一种先导式反比例减压电磁阀的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种先导式反比例减压电磁阀，由主阀、先导阀和比例电磁铁构成，所述主阀由阀体、位于阀体内部的阀芯、铆接在阀体一端的阀座和位于阀芯内部靠近阀座一端的复位弹簧、套接在阀体外的滤网构成；所述先导阀由阀体、与阀体一端平面接触的顶杆构成；所述比例电磁铁由滑动轴承、轴承座、极靴、衔铁、顶杆、连接管、行程垫片、挡铁、磁路板、调节螺钉、线圈、调节弹簧、线圈罩和轭铁构成；其解决了现有的先导式反比例减压电磁阀存在的控制频率范围窄、油耗高、故障率高、制造过程复杂的问题，具有控制频率范围宽、油耗低、故障率低、制造简单的优点。
【专利说明】 一种先导式反比例减压电磁阀
【技术领域】
[0001]本实用新型专利涉及一种反比例减压电磁阀，尤其是用于车辆自动变速器液压系统的精确压力控制的先导式反比例减压电磁阀。
【背景技术】
[0002]反比例减压阀是自动变速器液压系统的核心元件，广泛用于自动变速器油压的精确压力控制。与一般的直动式比例减压电磁阀相比，先导式反比例减压电磁阀具有流通能力大，工作压力高等特点，在大扭矩车型上应用广泛。具有代表性的先导式反比例减压电磁阀是应用于悍马等车型的通用公司产4L60E型自动变速器。
[0003]通用公司4L60E型自动变速器用先导式反比例减压电磁阀由开关型电磁铁、先导阀和主阀的构成，其中由衔铁与阀体组成先导阀，电磁输出力由衔铁输出。其工作过程为:输入给电磁阀的电信号，经开关型电磁铁转化成作用在电磁铁动铁芯衔铁上的电磁吸力输出，在衔铁内部设置弹簧，通过控制弹簧的压缩量产生需要的弹簧力。电磁吸力与位于衔铁内部的弹簧产生的弹簧力的有效电磁力与先导阀腔的液压反馈力等平衡，先导反馈腔的液压反馈力与主阀腔的液压反馈力平衡，由此得到输入信号与主阀腔控制口压力的对应关系。在该类型的先导式反比例减压电磁阀中，电磁力的大小不仅与输入电信号的大小有关，同时与衔铁与静铁芯的相对位置有直接关系，在0.0lmm量级的位置差时电磁力的既有较大差异。先导腔的压力依赖衔铁与阀体间形成的先导溢流口的大小(对应衔铁与阀体之间精确的相对距离)决定。由于主阀控制口的压力与应先导腔的压力以及电磁铁输出的合力成 对应关系，为了实现主阀控制口压力的线性，需要电磁铁输出的有效电磁力与输入信号之间成线性比例关系。而开关电磁铁其输出电磁力与动铁芯衔铁的位置有关，这就导致对衔铁的位置有非常高的精度要求。同时，为了实现电磁铁输出有效电磁力的线性，还需要对位于衔铁内部的弹簧力进行精确控制。为了降低输入信号等导致的电磁阀控制压力的波动，在衔铁上设置了减振膜片。
[0004]现有结构主要有以下几点不足:
[0005]I)零件数量众多且众多零件需要很高的加工精度，加工困难，装配过程需要众多调节环节，对单个产品进行衔铁位置调节，弹簧预紧力调节，装配过程耗时，制造困难且制造成本较高。
[0006]2)衔铁较大质量，其运动惯量较大，在工作时响应速度偏慢且容易出现过冲问题，电磁阀先导腔的溢流流量偏大，导致发动机驱动油泵的负载偏大使得应用该电磁阀的测量油耗偏高。
[0007]3)由于加工及装装配过程过于复杂，产品一致性较差，不同产品之间输入信号与控制口压力之间的特性关系散差较大，由于tcu信号兼容性的局限，导致应用该电磁阀产车辆故障率偏高。
