电磁减压阀的制作方法

背景技术：

在车辆发动机部件领域中，油泵是使加压油在比如油盘或油箱等储存部位与需要润滑的发动机的各种部件之间循环的装置。油的循环既减少了运动的发动机部件之间的摩擦，又使加压油和发动机部件之间能够传热。油泵由皮带驱动，使用发动机产生的动力来循环加压油。驱动油泵所需的动力可影响发动机效率和车辆整体燃料经济性。

定量油泵设计用于支持从冷起动到空转到峰值扭矩的各种发动机工况。随着发动机负荷的增加，定量油泵可以使用更多的动力，并产生比润滑和传热所需的更高的油压，从而对发动机效率和燃料经济性产生负面影响。因此，定量油泵设计有减压阀，该减压阀将在设定的压力水平下(例如六巴或七巴)打开，以将油排回储存部位或泵入口以避免油超压，并限制发动机消耗的动力来驱动油泵。除了浪费能源之外，使用油泵产生超过这个压力水平限制的油压可能会损坏某些发动机部件，例如过滤元件。

定量油泵中的减压阀通常包括偏置元件和在加压油作用下压缩偏置元件以打开卸荷回路的活塞，该减压阀设计成考虑极端发动机工况(如峰值扭矩)的油压需求。极端的发动机工况要求油压水平高于大多数发动机工况所需的油压水平，因此，仅在相对较高的压力水平下通过泄流能使减压阀无效运转。变量油泵使用液压和电动控制装置，通过改变油泵的排量，例如通过改变泵内的叶片配置，来将油压与发动机工况匹配。变量油泵可以通过控制油压来提高发动机效率和车辆的燃料经济性，但是设计的复杂性也给车辆制造商带来了比具有减压阀的定量油泵更高的成本。

技术实现要素：

所公开的实施例的一个方面是用于润滑系统的减压阀。减压阀包括限定由通道隔开的第一腔室和第二腔室的壳体，以及设置在第一腔室内的偏压元件。减压阀进一步包括具有设置在第一腔室内的第一活塞部分和设置在第二腔室内的第二活塞部分的活塞，以及与第一腔室流体连通的第一入口。第一入口允许流体进入第一腔室以作用于第一活塞部分，从而在第一压力水平下压缩偏置元件。减压阀还包括与第二腔室流体连通的第二入口。第二入口允许流体进入第二腔室以作用于第二活塞部分，与作用在第一活塞部分上的流体结合以在第二压力水平下压缩偏置元件。减压阀还包括与第二入口流体连通的螺线管，螺线管具有允许流体进入第二入口的第一位置。

所公开的实施例的另一个方面是减压阀。减压阀包括限定由通道隔开的第一腔室和第二腔室的壳体，所述通道的横截面积小于第一腔室的横截面积且小于第二腔室的横截面积，以及设置在第一腔室内的偏置元件。减压阀进一步包括具有设置在第一腔室内的第一活塞部分和设置在第二腔室内的第二活塞部分的活塞。第一活塞部分和第二活塞部分通过在第一腔室和第二腔室之间延伸的活塞杆并通过通道联接，以将第一腔室与第二腔室流体密封。

减压阀进一步包括与第一腔室和流体源流体连通的第一入口,第一入口允许来自流体源流体进入第一腔室以作用于第一活塞部分，从而在第一压力水平下压缩偏置元件。减压阀还包括与第二腔室和流体源流体连通的第二入口。第二入口允许来自流体源的流体进入第二腔室以作用于第二活塞部分，与作用在第一活塞部分上的流体结合以在第二压力水平下压缩偏置元件。第二压力水平低于第一压力水平。减压阀还包括与第二入口流体连通的螺线管，螺线管具有允许流体进入第二入口的第一位置和阻止流体通过第二入口进入第二腔室的第二位置。减压阀还包括与第一腔室流体连通的出口。偏置元件的压缩允许进入第一腔室的流体通过出口离开第一腔室。

附图说明

下面的说明参照附图，其中在几个视图中相同的附图标记表示相同的部件，并且其中：

图1是表示螺线管处于阻断位置的定量油泵的减压阀的剖面图。

图2是表示螺线管处于泄流位置的图1所示减压阀的剖面图。以及

图3是在一个发动机循环期间，分别由非电磁控制的定量油泵、包括图1和图2所示螺线管的定量泵和变量油泵执行的功的图形比较。

具体实施方式

在润滑系统中使用的定量泵的减压阀具有在两个不同的压力水平下的泄流能力，一个通常较高的压力水平与更加极端的发动机工况(如峰值扭矩)相关联，一个通常较低的压力水平与更标准的发动机工况(如冷启动和部分负载)相关联。用于卸压的压力水平由根据发动机设计、流体温度和发动机负载控制的螺线管的操作来确定。当螺线管处于阻断位置时，活塞的仅一部分受到加压流体的作用，并且克服诸如弹簧之类的偏置元件的刚度所需的压力处于较高水平。当螺线管处于泄流位置时，活塞的第二部分也受到加压流体的作用，并且克服偏置元件的刚度所需的压力处于较低水平。

