專利名稱：具有瞬時接通流量放大作用的動態負載信號流體控制器的制作方法
技術領域：
本發明涉及流體控制器，更具體地說，涉及這種即是動態負載信號型又是流量放大型的控制器。
這樣一種流體控制器一般用來控制從有壓流體源，如車輛泵，到流體壓力操縱元件，如車輛轉向缸，的流體流量，并稱作轉向控制單元(SCU)。
在美國專利No.4,759,182中，描述和說明了一種流量放大型的流體控制器，該專利轉讓給本發明的受讓人，并包括在這里以供參考。在流量放大型控制器中，用閥調節流量限定了一條放大油路，該放大油路包括一個可變放大節流口，與流經流度計(fluid meter)的主油路并聯。一般地說，主油路包括一個在進口與流度計之間的主可變流量控制節流口(A1節流口)、和一個在流度計與油缸口，即，與轉向缸相連的口，之間的可變流量控制節流口(A4節流口)。
在一般的流量放大流體控制器中，可變流量放大節流口(AQ節流口)在A1節流口開始打開之后才開始打開，因為一般由熟悉本專業的技術人員所眾所周知的原因，這里不再討論。所描述的節流口移相裝置一般在操作中是滿意的，盡管有一些應用中希望轉向操作一開始就有可操作的流量放大特征。一個實例是當轉向具有一個不等面積轉向缸的車輛時，其中使用流量放大能力(在一個轉動方向)來補償油缸的不等面積。正如熟悉本專業的技術人員所懂得的那樣，在轉向開始時需要使流量放大特征完全可操作(稱為“瞬時接通”流量放大)主要發生在當只進行較小轉向校正的運輸模式(“行駛”)期間，而不是在進行相當大轉向校正時的“工作模式”中的操作期間。
在大多數利用流量放大型流體控制器或SCU的車輛上，包括轉向的液壓回路是負載檢測型的。已經發現，當使用老式、常規的靜態負載信號回路時，不能實現瞬時接通流量放大。然而，在許多車輛上，包括SCU的回路是“動態負載信號”型的，其一個實例在美國專利No.4,620,416中被說明和描述，該專利轉讓給本發明的受讓人，并包括在這里以供參考。在“動態信號”回路中，分流一部分流向優先負載回路的流量，并把這部分流量確實地“供給”負載檢測回路，從而使少量動態信號流體流經負載信號回路，并且一般與SCU中的主油路相混合，但在A1節流口的下游。因而，與其說具有靜態負載信號壓力，不如說動態信號回路利用了流動信號，以提高負載檢測流體源(泵或壓力順序閥等等)的響應特性。
在一種具有流量放大能力的動態信號SCU中，有一種經負載檢測回路的恒流量動態信號流體，即使在A1、A4和AQ節流口打開之前，也流經流度計并流出到轉向缸。結果，在一般的SCU上，作為動態信號流體流量的結果，方向盤可以嚴格地以約7RPM轉動，并且因為所有這些流體流經流度計，所以發生轉向操作，但沒有流量放大出現。換句話說，在SCU的這一操作點，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)。
所以本發明的一個目的在于，提供一種改進的動態信號型流體控制器，具有流量放大能力，其中流量放大能力在轉向操作啟始時幾乎立即成為有效的。
通過提供一種改進的可操作流體控制器來實現本發明的以上和其他目的，該控制器控制流體從一個有壓流體源到一個流體壓力操縱元件的流量，該流體源包括響應動態負載信號變化來改變至控制器的流體輸送量的壓力響應裝置。該控制器包括限定一個連接到流體源的進口、連接到流體壓力操縱元件的第一和第二控制油口、和一個連接到動態負載信號的負載檢測口的殼體裝置。閥裝置布置在殼體中，并且限定一個中間位置和至少一個工作位置，在工作位置殼體裝置和閥裝置共同限定一條把流體連通地從進口供給到第一控制油口的主油路、和一條與主油路并聯的放大油路。主油路包括一個主可變流量控制節流口和一個流度計，而放大油路包括一個可變放大節流口，由此當閥裝置移離中間位置到工作位置時，動態負載信號流體進入負載檢測口，并在主可變流量控制節流口和可變放大節流口打開之前流經主油路和流度計。
