閥單元、包括閥單元的流體作業機器的制造方法
【專利說明】閥單元、包括閥單元的流體作業機器發明領域
[0001]本發明涉及一種閥單元，該閥單元包括第一和第二閥件，第二閥件通常是環形閥。閥單元具有致動器，該致動器可致動以施加力，從而迫使第一閥件打開或關閉并迫使第二閥件打開或關閉。
【背景技術】
[0002]諸如栗、馬達和在替代運行模式中可作為栗或馬達運行的機器的流體作業機器包括低壓和高壓流體管線以及循環性變化容積的作業腔室(諸如活塞缸)。栗從低壓流體管線接收作業流體，做功以將其壓縮并將其輸送到高壓流體管線；馬達從高壓管線接收加壓作業流體，用其做功，并將加壓流體輸送到低壓管線。用來調節高壓和低壓流體管線與作業腔室之間作業流體流量的閥分別稱為高壓閥和低壓閥。
[0003]本發明涉及致動閥，其中致動器迫使低壓和高壓閥適當地打開或關閉。這些閥對于諸如EP0361927和EP0494236中公開的流體作業機器是有用的，這些機器中電子控制閥被控制器相對于作業腔室的循環分階段有效控制以在作業腔室容積的每次循環期間由每個作業腔室確定作業流體的凈位移。
[0004]W02013018146A1 (三菱重工有限公司(Mitsubishi Heavy Industries, Ltd.))公開了受單個電磁線圈影響的一對閥件。本申請的發明還采用單個致動器來影響一對閥件，但是創造性方面是內部部件的物理布置產生更緊湊的閥。
[0005]該類型機器對于工業、汽車、可再生能源發電或車輛的應用中是有用的，這些應用中機器緊湊且成本低是重要的。有利的是提供包括低壓閥和高壓閥兩者的閥單元。
[0006]還有利的是提供其中低壓閥和高壓閥都由相同致動器(例如單個電磁閥)致動的閥單元。這之所以有利是因為其降低閥單元的復雜度和其尺寸，并可增加可靠性。通過將電樞比先前設計更靠近螺線管定位，本發明縮短此路徑的長度，因此減少損失并增加效率。
[0007]本發明涉及這種閥單元結構的改進，其優點包括以下中的一個或多個:簡化制造、增加可靠性、對于給定的流動能力使閥更緊湊、減少形成的機器的總死空間(即當閥關閉時且當作業腔室處于其最小容積時，作業腔室與閥之間作業流體的容積)，并減少磁損失(且因此改進能量效率)。
【發明內容】
[0008]根據本發明的第一方面，提供了一種用于調節流體作業機器的作業腔室與第一作業流體管線和第二作業流體管線之間作業流體流動的閥單元，所述閥單元包括:
[0009]第一閥，所述第一閥包括第一閥件和一個或多個協作的第一閥座，
[0010]第二閥，所述第二閥包括第二閥件和一個或多個協作的第二閥座；
[0011]致動器，所述致動器可致動以施加力來推壓所述第一閥件遠離或朝向所述一個或多個第一閥座(即分別到打開或關閉位置)并施加力以推壓所述閥件遠離或朝向所述一個或多個第二閥座(即分別到打開或關閉位置)，
[0012]聯接件，在所述致動器與所述第一閥件之間；
[0013]其中所述聯接件包括至少部分延伸穿過(通常延伸穿過)所述第二閥件的連接件。
[0014]通過提供從致動器到延伸穿過第二閥件的、到第一閥件的聯接件，閥可做得更緊湊。具體來說，閥單元在使用時閥單元所連接的作業腔室與一個或多個第一和第二閥座之間限定的容積(即是說，當兩個閥關閉時，存在于閥座與作業腔室之間的作業流體的死容積)可減小，因為用于第一閥件的致動器無需容納在第二閥件與作業腔室之間。通常，致動器聯接到第二閥件。致動器可通過磁性回路聯接到第二閥件。
[0015]閥單元可還包括閥單元內的開口，所述第一閥和所述第二閥通過所述開口可與作業腔室連通，且其中所述第一閥件包括孔，當所述第一閥與所述一個或多個第一閥座密封接觸時所述第二閥可通過所述孔與所述開口連通(并由此與作業腔室連通)。
[0016]連接件通常是機械連接件，諸如連接桿。電樞(第一電樞)可與連接件為一體。在某些實施例中，連接件包括延伸穿過(第一)電樞和第一閥件的管道以由此平衡壓力。
[0017]在某些實施例中，連接件可包括液壓連接件。液壓連接件可例如包括第一和第二可滑動件以及其間延伸的、保持液壓流體的本體的腔室，使得第一和第二可滑動件進行相應的運動。第一可滑動件可以是所述(第一)電樞，或其一部分連接到(第一)電樞并隨其滑動。第二可滑動件可以是第一閥件，或其一部分連接到第一閥件并隨其滑動。所述腔室可以是封閉容積，但也可有一個或多個孔，通過一個或多個孔液壓流體可泄漏入或泄露出該腔室。因此，電樞力可經由該液壓流體的本體傳遞到第一閥件。第一閥件通常是低壓閥(即調節作業腔室與低壓流體管線之間液壓流體流動的閥)。第一作業流體管線通常是低壓流體管線。盡管可能發生泄漏，相應構件上的各彈簧是通常平衡的，使得該容積適當設定以用于低壓閥打開和關閉。該腔室可通過經由/圍繞存在的部件，或通過分開的流體通道泄漏饋送。這種液壓連接件的優點在于連接中有一定彈力，消除或減少由于疲勞失效造成連接桿斷裂失效的風險。
