專利名稱：流體偏壓式液壓控制閥的制作方法
技術領域：
本發明涉及諸如電磁閥的電動式液壓控制機構。
背景技術：
用于液壓控制系統的電磁控制閥用來控制處于壓力下的油，該處于壓力下的油可 用來切換開關提升機構(switching lifter)中的掣子銷和發動機氣門系統中的間隙調節 器。氣門提升機構是控制發動機中的排氣門和進氣門的打開和關閉的發動機部件。間隙調 節器也可以用來使發動機中的排氣門和進氣門不工作。可以選擇性地使發動機氣門不工作 (失效)或鎖定，以在發動機上的功率需求降低時停止一些氣缸的操作。通過使氣缸不工 作，可以改善發動機的燃料效率。使電磁控制閥不工作的發動機必須以最少的響應時間進行操作以使發動機效率 最高。氣門響應時間包括氣門的啟動響應時間和失效響應時間。電磁控制閥向銜鐵施加磁 力，該銜鐵通過激勵線圈而使控制閥桿抵抗通常由彈簧施加的偏壓力運動。應當使由該電 磁部分向銜鐵以及繼而向控制閥桿施加的磁力最大以減少響應時間。通過增加線圈的尺寸 可以增大由線圈施加的磁力。然而，降低成本和重量方面的考慮傾向于限制線圈的尺寸。失 效響應時間受到氣門蓋偏壓彈簧的不利影響，在氣門打開之前必須克服氣門蓋偏壓彈簧的 力。雖然在大多數應用中這種響應時間的延遲很小，但在可變氣門致動系統中，氣門啟動和 失效的有限時間窗口是關鍵的，并且必須降至最小。
發明內容
提供一種液壓控制閥，該液壓控制閥包括螺線管體、可選擇地被激勵的線圈以及 鄰近該線圈定位的銜鐵。閥桿從銜鐵伸出。線圈可被激勵以使銜鐵和閥桿從第一位置運動 到第二位置。第一位置可以是解除激勵的關閉位置，第二位置可以是被激勵的打開位置。閥 體、銜鐵和閥桿構造成使得所述銜鐵和閥桿由加壓流體偏壓至第一位置，允許銜鐵在沒有 偏壓彈性件(彈簧)的情況下操作。因此，銜鐵構造成使得流體凈壓力對關閉閥起作用，提 供了相對較快的氣門致動響應時間。如果不使用偏壓彈簧，則可使成本和組裝時間以及響 應時間降至最低。此外，由于不需要克服彈簧偏壓力，因此螺線管可以較弱，且因此費用更 低。在一個實施例中，銜鐵和閥桿包括第一提升閥和第二提升閥，閥體限定具有第一 座部的供給腔、第二座部、以及位于第一座部和第二座部之間的控制腔。在第一位置，第一 提升閥構造成座落在第一座部上且第二提升閥構造成與第二座部間隔開，以基本防止加壓 流體流過第一座部，并通過第二座部從控制腔排放流體；在第二位置，第一提升閥構造成與 第一座部間隔開且第二提升閥構造成座落在第二座部上，以允許加壓流體從供給腔流至控 制腔，并防止從控制腔流至排放口。液壓控制閥可以安裝至發動機上，使得當該發動機停止運行且線圈未被激勵時， 銜鐵落至第二位置，從而使第一提升閥離開座部以使供給腔與控制腔相通。因此，當發動機停止運行且線圈未被激勵時，由于重力，銜鐵處于與發動機運行時的激勵位置相同的位置。 當發動機隨后重新啟動時，此時線圈仍然未被激勵，當銜鐵和閥桿由于作用在第二提升閥 上的加壓油運動至第一位置時，空氣可以從供給腔排至控制腔，且進一步排至排放口。將系 統中的任何空氣排出使得閥具有更快的、更好地受控的響應。一種液壓控制回路設置有可選擇性地致動以產生磁通路徑的電磁致動器、具有座 部的閥體、以及銜鐵，處于壓力下的流體被選擇性地允許流過該閥座，該銜鐵通過電磁通量 選擇性地沿第一方向運動。該銜鐵限定有提升閥，該提升閥相對于該座部沿第一方向從關 閉位置運動至打開位置，在該關閉位置，防止流體流過該座部；在打開位置，允許流體流過 該座部，該銜鐵通過處于壓力下的流體的操作被偏壓至關閉位置。當結合附圖時，通過以下用于實現本發明的最佳實施方式的詳細描述，本發明的 上述特征和優點以及其它特征和優點將很明顯。