[0008]4)由于开关电磁铁在高频控制信号无法完成动作，在低频信号时动作频率过低，使得该电磁阀的使用控制频率范围较窄。[0009]因此，设计一种用于大扭矩自动变速器的降低油耗、减小制造难度、降低故障率且控制频率范围宽的先导式反比例减压电磁阀是本领域亟需解决的一个技术问题。
实用新型内容
[0010]本实用新型专利目的是提供一种用于大扭矩自动变速器的油耗低、制造难度小、故障率低且控制频率范围宽的先导式反比例减压电磁阀。
[0011]为实现本实用新型的技术目的，本实用新型采用的技术方案是:一种先导式反比例减压电磁阀，由主阀、先导阀和比例电磁铁构成，其特征在于:所述主阀包括阀体，及位于阀体内部的阀芯，及铆接在阀体上的阀座，及位于阀芯内部靠近阀座一侧的复位弹簧，及套接在阀体外的进口滤网和出口滤网；所述先导阀内设置有与阀体一端平面接触的顶杆；所述比例电磁铁包括膜片、第一滑动轴承、第二滑动轴承、轴承座、极靴、衔铁、顶杆、连接管、垫片、挡铁、磁路板、调节螺钉、线圈、调节弹簧、线圈罩和轭铁；所述轭铁为中空的筒状结构，一端固定在阀体上，另一端由磁路板密封；所述极靴、衔铁、挡铁、磁路板、线圈位于轭铁内部；所述极靴和挡铁与连接管之间铆接为一体；所述衔铁与顶杆铆接为一体；所述第一滑动轴承镶嵌在挡铁内部且套接在顶杆上；所述第二滑动轴承镶嵌在轴承座内部、且通过轴承座与极靴铆接为一体并套接在顶杆上；所述顶杆设置在滑动轴承与滑动轴承之间
[0012]作为优选，所述阀体、顶杆和阀芯形成先导阀腔。
[0013]作为优选，所述膜片位于阀体和极靴之间，且套接在顶杆上。
[0014]作为优选，所述阀芯设置有多段相邻的同心圆孔型先导引压孔，并与径向设置的一个两段同心圆柱形先导腔进油孔连通，并连通先导阀腔，阀芯直径方向设置有圆孔型控制口引压孔，并与轴线方向设置有偏心圆孔型控制口引压孔连通，并连通主阀控制压力反馈腔；所述阀体上设置有进口、控制口、主阀泄油口和先导腔泄油口。
[0015]本实用新型的有益技术效果是:
[0016]1、本实用新型专利采用吸力型比例电磁铁，零件加工难度适中，装配过程不需要进行调节，装配过程简单。
[0017]2、本实用新型中衔铁等运动部件运动惯量较小，响应速度快、稳定性好，先导腔的泄漏较小，产品能耗低。
[0018]3、本实用新型中采用了比例电磁阀结构作为驱动元件，产品散差小，一致性好，故障率低。
[0019]4、本实用新型专利采用了比例电磁阀结构作为驱动元件，适用控制信号频率范围宽，可到300Hz至1500Hz范围。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021]图1为本实用新型专利先导式反比例减压电磁阀的结构示意图；
[0022]图2为本实用新型专利先导式反比例减压电磁阀不通电时油路的示意图；[0023]图3为本实用新型专利先导式反比例减压电磁阀通电时(额定最大电流时油路的示意图；
[0024]图4为本实用新型专利先导式反比例减压电磁阀工作时的原理示意图；
[0025]其中附图标记为:1-阀座，2-复位弹簧，3-阀芯，4-阀体，5-膜片，6a_第一滑动轴承，6b-第二滑动轴承，7-轴承座，8-极靴，9-衔铁，10-顶杆，11-连接管，12-垫片，13-挡铁，14-磁路板，15-调节螺钉，16a-第一电插针，16b_第二电插针，17-调节弹簧，18-线圈罩，19-轭铁，20a-第一滤网，20b-第二滤网，3a-先导引压孔，3b-控制口引压孔，3c-控制口引压孔，3d-先导腔进口油，3e_控制压力反馈腔，4a_进油口，4b_控制口，4c-控制腔泄油口，4d-先导腔泄油口，4e-先导压力反馈腔，调节弹簧力，巧-复位弹簧力，F-电磁力，/k-先导腔液压反馈力，先导腔液压驱动力，/%_控制口液压反馈力，X -先导反馈腔反馈面积，5；主阀腔液压作用面积，Pp -电磁阀进油压力，