改進的流體控制器的特征在于可操作的裝置，以防止在主油路的流度計上游建立流體壓力，作為動態負載信號流體從負載檢測口流入主油路的結果，至少直到主可變流量控制節流口和可變放大節流口打開。結果，直到主可變流量控制節流口和可變放大節流口都打開，有壓流體才流經流度計。因而，車輛操作者感覺到流量放大能力已經“瞬時”接通。
圖1是一種動態負載檢測、流量放大類型的液壓動力轉向系統的液壓原理圖，該系統包括本發明的一個實施例。
圖2是包括本發明的流體控制器的主閥件的布置平面圖。
圖3是本發明流體控制器的隨動閥件的布置平面圖，比例與圖1相同。
圖4是主閥和隨動閥件在其中位時的放大、部分疊視圖。
圖5是類似于圖4的另一張放大、部分疊視圖，但表明移離中間位置的閥調節。
圖6是對于本發明閥調節的各種節流口，閥偏轉對過流面積曲線圖。
圖7是流量放大比相對于以RPM表示的轉向速度的曲線圖，把本發明與先有技術相比較。
現在參照意圖不在于限制本發明的附圖，圖1是一種動態負載信號型車輛液壓動力轉向系統的原理圖，該系統包括根據本發明思想的一種流體控制器。該系統根據以上包括的美國專利No.4,620,416的思想制成，下文僅簡短地進行描述。
該系統包括一個這里表示為定排量泵的油泵11、和一個一般表示為13的先導操縱的負載檢測優先的流量控制閥(LSPV)。LSPV 13把來自泵11的流體流量按比例分配到(1)一條主回路，包括一個流體操縱的轉向缸15、和一個一般表示為17的控制器、或SCU；及(2)一條中立開口輔助回路，示意地表示在19處。
仍然參照圖1，流體控制器17包括一個殼體20(在圖1中僅示意地表示)，殼體20限定了一個進口21、一個回油口23(用來連接到一個系統油箱R)、和一對控制(油缸)口25和27，控制口25和27連接到轉向缸15的相反端。控制器17還包括一個負載信號口29，負載信號口29連接到一條動態負載信號管路31上，管路31還以熟悉動態負載檢測的技術人員眾所周知的方式連接到LSPV 13的控制流量(CF)口33上。
LSPV 13可以是美國專利No.4,043,419中說明的類型，該專利轉讓給本發明的受讓人，并包括在這里以供參考。對于如下描述、和權利要求書來說，泵11和LSPV 13一起組成一個帶有一個“用來改變流體輸送量的壓力響應裝置”的“流體源”，或功能上等效的術語。換句話說，提及的“流體源”可以指單獨一個泵，或者指一個泵與一個LSPV的組合，只要有響應負載信號來改變源輸出的某種裝置。
在本發明的主要實施例中，LSPV是這種類型的提供了一個“動態負載信號，即一個其中有經過負載信號管路的實際流量的信號，而不僅僅是一個“靜態”負載信號，即一個靜態壓力。因而，一部分從LSPV 13流到流體控制器17的進口21的流體從CF口33分流，并且流經動態信號管路31而在LS口29處進入控制器17。
主要仍參照圖1，現在將更詳細地描述流體控制器17。在轉向操作期間，控制器17限定一條連通在進口21與一個流度計37之間的油路35、和一條從流度計37連通到控制油口25的油路39。由油缸15排出的流體經控制口27返回，然后經一條油路41到回油口23。油路35包括一個主可變流量控制節流口43(A1節流口)，而油路39包括一個可變流量控制節流口45(A4節流口)。回油路41包括一個可變流量控制節流口47(A5節流口)。油路35和39一起經常稱作“主油路”，盡管該術語經常理解為也包括油路41。
與主油路35、39并聯的是一條放大流量油路48，放大流量油路48包括一個可變放大節流口50(AQ節流口)。放大流量油路48一般與A1節流口(節流口43)上游的主流量油路連通，再與A4節流口(節流口45)的下游連通，如在以上包括的美國專利No.4,759,182中講述的那樣。
油路35也借助于一個負載信號回路49與LS口29和回油口23都連通，負載信號回路49包括一個可變負載信號節流口51。回路49連接到一條泄油管路53上，后者又連接到回油路41上，在A5節流口的下游。