圖1為電磁閥的透視圖；圖2為圖1中示出的電磁閥的分解透視圖；圖3為沿著圖1中的剖開線3-3所在的平面所作的剖視圖，示出了處于第一關閉、 解除激勵位置的閥；以及圖4為閥的類似于圖3的局部剖視圖，該閥處于第二打開、激勵位置。
具體實施例方式參照圖1，示出了例如電磁閥10，該電磁閥諸如用來使提升器不工作或操縱內燃 機或柴油機中的雙提升系統。電磁閥10也可以稱為電磁致動器。電磁閥10安裝在發動機 12中。電磁閥10包括螺線管部分(電磁部分)16和閥體18。參照圖2和3，電磁閥10被示出為包括螺線管罐20，該螺線管罐容納向電磁閥10 提供能量/電能的線圈22。極靴24組裝在螺線管罐20內。極靴24限定了線圈22的磁通 路徑的一部分。磁通收集器插入件26設置在螺線管罐20內，并且也形成線圈22的磁通路 徑的一部分。通過激勵線圈22而產生的磁通(通量，flux)對銜鐵28起作用，以將電磁閥10從 如圖3中所示的常閉位置移動至如圖4中所示的打開位置。氣隙30設置在極靴24的徑向 延伸表面31和銜鐵28的徑向延伸表面33之間。通過相對于銜鐵28調節極靴24，可以調 節氣隙30。如圖2所示，壓力平衡槽(減壓槽、溢流槽)34設置在銜鐵28上，該壓力平衡槽 有助于使處于壓力下的油軸向地流過銜鐵28。壓力平衡槽34也稱為管道。或者，管道可以 鄰近銜鐵28形成在閥體18中以使得加壓油流過銜鐵28。磁通收集器插入件26可以鄰近 線圈22和閥體18插入模制的單件或多件體40中。閥體18限定有進油腔41，也稱為供給腔，銜鐵28設置在該腔中，并且最初該腔接 納處于壓力下的油。該閥體還限定有中間腔42，也稱為控制腔。多個0-形環槽43設置在 閥體18的外部，每個0-形環槽接納多個密封件44之一。密封件44形成閥體18和發動機 12之間的密封。模制體40限定有內部線圈容器46或繞線筒，其延伸到螺線管部分16中。 僅示出了一部分線圈22，但可以理解的是，線圈22填充線圈容器46。如圖所示，模制體40可以形成為單件式整體塑料模制部件，或者也可以形成為多件體并組裝在一起。線圈22纏 繞在線圈容器46周圍。閥桿48具有接納在銜鐵28中的開口 52內的一部分50。通過螺紋連接或閥桿48 與銜鐵28之間的壓配合，可以調節控制閥桿48相對于銜鐵28的位置。如下文中將更完整 地描述的那樣，銜鐵28包括提升閥54，該提升閥54響應于壓力變化相對于閥座56移動。 排放提升閥60設置在控制閥桿48的一端上以相對于閥座62移動從而打開和關閉排放口 70。供給通路64設置在發動機12中，用于向限定在閥體18中的進油腔41提供壓力 Pi。控制通路68設置發動機12中，該控制通路通常保持在控制壓力P2。同樣設置在該發 動機中的排放通路71與排放口 70連通，并且具有通向周圍環境壓力的孔口，該壓力可以稱 為“P。”。當排放口 70打開時，中間腔42變為壓力P。。參照圖4，電磁閥10被示出為處于打開位置。線圈22被激勵以使銜鐵28朝著線 圈22縮回。提升閥54打開閥座56以將壓力Pi從進油腔41提供至中間腔42，排放提升閥 60座落在底座62上以關閉排放口 70。參照圖2-4，閥體18包括供給口 63，該供給口接納來自供給通路64的處于壓力下 的油，該供給通路64與進油腔41和閥座56連通。當閥座56打開時，進油腔41與中間腔 42連通。處于壓力下的油通過出口 66供應到控制通路68，該出口也稱為控制油口。排放 口 70設置在閥體40的內側端。排放口 70與排放通路71連通。