Pa -电磁阀控制口 A 口压力，先导腔压力。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图对本实用新型的优选实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。
[0027]参阅图1，本实用新型提供一种先导式反比例减压电磁阀，一种先导式反比例减压电磁阀，由主阀、先导阀和比例电磁铁构成，所述主阀由阀体4、及位于阀体4内部的阀芯3，及铆接在阀体4上的阀座1，及位于阀芯3内部靠近阀座I 一侧的复位弹簧2，及套接在阀体4外的进口滤网20a和出口滤网20b构成；
[0028]阀体4设置有进口 4a、控制口 4b、主阀泄油口 4c和先导腔泄油口 4d。阀芯3径向设置的一个两段同心圆柱形先导腔进油孔3d，并与阀芯内设置多段相邻的同心圆孔型先导腔引压孔3a连通后向先导阀腔4e供油，阀芯3直径方向设置有圆孔型控制口引压孔3b，并与轴线方向设置有偏心圆孔型控制口引压孔3c连通并连通主阀控制压力反馈腔3e。工作时阀芯3与阀体4之间在驱动力的作用下产生位移，实现油路的切换，利用阀芯3对压力的闭环反馈作用实现对电磁阀控制口压力的可控调节。
[0029]先导阀由阀体4、与阀体4 一端平面接触的顶杆10构成，先导阀的主要作用是放大电磁铁的输出电磁力，将电磁力装换成液压驱动力来驱动主阀工作。其工作原理为溢流式压力调节，直径较小的先导腔进油口 3d给先导阀腔4e供油，通过顶杆10与阀体4之间形成的溢流口的开度大小调节溢流流量从而实现对先导腔4e压力的控制，溢流油液由阀体4上设置的先导腔泄油口 4d排出。
[0030]比例电磁铁由膜片5、第一滑动轴承6a、第二滑动轴承6b、轴承座7、极靴8、衔铁9、顶杆10、连接管11、垫片12、挡铁13、磁路板14、调节螺钉15、线圈16、调节弹簧17、线圈罩18和轭铁19构成；极靴8、衔铁9、挡铁13、磁路板14和轭铁19均由软磁材料制成；极靴
8、衔铁8、挡铁13、磁路板14、线圈16位于轭铁19内部，作为线圈19通电时产生的磁场的磁力线回路。轭铁19为中空的筒状结构，一端固定在阀体4上，另一端由磁路板14密封。极靴8和挡铁13与连接管11之间铆接为一体，保证电磁铁性能同时使安装更为简便。衔铁9与顶杆10铆接为一体，衔铁所受力有顶杆传递，且安装便捷。第一滑动轴6a承镶嵌在挡铁13内部且套接在顶杆10上，对顶杆10起支撑作用。第二滑动轴承6b镶嵌在轴承座7内部通过轴承座7与极靴8铆接为一体且套接在顶杆10上，顶杆10可在第一滑动轴承6a与第二滑动轴承6b之间滑动。顶杆10即作为电磁力输出的零件，同时作为先导阀调节元件调节先导压力反馈腔4e的压力。膜片5位于阀体4和极靴8之间且套接在顶杆10上，跟随顶杆10运动，起到隔离先导压力反馈腔4e介质流入电磁铁内部，膜片5同时可调节运动零件的频率，在电磁阀驱动信号频率范围内使先导压力反馈腔4e压力更为稳定。