現在主要參照圖2，控制器17的閥調節包括，如熟悉本專業的技術人員眾所周知的那樣，一個一般表示為55的可轉動主閥件(“閥芯”)。閥芯55限定一個環形凹槽57、和與其連通的多個軸向槽59。周向偏離每個軸向槽59的是一個較長的軸向槽61，而與每個軸向槽59周向對準的是一個更長的軸向槽63。在環形凹槽57右邊，滑閥55限定一對軸向泄油槽65，其每一個具有一個與其相鄰的槽67，槽67在圖2中指向其右端，與閥芯55的內部打開連通。閥芯55的其他結構細節是眾所周知的，而與本發明無關的不再描述。
現在主要參照圖3，控制器17的閥調節還包括一個一般表示為69的可相對轉動的隨動閥件(“閥套”)。閥套69限定多個壓力口71，與進口21連通。在油口71左邊是多個計量口73，計量口73連通在控制器閥調節55、69與流度計37的膨脹和壓縮流體容腔之間。在主要實施例中，并僅利用實例，流度計限定了六個(N)容腔，從而有十二(2N)個計量口73。布置在計量口73左邊的是多個油缸口75，與控制口25連通，更靠左邊是多個油缸口77，與控制口27連通。
緊靠計量口73左邊布置，套閥69把一個環形負載檢測凹槽79限定在閥套69的表面上，并限定多個穿過閥套69徑向延伸的負載檢測孔81。對著閥套69的右端布置的是多個泄油孔83，以下將描述其功能。
現在主要參照圖4，當閥芯55和閥套69彼此相對著處于其中間位置(旋轉對中)時，壓力口71被堵塞不與軸向槽59流體連通。然而，軸向槽59的每一個與閥套69中的負載檢測孔81連通。因而，動態負載信號流體31在負載檢測口29處進入控制器17，然后流入環形負載檢測凹槽79，隨后經孔81流入各自的軸向槽59。動態信號流體然后從槽59流入環形槽57，隨后進入軸向泄油槽65。就圖4中間位置的閥芯和閥套而論，泄油孔83的每一個與一個槽65和一個槽67都連通。動態信號流體因而經槽65、再經閥套69中的孔83、然后經槽67到閥芯55的內部，并且最終流出到回油口23。
剛描述的泄油路包括泄油管路53，示意地表示在圖1中，孔83與槽65和67的有效重疊面積一起組成一個可變負載檢測泄油節流口LD1(表示在圖1中)。正如熟悉本專業的技術人員眾所周知的那樣，并且如圖6中所示，當閥芯和閥套處于其中間位置(圖6中的偏轉＝0)時，泄油節流口LD1具有最大的過流面積。隨著把閥芯55和閥套69轉離中位，泄油節流口LD1的面積減小直到，在該主要實施例中并且僅僅作為實例，LD1在偏轉約三度處閉合。正如熟悉本專業的技術人員眾所周知的那樣，負載檢測泄油節流口LD1大約在A1節流口(節流口43)開始打開的同時，必須閉合，以便在控制器17的進口21處建立適當的壓力(負載壓力加“備用”)。
仍參照圖4，閥芯55還限定了一個軸向泄油槽85、和一個與其相鄰的槽87，槽87以與槽67相同的方式與閥芯55的內部連通，并因此也與回油口23連通。套閥69限定一個與槽85和87重疊的泄油孔89，其之間的有效重疊面積組成一個可變負載檢測泄油節流口LD2。如圖1中示意地所示，節流口LD2與以前描述的泄油節流口LD1并聯，并因而一般起相同的作用，即，當閥芯55和閥套69處于或靠近其中間狀態時，為動態信號流體提供一條到油箱的流動油路。
然而，根據本發明的一個方面，槽85和87及孔89這樣確定尺寸并/或彼此相對隔開，使得節流口LD2提供一個與節流口LD1提供的完全不同的結果。現在主要參照圖5和6，當閥芯和閥套偏轉(轉動偏離)約三度時，LD1正好閉合，但LD2仍為打開，盡管僅具有較小的、且正在減小的節流口面積。節流口LD2在閥芯-閥套偏轉時在回路中這一點的存在意味著有一條到回油口23的油路，以便動態信號流體進入負載檢測口29。結果，在主油路35中、流度計37的上游建立的流體壓力，不足以以本發明背景技術中所描述的方式“驅動”流度計37。
參照圖7的曲線圖可以看到，通過如此加入與節流口LD1并聯的節流口LD2導致的性能差異。在圖7的曲線中，標示有“先有技術”的虛線代表一種與本發明相同的控制器，但沒有本發明的節流口LD2。而先有技術的控制器僅包括常規節流口LD1，但如此定尺寸，以致于在偏轉＝0處，總節流口面積等于LD1+LD2的面積。換句話說，在先有技術裝置中，LD1包括槽65和67及泄油孔83的三種組合。“先有技術”曲線從零rpm到約七rpm的部分是當LD1已經閉合時，并且建立的壓力足以以上述方式驅動流度計37。在這段時間期間，放大比僅是1.0∶1，并且希望的約1.5∶1的比值在方向盤以約33rpm轉動之前不會出現。因而，車輛操作者將非常清楚放大比的逐漸變化。