在工作時，閥10是常閉的，如圖3所示，并且通過激勵線圈22而移動至其打開位 置，如圖4所示。當被激勵時，線圈22減小形成在極靴24和銜鐵28之間的氣隙30。通過 由線圈22產生的電磁通量，銜鐵28向極靴24移動。腔41中的油通過壓力平衡槽34與間 隙30連通。當處于如圖3所示的常閉位置時，提升閥54關閉閥座56，使處于Pi的進油腔41 與處于P2的中間腔42隔離。進油腔41中的處于壓力下的油將提升閥54偏壓抵靠在閥座 56上。當&在間隙30處作用于銜鐵28的表面33的較大表面區域(表面積)上以提供沿 一個方向(即，沿將提升閥54座落于閥座56的方向)的偏壓力，同時，處于？的加壓流體 在腔41中沿相反的方向作用在該銜鐵的較小表面區域73上時，銜鐵28的受到Pi作用的 區域將該銜鐵偏壓至關閉位置。施加于提升閥54的偏壓力意在消除對彈性件(彈簧)的 需求。或者，可以結合有彈性件/彈簧(未示出)以增大施加于提升閥54的偏壓力。如圖4所示，當線圈22被激勵時，通過極靴24和磁通收集器插入件26的磁通將 銜鐵28拉向極靴24。銜鐵28相對于極靴24的面對面的取向使銜鐵28受到成指數地增大 的磁力。銜鐵28移動致使提升閥54相對于閥座56打開，從而將壓力Pi從進油腔41提供 至中間腔42。中間腔42通常維持在壓力P2，但當提升閥54打開閥座56且提升閥60關閉 閥座62以封閉排放口 70時，中間腔42的壓力增大至Pp因此，Pi沿一個方向作用在銜鐵 28的表面33的表面區域和提升閥54的表面區域72上，并沿相反的方向作用在提升閥54 的環形表面區域73和表面區域74上。由于受到作用的表面積33與組合的表面積73和74 相等，因此凈力為作用在表面區域72上的力。壓力的此變化使得供給至發動機氣門系統的 液壓增加至Pi。當提供至發動機氣門系統的壓力改變至Pi時，可以由掣子銷、間隙調節器 或其它受控裝置(未示出)使被選擇的發動機氣門不工作，從而使發動機的被選擇的氣缸不工作。當線圈22隨后被解除激勵時，通過由于磁通被去除引起的力(即，將銜鐵28拉向 極靴24的凈力)，表面區域33上的流體凈壓力使銜鐵28移動至圖3的常閉、解除激勵位 置。因此，銜鐵28構造成使得凈流體力(即，作用在表面72上的向下的凈力)對關閉閥10 起作用，此時腔42向排放口 70進行排放，從而提供從激勵位置至解除激勵位置的相對較快 的氣門致動響應時間。閥10設置有空氣凈化和自清潔特征。具體地，銜鐵28形成有旁路槽53(也稱為 旁路通道)以當閥關閉時允許有限量的油從腔41繞過閥座54運動至腔42。或者，旁路槽 可以鄰近閥座54設置在閥體18中。槽53還允許灰塵顆粒與油一起從腔41排出，因此起 到閥的“自清潔”特征的作用。此外，來自腔41的空氣通過槽53被凈化，從而，當線圈22 隨后被激勵時，防止氣墊(air cushion)抵靠著閥10起作用而使該閥向圖4的激勵位置運 動。這允許實現從解除激勵位置到激勵位置的快速轉換。假設閥10安裝在發動機12中，當發動機12停止運行，使得在閥10中不提供流體 壓力且線圈22被解除激勵時，此時銜鐵28位于極靴插頭24上方(即，相對于圖3和4中 所示的視圖上下顛倒)，則重力將致使銜鐵28落至圖4的激勵位置(雖然線圈未被激勵)。 因此，當發動機12啟動時，加壓油將出現在供給通道64，并且迫使其前面的任何空氣離開 供給腔41通向控制腔42，當油行進到腔41和間隙30中時通過打開的閥座56，將銜鐵28 偏壓向圖3的關閉、解除激勵位置。當提升閥62離開閥座時，空氣從腔42排至排放口 70。雖然已經詳細描述了用于實現本發明的最佳方式，本發明所涉及的領域的技術人 員將會認識到，用于實踐本發明的各種替換設計和實施方式落入所附的權利要求的保護范 圍之內。