[0031]给线圈供电时，电磁铁的输出力值仅与输入电流的大小有关而与衔铁的位置无关。由于比例电磁阀驱动力有严格的要求，电磁力的偏差直接决定了电磁阀控制压力的偏差。上述比例电磁铁的电磁力与衔铁9位移基本无关的特性使得电磁铁制造过程是对衔铁9的位置无需精确控制，电磁铁的装配过程得到极大的简化，且可以输出精确的电磁力驱动先导阀工作。电磁铁部分设置了调节螺钉15用于调节弹簧17的预紧压缩力，该预紧压缩力与电磁阀控制口压力初始设定值为一一对应关系。实际应用时通过对调节螺钉位置的调节可以实现不同的初始设定压力从而应用于不同的使用需求。
[0032]参阅图2并结合附图1所示，不通电时，入口压力P通过先导腔进油口(图1中序号3d)进入先导压力反馈腔(图1中序号4e)，作用在顶杆(图1中序号10)上，调节弹簧(图1中序号17)的弹簧力作用在顶杆(图1中序号10)上，二者平衡得到先导压力反馈腔(图1中序号4e)的压力，先导阀溢流，油液通过先导泄油口(图1中序号4d)排出；先导压力反馈腔(图1中序号4e)的压力作用在阀芯(图1中序号3)上，产生向下的先导腔液压驱动力，阀芯(图1中序号3)在先导液压驱动力作用下向下运动，进油口(图1中序号4a)和控制口(图1中序号4b)之间通道打开，控制口(图1中序号4b)和控制腔泄油口(图1中序号4c)之间通道关闭，进油口(图1中序号4a)油压通过控制口引压孔(图1中序号3b)进入控制压力反馈腔(图1中序号3e)，产生对阀芯(图1中序号3)的向上的控制压力反馈力，同时，复位弹簧(图1中序号2)的弹簧力(远小于控制压力反馈力)向上作用在阀芯(图1中序号3)上。阀芯(图1中序号3)在先导腔液压驱动力、复位弹簧力和控制压力反馈力的作用下上下移动，进油口(图1中序号4a)、控制口(图1中序号4b)和控制腔泄油口(图1中序号4c)之间交替开、关，直至阀芯(图1中序号3)达到平衡，得到稳定的控制口(图1中序号4b)压力。如此先导腔的压力与电磁阀控制口的压力形成一一对应的关系。
[0033]参阅图3并结合图1所示，当通电且电流增大时，比例电磁铁产生电磁力向上运动压缩调节弹簧(图1中序号17)，顶杆(图1中序号10)与阀体(图1中序号4)间形成的先导压力反馈腔开口(图1中序号4e)增大，先导阀泄油增大，由于先导腔进油口(图1中序号3d)流通面积有限，导致先导压力反馈腔(图1中序号4e)压力降低，最终降低后的先导压力反馈腔(图1中序号4e)压力作用在顶杆(图1中序号10)上，与调节弹簧(图1中序号17)的弹簧力和电磁力的电磁吸力的合力平衡，获得降低的先导压力反馈腔(图1中序号4e)压力。由于先导压力反馈腔(图1中序号4e)压力与电磁阀控制口(图1中序号4b)压力一一对应，得到降低的电磁阀控制口(图1中序号4b)压力。
[0034]当电流达到最大工作电流时，先导压力反馈腔(图1中序号4e)压力降低到接近0，电磁阀控制口(图1中序号4b)压力为O。当电流由大变小时，电磁铁吸力减小，顶杆(图1中序号10)在调节弹簧(图1中序号17)的弹簧力作用下向下移动，顶杆(图1中序号10)与阀体(图1中序号4)形成的先导压力反馈腔(图1中序号4e)溢流开度减小，先导压力反馈腔(图1中序号4e)压力增大，由于先导压力反馈腔(图1中序号4e)压力和电磁阀控制口(图1中序号4b)压力的对应关系，电磁阀控制口(图1中序号4b)压力增加。
[0035]由此,通过对电磁阀输入信号的控制获得对应的控制口(图1中序号4b)压力，控制口(图1中序号4b)压力与输入信号(等效电流值)之间成反比例关系，通过调节螺钉(图1中序号15)改变调节弹簧(图1中序号17)的弹簧预紧力可以调节控制口(图1中序号4b)不通电状态初始压力的大小。
