专利名称：控制液压介质流量的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种从压力介质源到一活塞的液压介质流量的控制装置。该活塞属于往复式内燃机中驱动排气阀的行程变送器泵或燃油喷射泵，并由压力介质致动。该装置具有一个阀壳，其中有一可轴向运动的带一控制柱塞的阀芯，和至少一条与压力介质源相连的供给通道，至少一条与该活塞相连的通道，和至少一条排出通道。该控制柱塞将与活塞相连的通道有选择地与供给通道或与排出通道连通。
已知的类似装置中，阀芯是刚性地连接在一个有电流流过的可运动的驱动线圈的，线圈设置在产生永磁场的磁铁气隙中。已经发现，这样的装置所获得的开关时间与电磁铁相比相当短。当电流流过驱动线圈时，会产生大量的焦耳热，从装置中带走这样的热成了问题。产生这种热的缺点在于线圈的电阻变大，提供的电流减小，从而线圈的驱动力也减小。为了克服这一缺点，曾提出过在线圈的两端安装管形弹簧件，并与之成一直线;这些弹性件既起导入导出电流的作用，又起带走热量的作用。这种弹性件方案的结构复杂，并使驱动线圈更难以接近。此外，弹簧件还阻碍了线圈的运动性能，所吸收的热量也极有限。
本发明的目的是改进开始部分所述类型的装置，以结构较简单同时保持非常短的开关时间的方式，将焦耳热从装置中很好地带走。
按照本发明上述发明目的是通过一种线圈携带器获得解决的，该线圈携带器连接在阀芯上，它有两个突缘，其间绕有驱动线圈，该驱动线圈供以电流并设置在一气隙中，一磁铁的一对磁极间的永磁场穿过该气隙，并且在磁铁的磁极区设有至少一条向该驱动线圈供给冷却空气的通道。
通过这样的方案该驱动线圈得以牢固地座在该线圈携带器上，而装在其两侧的弹簧件被取消，从而结构的外廓减小。径向略伸过线圈的凸缘防止线圈与其外侧的磁铁的磁极滑动接触，因为该磁极在线圈的绕线绝缘被损伤后，可能发生短路。同时保持了线圈和线圈携带器的可接近性。通过供给冷却空气，磁铁磁极区的焦耳热被有效地带走，从而消除了电流供给和驱动力方面迄今受到的限制。同时，可能泄露的液压介质和/或可能含有的会磨伤线圈携带器的颗粒也随同热量从磁铁处带走。
本发明的实施例和某些应用将结合附图在下面详述。其中
图1为具有电动装置的液压控制装置的示意轴向剖视图;
图1a为图1中的线圈携带器的放大正视图;
图2为连接在图1所示液压装置后面的二位三通阀的示意轴向剖视图;
图3为一个二位三通阀的示意轴向剖示图，其中图1所示的控制装置结合在该阀的滑动柱塞中;
图4为往复式内燃机的燃油喷射装置的回路图，采用了图1所示的控制装置和图3所示的二位三通阀;和图5和6为阴极射线示波器的图形，根据电动装置的电控信号，反映出图3和4所示的控制装置和燃油喷射装置的零件的运动量相对于时间的关系。
如图1所示，电动装置1具有一个圆盘状永磁铁2，它被一个磁性材料制的筒形外壳3包围，之间具有径向间隙。由该筒形外壳3底部3′伸出的凸肩4支承在该圆盘2上，其直径与该圆盘2的直径大体相等。该圆盘2的远离该凸肩4的一侧支承着一个回转体s，它由一个截锥部分和一个圆柱部分s′组成。该截锥部分从圆盘2开始，向该圆柱部分5′倾斜。环形盘6支靠在图1所示外壳3的左端面上，其外径与外壳3的外径相等。环形盘6的内径大于圆柱部分5′的外径，这样在后者与环形盘6间留出一个环形气隙7。回转体5和环形盘6均由磁性材料制成。磁场磁力线从永磁铁2开始，在一侧穿过筒状外壳3的凸肩4、底部3′和筒壁以及环形盘6，另一侧穿过回转体5的截锥部分和圆柱部分5′，并在环形气隙7中相连。环形盘6区域和圆柱部分5′区域构成这一气隙的边界，形成一对磁极。