現在參照圖7中標示有“本發明”的實線，其中控制器17包括節流口LD2，可以看到，流量放大比在零rpm的方向盤速度時以1.0∶1開始，而隨后該比值迅速升高，并且到方向盤以5rpm轉動時(該速度小于任何正常的轉向操作)，該比值已經達到1.5∶1。因而，根據本發明加入節流口LD2導致其特征為“瞬時接通”的流量放大能力。如這里所用的那樣，提及流體控制器的流量放大能力的術語“瞬時接通”是指一般的操作者甚至不知道該比值從1.0∶1到任何最終比值的變化。
熟悉本專業的技術人員將會理解，簡單地通過“擴展”LD1節流口來代替加入LD2節流口，理論上能實現相同的結果，因而LD1對于LD2具有在圖6中所示的節流口面積，從約三度至約五度。換句話說，有意義的不是具體的節流口布置，而是節流口面積，及在適當時間(偏轉)之前防止壓力的建立。作為一個實際問題，并聯加入一個較大的節流口或孔，如LD2，較容易，而不是試圖修整包括LD1的孔的形狀。
已經結合一個實施例描述了本發明，在該實施例中，在特定位置，即軸向槽59，正好在A1節流口的下游，把負載信號連通到主油路上。然而，熟悉本專業的技術人員將認識到，在本發明的范圍內，負載檢測回路的各種其他布置是可能的。本發明最根本的是提供一種裝置，以當動態信號流體流入主油路時，防止在主油路中在流度計的上游建立流體壓力，至少直到A1節流口和AQ節流口打開。
盡管用節流口LD2作為一個可變節流口，描述了本發明，但本發明不受此限制。節流口LD2可以包括一個固定節流口，該固定節流口最好具有在AQ節流口大約開始打開時，與LD2在圖6中所示的大致相同的節流口面積。相信確定哪種類型的節流口布置對于一個特定的流體控制器是最佳的、以及確定節流口面積、變相等等，是在熟悉本專業的技術人員的能力范圍內。如果節流口LD2太大，則控制器的基本操作由于不能建立適當的負載信號而受不利影響，如以上解釋的那樣。如果節流口LD2太小，則壓力建立在流度計的上游，并且控制器的操作開始看起來更象圖7中的“先有技術”。
在以上說明書中已經詳細描述了本發明，并且相信本發明的各種變更和修改對于熟悉本專業的技術人員來說，由閱讀和理解本說明書將變得顯而易見。因為所有這些變更和修改都進入所附權利要求書范圍中，所以認為他們被都包括在本發明中。
權利要求
1.一種可操作的流體控制器(17)，控制流體從一個有壓流體源(11、13)到一個流體壓力操縱元件(15)的流量，該流體源包括響應一個動態負載信號(31)的變化來改變至所述控制器(17)的流體輸送量的壓力響應裝置(13)；所述控制器(17)包括限定一個連接到所述流體源(11、13)的進口(21)、連接到所述流體壓力操縱元件(15)的第一(25)和第二(27)控制油口、和一個連接到所述動態負載信號(31)的負載檢測口(29)的殼體裝置(20)；閥裝置(55、69)布置在所述殼體裝置中，并且限定一個中間位置(圖4)和至少一個工作位置(圖5)，在工作位置，所述殼體裝置(20)和所述閥裝置(55、69)共同限定一條提供從所述進口(21)到所述第一控制油口(25)的流體連通的主油路(35、39)、和一條與所述主油路并聯的放大油路(48)；所述主油路(35、39)包括一個主可變流量控制節流口(43)和一個流度計(37)，而所述放大油路(48)包括一個可變放大節流口(50)，由此當所述閥裝置移離所述中間位置(圖4)到所述工作位置(圖5)時，動態負載信號流體進入所述負載檢測口(29)，并在所述主可變流量控制節流口(43)和所述可變放大節流口(50)打開之前流經所述主油路(35、39)和所述流度計(37)；該流體控制器(17)的特征在于(a)可操作的裝置(85、87、89)，以防止在所述主油路(35、39)中，在所述流度計(37)的上游建立流體壓力，作為所述動態負載信號流體(31)從所述負載檢測口(29)流入所述主油路的結果，至少直到所述主可變流量控制節流口(43)和所述可變放大節流口(50)打開；(b)由此直到所述主可變流量控制節流口(43)和所述可變放大節流口(50)都打開，有壓流體才流經所述流度計(37)。
