型化，材料节省，制造成本低，经济性好。还有，本发明的比例电磁铁内部不承受高压，工作可靠。再一方面，应用于位移可调的往复运动控制，采用单阀单级，开环控制，比例调节，无需位置反馈，系统油路和控制电路非常简单，故可靠性好。

本发明的三通比例减压控制阀，除了有电液三通方向控制阀的基本功能外，还能用电磁铁的电流输入信号进行A口压力的比例控制。与传统的三通方向控制阀相比，三通比例减压控制阀的不同点在于能够对A口进行比例减压控制，而目前所有传统的三通方向控制阀完全没有该功能。

附图说明

图1是本发明的第一实施例(两台阶)三通比例减压控制阀的整体剖视图；

图2是发明的第二实施例(三台阶)三通比例减压控制阀的整体剖视图；

图3显示本发明的第一实施例(两台阶)的三通比例减压控制阀用于汽车阀门的控制系统；

图4为本发明第一实施例的阀芯的立体图；

图5是本发明第二实施例的阀芯的立体图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1，三通比例减压控制阀见图1，包括阀体1、阀芯2、弹簧4及电磁铁3等部件组成。阀体上有三个油口，它们是与泵源相连的高压进口P、与执行元件相连的油口A、与油箱相连的低压出口T。与三个油口直接连通的阀内腔体，分别称为P腔、A腔及T腔。阀体1沉割槽与阀芯台肩共同形成两个控制边C1与C2。阀芯2是两段式的如图4所示。控制边C1和C2是被加工在段阶拐折处(即其柱面和端平面的过渡处)圆环带上，在所说的圆环带上被加工出三角形的缺口或方形或梯形的缺口为液体的流动提供一个阻尼。A腔通过在阀芯2内加工的通道，恒与阀芯端部的弹簧腔相连通。所述的通道包含有水平布置的横通道5和与水平通道相互垂直的短通道6。电磁铁一侧的腔体11室通过阀体内的通道10与T腔相连通。工作时泵源保持高压，初始状态当电磁铁3的输入电流为零时，由于弹簧的预压缩以及P腔到A腔存在泄漏造成的A腔残余压力共同作用下使阀芯2被推向电磁铁所在一侧，与电磁铁的推杆3相互贴接，使得控制边C1封闭，控制边C2全开，A口与T口相通A口与T口的压力相等，压力为零。

给电磁铁3一定的电流，产生一个电磁力，使阀芯2向弹簧4一侧运动，使得控制边C1开启，控制边C2关闭，A口与P口相通，A口的压力升高。A口的压力会通到弹簧腔12，产生的油压推力与弹簧力共同作用，平衡电磁力及摩擦力。控制边C1的开启量决定P口与A口的压差，从而调节A口的压力，当A口压力过高，油压推力增大，使阀芯向电磁铁一侧运动，控制边C1的开启量变小，P口与A口的压差变大，故使A口压力下降；反之，当A口压力过低，油压推力减小，使阀芯向弹簧一侧运动，控制边C1的开启量变大，P口与A口的压差变小，故使A口压力上升。

阀芯平衡位置的调节过程是自动实现的，阀芯运动受到油压推力、弹簧力、电磁力及摩擦力的共同作用，平衡位置满足如下方程式：

$$ >\frac{{}^{}}{}$$即：P_A＝4(F+F_f-F_S)/πd²

式中：d-阀芯直径

      p_A-A腔压力

    F_S-弹簧力

    F-电磁力

    F_f-摩擦力

由于弹簧4选的很软，其力远小于电磁力，摩擦力通常比电磁力小的多，若电磁力与电磁铁的输入电流信号成比例关系，则在一定意义下调节的结果实现了A腔的压力与电磁铁的输入电流信号成比例地控制。

实施例2，图1所示三通比例减压控制阀原理，阀芯是二台肩的结构，阀芯也可以是三台肩的结构如图2所示的实施例2。假定电磁铁3位置保持不变，则P口与T口的位置需要互换。阀芯2的中间台肩与阀体1中间的沉割槽形成控制边C1、C2，A腔同样与阀芯2左端弹簧4所在一侧的容腔12相通。两种结构的工作原理完全相同，在此就不再重复叙述。本实施例的阀芯2如图5所示，为三段台阶结构。

图3显示本发明的第一实施例(两台阶)的三通比例减压控制阀用于汽车阀门的控制系统。

本发明的保护范围不局限于所提供的实施例，不脱离本发明权利要求的若干改动都会在本发明的保护范围之列，比如将阀芯台肩数目的增加、控制边的开口形状变化、阀芯弹簧可以不装或以重力等其他力代替，等等。