[0036]上述过程中，先导腔泄油口(图1中序号4d)—直向外排油，控制腔泄油口间或向外排油(图1中序号4c)，供油口(图1中序号4a)持续供油。
[0037]该阀工作方式如图4结合图1所示:电磁铁部分输出电磁力6，作用在衔铁(图1中序号12)上，同时调节弹簧力的弹簧力&也作用在衔铁上，通过与衔铁连接为一体的顶杆
输出，先导腔压力Px作用在顶杆上的先导液压反馈面积Sx形成先导液压力Fyx,电磁力Fi
与先导液压力的合力和节弹簧力的弹簧力G平衡。先导腔压力A作用在阀芯上的主阀液压反馈面积5；形成向下的先导液压驱动力/^，与复位弹簧作用在阀芯上力弹簧力巧以
及电磁阀控制口压力尽作用在阀芯主阀液压反馈面积5；形成的向上的控制液压反馈力/^
十-人.I ψ
平衡。电磁阀控制口压力。与输入电流I之间的关系为---其中K为比
例电磁铁的比例电磁力系数，I为输入电流(采用PWM信号时为等效值电流)，^与输入电流I之间成反比例关系。
[0038]实际应用表明，该阀具有很高的控制精度，制造过程难度适中，性能稳定，产品一致性好，故障率低，适用于多种需要精`确压力控制的液压系统中，如AT、AMT、DCT和CVT等自动变速箱的液压系统中。
[0039]对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围内的情况下，在其他实施例中实现。因此，本实用新型将不会限制于本文所示的这些实施例，而是要符合于本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
【权利要求】
1.一种先导式反比例减压电磁阀，由主阀、先导阀和比例电磁铁构成，其特征在于:所述主阀包括阀体，及位于阀体内部的阀芯，及铆接在阀体上的阀座，及位于阀芯内部靠近阀座一侧的复位弹簧，及套接在阀体外的进口滤网和出口滤网；所述先导阀内设置有与阀体一端平面接触的顶杆；所述比例电磁铁包括膜片、第一滑动轴承、第二滑动轴承、轴承座、极靴、衔铁、顶杆、连接管、垫片、挡铁、磁路板、调节螺钉、线圈、调节弹簧、线圈罩和轭铁；所述轭铁为中空的筒状结构，一端固定在阀体上，另一端由磁路板密封；所述极靴、衔铁、挡铁、磁路板、线圈位于轭铁内部；所述极靴和挡铁与连接管之间铆接为一体；所述衔铁与顶杆铆接为一体；所述第一滑动轴承镶嵌在挡铁内部且套接在顶杆上；所述第二滑动轴承镶嵌在轴承座内部、且通过轴承座与极靴铆接为一体并套接在顶杆上；所述顶杆设置在滑动轴承与滑动轴承之间。
2.根据权利要求1所述的一种先导式反比例减压电磁阀，其特征在于:所述阀体、顶杆和阀芯形成先导阀腔。
3.根据权利要求1所述的一种先导式反比例减压电磁阀，其特征在于:所述膜片位于阀体和极靴之间，且套接在顶杆上。
4.根据权利要求1所述的一种先导式反比例减压电磁阀，其特征在于:所述阀芯设置有多段相邻的同心圆孔型先导引压孔，并与径向设置的一个两段同心圆柱形先导腔进油孔连通，并连通先导阀腔，阀芯直径方向设置有圆孔型控制口引压孔，并与轴线方向设置有偏心圆孔型控制口引压孔连通，并连通主阀控制压力反馈腔；所述阀体上设置有进口、控制口、主阀泄油口和先导腔泄油口。
【文档编号】F15B13/02GK203670331SQ201420010312
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年1月8日 优先权日:2014年1月8日
【发明者】王琦麟, 陆灿 申请人:浙江弘驰科技股份有限公司