图1是表示螺线管102处于阻断位置的定量油泵(未示出)的减压阀100的剖面图，例如，其中螺线管102根据用于螺线管102的操纵机构配置得以通电或断电。减压阀100包括限定由通道110隔开的第一腔室106和第二腔室108的壳体104，通道110设置在第一腔室106和第二腔室108之间。减压阀100还包括设置在第一腔室106内的偏置元件112，该偏置元件112位于第一腔室106的一端，使得将偏置元件112向第一腔室106的该端压缩成为可能。偏置元件112可以是机械或机电装置，当相对于中性位置延展或压缩时，所述机械或机电装置在外部物体上施力；偏置元件112被构造成当外部物体不施力时返回到中性位置。偏置元件112的一个例子是弹簧。

减压阀100还包括具有第一活塞部分116的活塞114，第一活塞部分116设置在第一腔室106内，例如，与偏置元件112相邻并且构造为用于作用在偏置元件112上。根据平移的方向，活塞114在第一腔室106内的平移可以压缩偏置元件112或允许偏置元件112延展。在图1的例子中，当活塞114向右移动时，偏置元件112被第一活塞部分116压缩。当活塞114向左移动时，偏置元件112被允许向第一活塞部分116延展。

活塞114还包括设置在第二腔室108内的第二活塞部分118。第二活塞部分118可通过，例如在第二腔室108和第一腔室106之间延伸的活塞杆120并通过通道110以将第二腔室108与第一腔室106流体密封的方式联接到第一活塞部分116。本例中的通道110的横截面积小于第一腔室106的横截面积且小于第二腔室108的横截面积，但其他配置，例如第一腔室106、通道110和第二腔室108具有相等的横截面积，也是可能的。此外，尽管活塞杆120被描述为连接第一活塞部分116和第二活塞部分118，通过通道110连接两个活塞部分116、118的其他方式也是可能的。

在图1的例子中，第一活塞部分116的至少一部分具有与第一腔室106的横截面积几乎相等的横截面积。此外，第二活塞部分118由活塞杆120的最左侧的面形成，因此，活塞杆120具有比第二腔室108的横截面积小的横截面积。这些仅是活塞114的各个部分的潜在横截面积的示例，其他配置也是可能的。例如，第二活塞部分118可以包括几乎等于第二腔室108的横截面积的横截面积。在上述每种配置中，第一腔室106通过延伸穿过通道110的活塞杆120与第二腔室108流体密封。

减压阀100还包括与第一腔室106流体连通的第一入口122。第一入口122允许流体进入第一腔室106并且作用在第一活塞部分116上。第一入口122也与流体源124(例如，油泵的发动机油路或出口)流体连通。诸如发动机油之类的加压流体从流体源124流到第一入口122并作用在第一活塞部分116上。加压流体必须达到第一压力水平(例如六巴或七巴)，以便将活塞114向右平移并且压缩偏置元件112。也就是说，具有达到第一压力水平的压力的流体将作用在第一活塞部分116的表面上，以产生足以克服偏置元件112的刚度并平移活塞114同时压缩偏置元件112的力。

在发动机润滑系统中，该第一压力水平(例如六巴或七巴)被设计成考虑到极端发动机工况(例如峰值扭矩)的油压需求。该第一压力水平高于大多数发动机工况所需的压力水平，因此，泄压阀100可以通过仅在达到相对较高的第一压力水平之后通过泄流而导致油泵无效运转。减压阀100的设计可以通过包括与螺线管102和第二腔室108流体连通的第二入口126来改进。在图1的例子中，螺线管102处于阻断位置，其中插塞128阻挡从流体源124到第二入口126的流体路径。虽然插塞128被示出为螺线管活塞130的一部分，但是用于关闭流体源124和第二入口126之间的通路的机构可以采取其他形式，例如闸门、轴承、叶片等。此外，虽然螺线管102被示出为位于流体源124和第二入口126之间，但是螺线管102可以形成第二入口126的一部分或者位于流体源124附近。

当螺线管102处于阻断位置时，螺线管出口132可允许流体从第二入口126流到，例如发动机油路或流体泵出口。螺线管出口132允许位于第二腔室108中的流体(即，未被流体源124主动加压的流体)返回到发动机润滑系统，以便当第二活塞部分118不被用于压缩偏置元件112时维持过滤并控制流体温度。因此，当第二腔室108未被用于压缩目的时，电螺线管出口132用作第二腔室108的排水口。