[0018]操作時，閥單元的開口聯接到作業腔室。該開口可例如是平滑孔、螺紋孔等。
[0019]第一閥件內孔的設置提供當第一閥關閉時作業流體流至或流出第二閥的路徑(即第一閥件與一個或多個第一閥座密封接觸)。這還使得能夠提供緊湊閥。第二閥件通常是高壓閥(即調節作業腔室與高壓流體管線之間液壓流體流動的閥)。第二作業流體管線通常是高壓流體管線。高壓和低壓是指相對壓力)。
[0020]使用時，一個或多個第一閥座通常聯接到第一作業流體管線(通常經由繞閥單元延伸的通道)，且一個或多個閥座通常聯接到第二作業流體管線(通常經由繞閥單元延伸的通道)。
[0021]通過經由第一閥件將作業腔室流體聯接到第二作業流體管線，第一作業流體管線可最靠近作業腔室和曲軸箱定位。該靠近有助于縮短作業流體管線的長度，且在作業流體管線以其他方式圍繞布置的情況下，避免該布置產生的復雜交織孔道。此外，從第一和第二作業流體管線到第一和第二閥座的流體連接可軸向間隔開，簡化制造。
[0022]通常，第一作業流體管線是低壓流體管線，而第二作業流體管線是高壓流體管線。低壓管線可較佳地更靠近曲軸箱定位，使得在某些實施例中，其可直接通向曲軸箱(這是低壓管線與專用低壓儲存器流體連通的替代布置)。曲軸箱然后變成閥單元的作業流體和流體作業機器的主低壓流體儲存器。如果高壓管線代而比低壓管線更靠近作業腔室，難以或不可能將低壓管線連接到曲軸箱，以允許“曲軸箱通氣”。
[0023]通常，第一閥件位于所述第二閥件與所述開口中間。
[0024]所述第二閥件可位于所述第一閥件與所述致動器中間。
[0025]所述致動器可以是螺線管致動器。螺線管致動器通常作用在電樞(通常是第一電樞，而在某些實施例中還有第二電樞)上。(第一)電樞較佳地通過延伸穿過第二閥件的連接件(通常固定地)連接到第一閥件。連接件通常與第二閥座同軸。
[0026]但致動器可以是任何其它類型致動器，例如壓電、液壓或氣動致動器。
[0027]可以是螺線管致動器作用在(第一)電樞上，所述(第一)電樞通過延伸穿過所述第二閥件的連接件連接到所述第一閥件，且所述(第一)電樞磁性聯接到所述螺線管致動器，使得當電流穿過所述螺線管致動器時，來自所述螺線管致動器的磁通量穿過所述(第一)電樞，且打開或關閉力由此通過所述連接件施加到所述第一閥件上。
[0028]所述力通常是朝向一個或多個第一閥座推壓(第一)電樞且因此推壓第一閥件的關閉力。但是，也可能是將第一閥件遠離一個或多個第一閥座推壓的打開力。
[0029]由螺線管致動器施加在第一閥件上的力通常通過致動器傳遞，而不是通過直接作用在第一閥件上的磁力傳遞。
[0030]第一閥件可完全由非磁性材料形成。
[0031 ] 可以是第二閥件包括形成電樞(第二電樞)的磁性材料，并磁性地聯接到螺線管致動器，使得當電流穿過螺線管致動器時，來自螺線管致動器的磁通量穿過(第二)電樞，且打開或關閉力由此施加在第二閥件上(通常與施加在另一(第一)電樞(連接到第一閥件)上的力同時)。
[0032]磁通量相遇并軸向穿過(第二)電樞的路徑是尤其重要的。軸向磁通量有產生軸向力的可能性，該軸向力然后軸向移動第二閥件。磁通路徑直接受到該設計的影響，且引導磁通的磁性回路由磁性/非磁性部件/流體間隙的靠近、其相應形狀、以及相鄰部分的交疊確定。螺線管線圈的得電可致使(第二)電樞沿遠離螺線管芯9的方向朝向環形密封件34(圖1所示)被吸引或沿朝向螺線管芯9的方向(如圖2所示)被吸引。圖2示出(第二)電樞件被拉入兩磁性部分之間流體孔隙內的實施例。該布置提供更大的“抓持”力，該力是吸引拉動(第二)電樞的遠程力。
[0033]所述力通常是遠離一個或多個第二閥座推壓(第二)電樞且因此推壓第二閥件的打開力。但是，也可能是朝向一個或多個第二閥座推壓(第二)電樞且因此推壓第二閥件的關閉力。
[0034]可以是所述螺線管致動器作用在(第一)電樞上，所述(第一)電樞通過液壓操作聯接聯接到液壓致動件，且所述液壓致動件通過所述連接件聯接到(通常連接到)所述第一閥件。
[0035]液壓壓力操作的聯接是指這樣的聯接，其中電樞的運動導致液壓流體的本體壓力的變化，這又導致液壓致動件的運動。這包括在(第一)電樞與液壓致動件之間有液壓流體的大致封閉本體的可能性，使得(第一)電樞和液壓致動件進行相應運動以維持液壓流體的本體的體積，并還包括(第一)電樞的運動致動機構的可能性，例如將液壓流體的本體連接到液壓流體的源或槽的閥的打開，這具