2.根據權利要求1所述的流體控制器(17)，其特征在于防止所述流體壓力的建立的可操作的所述裝置(85、87、89)包括所述閥裝置(55、69)，閥裝置(55、69)限定一個負載檢測泄油節流口(LD2)，節流口(LD2)提供從所述負載檢測口(29)到一個回油口(23)的流體連通，回油口(23)由所述殼體裝置(20)限定并適于連接到一個系統油箱(R)。
3.根據權利要求1所述的流體控制器(17)，其特征在于防止所述流體壓力的建立的可操作的所述裝置(85、87、89)包括所述閥裝置(55、69)，閥裝置(55、69)限定一個負載檢測油路(51)，負載檢測油路(51)在所述流度計(37)的上游的一個位置，提供從所述負載檢測口(29)到所述主油路(35、39)的流體連通。
4.一種可操作的流體控制器(17)，控制流體從一個有壓流體源(11、13)到一個流體壓力操縱元件(15)的流量，該流體源包括響應一個動態負載信號(31)的變化來改變至所述控制器(17)的流體輸送量的壓力響應裝置(13)；所述控制器(17)包括限定一個連接到所述流體源(11、13)的進口(21)、連接到所述流體壓力操縱元件(15)的第一(25)和第二(27)控制油口、和一個連接到所述動態負載信號(31)的負載檢測口(29)的殼體裝置(20)；閥裝置(55、69)布置在所述殼體裝置中，并且限定一個中間位置(圖4)和至少一個工作位置(圖5)，在工作位置，所述殼體裝置(20)和所述閥裝置(55、69)共同限定一條提供從所述進口(21)到所述第一控制油口(25)的流體連通的主油路(35、39)、和一條與所述主油路并聯的放大油路(48)。所述主油路(35、39)包括一個主可變流量控制節流口(43)和一個流度計(37)，而所述放大油路(48)包括一個可變放大節流口(50)，由此當所述閥裝置移離所述中間位置(圖4)到所述工作位置(圖5)時，動態負載信號流體進入所述負載檢測口(29)，并在所述主可變流量控制節流口(43)和所述可變放大節流口(50)打開之前流經所述主油路(35、39)和所述流度計(37)；一個負載檢測泄油節流口(LD1、LD2)提供從所述負載檢測口(29)到一個回油口(23)的流體連通，把所述負載檢測泄油節流口(LD1、LD2)設計成當所述閥裝置(55、69)處于所述中間位置時具有最大的過流面積，而大約在主可變流量控制節流口(43)開始打開時閉合；該流體控制器(17)的特征在于(a)可操作的裝置(85、87、89)，以便當所述閥裝置(55、69)移離所述中間位置(圖4)到所述工作位置(圖5)時，保持所述負載檢測泄油節流口(LD1、LD2)打開，至少直到所述主可變流量控制節流口(43)和所述可變放大節流口(50)打開；(b)由此直到所述主可變流量控制節流口(43)和所述可變放大節流口(50)打開，有壓流體才流經所述流度計(37)。
全文摘要
一種動態負載檢測和流量放大型的流體控制器(17),包括一條帶有一個主可變流量控制節流口(43)、和一個流度計(37)的主油路(35、39)。根據本發明,除一個正常負載檢測泄油節流口(LD1)之外,還提供了一個負載檢測泄油節流口(LD2),節流口(LD2)在主節流口(43)和一個放大節流口(50)打開之后保持稍微打開,以防止流度計(37)上游的壓力建立。結果,直到放大節流口(50)打開,才有經流度計(37)的流量,并且流量放大能力對于操作者顯得是立即到來的。
文檔編號B62D5/07GK1201924SQ9810966
公開日1998年12月16日 申請日期1998年6月5日 優先權日1997年6月6日
發明者王金博(音譯), 唐納德·M·哈瑞斯塔 申請人:尹頓公司