權利要求
一種液壓控制閥(10)，該液壓控制閥(10)包括螺線管體(18)；可選擇地被激勵的線圈(22)；銜鐵(28)，所述銜鐵鄰近所述線圈定位并具有從所述銜鐵伸出的閥桿(48)；所述線圈可被激勵以使銜鐵和閥桿從第一位置運動到第二位置；其中所述閥體、所述銜鐵和所述閥桿構造成使得所述銜鐵和閥桿由加壓流體偏壓至所述第一位置。
2.根據權利要求1所述的液壓控制閥，其特征在于，該液壓控制閥沒有將所述銜鐵和 閥桿偏壓至所述第一位置的彈性件。
3.根據權利要求1所述的液壓控制閥，其特征在于，所述銜鐵和所述閥桿包括第一提 升閥(54)和第二提升閥(60)；所述閥體限定具有第一座部(56)的供給腔(41)、第二座部 (62)、以及位于所述第一座部和第二座部之間的控制腔(42)；在所述第一位置，所述第一 提升閥構造成座落在所述第一座部上且所述第二提升閥構造成與處于第二座部間隔開，以 基本防止加壓流體流過第一座部，并通過第二座部從控制腔排放流體；在所述第二位置，所 述第一提升閥構造成與第一座部間隔開且所述第二提升閥構造成座落在第二座部上，以允 許加壓流體從供給腔流至所述控制腔，并防止所述加壓流體從所述控制腔流至排放口。
4.根據權利要求3所述的液壓控制閥，其特征在于，該液壓控制閥與發動機結合；該液 壓控制閥安裝至所述發動機，使得當所述發動機停止運行且線圈未被激勵時，所述銜鐵落 至所述第二位置，從而使所述第一提升閥離開所述座部以使所述供給腔通向所述控制腔， 由此當所述發動機重新啟動且所述銜鐵和閥桿運動至所述第一位置時，空氣從所述供給腔 排至所述控制腔，且進一步排至所述排放口。
5.根據權利要求4所述的液壓控制閥，其特征在于，所述銜鐵構造成使得當所述銜鐵 從所述第二位置向所述第一位置平移時，所述第二提升閥的附加區域暴露于加壓流體，從 而將所述銜鐵偏壓至所述第一位置。
6.根據權利要求4所述的液壓控制閥，其特征在于，閥體和第一提升閥中的一者在所 述第一座部處形成旁路通道(53)，當所述閥處于所述第一位置時，允許空氣從所述供給腔 通過所述旁路通道排放至所述控制腔。
7.根據權利要求1所述的液壓控制閥，其特征在于，還包括極靴(24)，所述極靴定位成在所述極靴和銜鐵之間形成間隙(30)；所述銜鐵構造成在 所述間隙和所述銜鐵的與所述極靴和間隙相對的一側之間形成壓力流體的路徑；所述銜鐵 的暴露于所述間隙中的加壓流體的第一區域大于所述銜鐵的暴露于位于所述銜鐵的與所 述間隙相對的一側的加壓流體的第二區域，從而所述銜鐵由所述流體偏壓離開所述極靴。
8.根據權利要求7所述的液壓控制閥，其特征在于，隨著所述閥從第二位置向第一位 置平移，受到使所述閥偏壓向所述第一位置的流體壓力作用的區域增大，且銜鐵與極靴之 間的間隙增大。
9.一種液壓控制回路，包括電磁致動器(10)，該電磁致動器可選擇性地致動以產生磁通路徑，該致動器包括具有座部(56)的閥體(18)，處于壓力下的流體被選擇性地允許流過所述座部；和銜鐵(28)，所述銜鐵通過電磁通量選擇性地沿第一方向運動，所述銜鐵限定有提升閥(54)，所述提升閥相對于所述座部沿所述第一方向從關閉位置運動至打開位置，在所述關 閉位置基本上防止流體流過所述座部，在所述打開位置允許流體流過所述座部，所述銜鐵 通過處于壓力下的流體的操作被偏壓至所述關閉位置。