减压阀100还包括与第一腔室106流体连通的出口134。偏置元件112的压缩允许进入第一腔室106的流体通过出口134离开第一腔室106。在图1的例子中，出口134位于第一活塞部分116的两个分开区段之间。第三入口136位于第一腔室106内的一个位置，使得偏置元件112的压缩使得第三入口136打开，并允许来自流体源124的流体在第三入口136处进入第一腔室106并在出口134处离开第一腔室106，从而实现油泵泄流。尽管第一活塞部分116被示出为由活塞杆120的一部分分开的两个区段，但是第一活塞部分116可以可选地包括阻塞第三入口136和出口134直到偏置元件112被压缩的单个区段。无论第一活塞部分116上的活塞区段的数量如何，活塞114的操作大致相同。偏置元件112的压缩进一步结合图2进行描述。

图2是表示螺线管102处于泄流位置的图1所示的减压阀100的剖面图，同样，其中螺线管102根据用于螺线管102的操纵机构配置得以通电或断电。例如，在发动机控制单元(ecu)的指导下，将螺线管102移动到泄流位置可以引起螺线管活塞130的平移以打开插塞128，允许流体通过第二入口126进入第二腔室108。流体因此可以作用在第二活塞部分118上。由于来自流体源124的流体同时也作用在第一活塞部分116上，所以克服偏置元件112与活塞114的刚度所需的力可由较低的第二压力水平产生，因为被流体作用的面积，即第一活塞部分116和第二活塞部分118的面积的组合，已经增加。

第二压力水平可以是，例如在两巴和四巴之间的值，使得通过将螺线管102通电允许减压阀100在该第二压力水平下排出流体。发动机运转期间，诸如部分负荷或部分节流、发动机怠速以及发动机冷起动的许多发动机工况需要较低的流体压力来维持发动机部件的润滑，而不像更极端的发动机工况(例如峰值扭矩或峰值节流)所需的那么高。通过在这些工况下以较低的压力水平通过减压阀100排出流体，由于不需要油泵来驱动流体的压头，所以油泵只需要做较少的功。由于泵的做功较少，可以实现更好的整体车辆燃料经济性。ecu可以被编程为基于，例如发动机设计、流体(油)温度和发动机负载，来使螺线管102通电和断电。

在图2中，偏置元件112已经被在第一活塞部分116和第二活塞部分118上都起作用的流体产生的组合力压缩。一旦偏置元件112被压缩，第三入口136允许来自流体源124的流体穿过第一腔室106并通过出口134离开减压阀100。出口134可以与例如发动机油路或油盘流体连通。在一个实施例中，出口134可以与发动机的汽缸盖(发动机油路的一部分)流体连通，已经被油泵加热的流体可以被传送到汽缸盖以在冷启动期间帮助加热发动机的燃烧部件，从而提高发动机效率，因为随着发动机油温升高，在低温条件下泵送所需的能量降低。

在图2所述的例子中，第三入口136将仅保持打开，因此，流体将仅通过出口134排出，只要当螺线管102处于泄流位置时，来自流体源124的流体的压力水平保持在第二压力水平以上。一旦压力水平下降到低于第二压力水平，或者如果螺线管102处于如图1所示的阻断位置，一旦压力水平下降到低于第一压力水平，活塞114将被迫使通过偏置元件112的膨胀而向左平移，并且第三入口136将被第一活塞部分116关闭。基于发动机工况，压力可再次在流体源124内建立，直到再次在减压阀100内触发泄流。

图3是在一个发动机循环期间，分别由非电磁控制的定量油泵(如线300所示)、包括图1和图2所示螺线管102的定量泵(如线302所示)和变量油泵(如线304所示)执行的功的图形比较。用于生成各种类型的油泵的累计功的曲线图的发动机循环包括各种发动机工况，并且本质上仅是示例性的。其他发动机循环可以使用相同的油泵类型来运行以产生类似的结果。

在发动机循环完成时，由定量油泵执行的累计功(如线300所示)超过300kj。这种功的水平与减压阀的高压水平设置一致，例如六巴或七巴。如果减压阀100保持图1的配置，螺线管102在整个发动机循环中处于阻断位置，则可以产生这种功的水平。

相比之下，当同一发动机循环完成时，示例性变量油泵，即通过改变油泵的排量使用液压和/或电动控制来使流体压力与发动机工况匹配的油泵，所执行的累计功大约为120kj(如线304所示)。虽然这表示比传统的定量油泵的累计功减少了60％，但是变量油泵的成本和复杂性过高，导致车辆制造商寻求另一手段来提高发动机效率，即通过调整定量油泵的操作。

当被操作为基于例如发动机负载、发动机的设计以及测量的流体温度通过ecu控制螺线管102在泄流和阻断位置之间移动时，图1和图2的减压阀100允许定量油泵的累计功在发动机循环中从300kj(如线300所示)降低到约180kj(如线302所示)。通过使用电磁减压阀100，定量油泵的累计功减少了40％，导致燃油效率提高了三分之二，而提高同样水平需要更昂贵和复杂的变量油泵。

尽管已经结合目前被认为是最实用和优选的实施例进行了公开，但是应该理解的是，本公开旨在覆盖各种修改和等效方案。