10.根據權利要求9所述的液壓控制回路，其特征在于，所述提升閥為第一提升閥；所 述閥體限定有第二座部(62)；所述銜鐵與限定有第二提升閥(60)的閥桿(48)連接，所述 第二提升閥(60)隨著所述銜鐵相對于所述第二座部沿所述第一方向從第一位置運動至第 二位置，在所述第一位置允許流體流過所述第二座部，在所述第二位置防止流體流過所述 第二座部；當所述銜鐵由處于壓力下的流體偏壓向所述關閉位置時，所述第二提升閥被偏 壓向所述第一位置。
11.根據權利要求10所述的液壓控制回路，其特征在于，所述第一提升閥和第二提升 閥由所述閥桿保持固定不變的空間關系。
12.根據權利要求9所述的液壓控制回路，其特征在于，所述電磁致動器是電磁閥，該 電磁閥包括可被激勵以產生磁通的線圈(22)。
13.根據權利要求9所述的液壓控制回路，其特征在于，所述閥體限定有第一腔(41)， 加壓流體通過供給口(63)被提供至所述第一腔(41)；所述閥體還限定有第二腔(42)，流體 從所述第二腔(42)排放至排放口(70)；當允許流體流過所述座部時，所述第二腔與所述第 一腔流體連通。
14.根據權利要求13所述的液壓控制回路，其特征在于，所述銜鐵與限定有第二提升 閥(60)的閥桿(48)連接，所述第二提升閥(60)隨著所述銜鐵相對于所述排放口沿所述第 一方向在關閉位置和打開位置之間運動，當所述第二提升閥關閉所述排放口時，所述第一 提升閥打開，當所述第二提升閥打開所述排放口時，所述第一提升閥關閉。
15.一種液壓控制閥，包括銜鐵(28)和可被激勵的線圈(22)；閥體(18)，所述閥體限定有閥座(56)、排放座部(62)、供給口(63)、控制口(66)和排 放口(70)；其中，所述銜鐵包括第一提升閥(54)，當線圈未被激勵時，所述第一提升閥(54)座落 在所述閥座上并基本防止加壓流體通過所述閥座從所述供給口流至所述控制口 ；所述銜鐵 通過由被激勵的線圈產生的磁力在所述閥體內移動，以使所述第一提升閥離開所述閥座而 允許流體從所述供給口流至所述控制口；閥桿(48)，所述閥桿與所述銜鐵組裝并具有排放提升閥(60)，當線圈未被激勵時，所 述排放提升閥(60)與所述排放座部間隔開以允許流體從所述控制口流至所述排放口，當 線圈被激勵時，所述排放提升閥(60)座落在所述排放座部上以防止流體從所述控制口流 至所述排放口。
16.根據權利要求15所述的液壓控制閥，其特征在于，所述銜鐵構造成使得當所述銜 鐵從線圈被激勵的第二位置向線圈未被激勵的第一位置平移時，第二提升閥的附加區域暴 露于加壓流體，從而將銜鐵偏壓至所述第一位置。
17.根據權利要求15所述的液壓控制閥，其特征在于，閥體和第一提升閥中的一者在 所述第一座部形成旁路通道(53)，當所述閥處于線圈未被激勵的第一位置時，允許空氣從 所述供給口通過所述旁路通道排放至所述控制口。
18.根據權利要求17所述的液壓控制閥，其特征在于，隨著所述閥從線圈被激勵的第 二位置向第一位置平移，排放提升閥的受到使所述閥偏壓向所述第一位置的流體壓力作用 的區域增大，且銜鐵與極靴之間的間隙(30)增大。
全文摘要
本發明涉及一種液壓控制閥(10)，該液壓控制閥設置有螺線管體(8)、可被激勵的線圈(22)和鄰近該線圈定位的銜鐵(28)。閥桿(48)從銜鐵伸出。線圈可被激勵以使銜鐵和閥桿從第一位置運動到第二位置。閥體、銜鐵和閥桿構造成使得銜鐵和閥桿由加壓流體偏壓至所述第一位置，允許銜鐵在不具有偏壓彈簧的情況下進行操作。
文檔編號F15B13/044GK101929363SQ20101026317
公開日2010年12月29日 申請日期2010年6月17日 優先權日2009年6月17日
發明者G·V·貝內克, R·D·凱勒 申請人:伊頓公司