气隙7中设有一个驱动线圈8，它绕在一个线圈携带器9上，并由例如一个铜线绕组构成。该线圈携带器9成空心回转体形状，并设置成能沿气隙轴向往复运动。线圈携带器9如图1a所示具有一个大直径的圆柱部分10，其外侧设有两个凸缘11和12，其中凸缘12位于该部10的端部。凸缘11和12间的空间用来容纳驱动线圈8的绕线。凸缘11径向设置了两个槽缝11′，线圈绕线的两端可穿过该槽缝，从绕线空间导出。如图1a所示，一个锥形空心截锥13与该部分10的左端相连，其收缩端与一空心圆柱部分14相接。为使由线圈携带器9和驱动线圈8构成的运动系统的质量尽可能小，以及出于磁性原因，上述部分10和13以及凸缘11和12为薄壁件，并且整个线圈携带器是由钛制成的。
如图1所示，液压控制装置的阀壳20与环形盘6的左端相连。该阀壳20有三个管接头孔21，22和23。管接头孔21通过一条未详示的管线与向该控制装置供给液压介质(如箭头P所示)的压力源相连，以控制所述的装置。管接头孔22通过一条未详示的管线与一装有活塞35′的装置35相连，在该控制装置供给的压力介质(双箭头A所示)作用下，活塞35′能够运动。管接头孔23通过一条未详示的管线与一储液箱相连，由该装置35和该控制装置排出的压力介质可流入其中(如箭头所T所示)。
由未详细画出的该装置的压力介质驱动的活塞35′可以是一个伺服活塞，它沿开启方向驱动一台具有柴油机结构的往复式内燃机的排气阀。它还可用于其它应用场合，其中压力介质作用在一个起液压开关作用的二位三通阀的滑动柱塞上。
阀壳20中设有一个套24，其上钻有孔21′、22′和23′，分别与上述管接头孔21，22和23呈一直线。此外，该套24还有一个中心孔25，具有控制活塞27的阀芯26可由该孔导向作轴向运动。靠近图1所示阀芯26的右端有一法兰28，其相邻部分加工成一螺栓，线圈携带器9可通过其空心圆柱部分14支承其上。该线圈携带器9可借助旋在该螺栓上的螺母29紧固在阀芯26上。
阀壳20上设有两个端子30(未详示)，电线可通过它将电控信号输给上述电动装置。为清楚起见，图1中只绘出一个端子30。第二端子与第一个端子对称布置。在阀壳20内侧端子30区域，一个弯曲弹簧31的一端绝缘地连接在该壳体上，它的另一端在(图1a所示)点31′绝缘地连接在线圈携带器9的锥形部分13上。沿轴向看，该弹簧31形似半环，因此具有很高柔性，以尽可能小地阻碍线圈携带器9的运动能力。在这一连接点31′附近，形成了由驱动线圈8引出的绕线的一端与弹簧31之间产生的电导通连接。借助两片弹簧32将线圈携带器9保持在中间位置，图1中也只绘出了其中的一片。弹簧片32的一端伸进线圈携带器9的圆柱部分14的槽缝32′中，而它的另一端则固定在阀壳20内。
绕环形盘6的周边，均布设置了多个径向通道68，它们与气隙7相通，通过这些通道可向驱动线圈8供给冷却空气。为导走冷却空气，阀壳20上靠近环形盘6有多个径向通道69，通过这些通道，还可将泄漏的压力介质导走。筒形外壳3、环形盘6和阀壳20用螺栓连接在一起，图1中这些螺栓用点划线15表示。
上述装置的工作过程如下当驱动线圈8通过端子30获得电控信号时，便在气隙7中运动，例如向左运动，这样，通过线圈携带器9，使带控制柱塞27的阀芯26偏移。驱动线圈8的运动方向由所谓的左手定则确定。控制柱塞27在其右端控制边处露出压力介质由孔21′进入孔22′的通路，以使压力介质到达装置35中的活塞35′处，从而使活塞向图1中的上方偏移。压力介质供给的持续时间，取决于电控信号的持续时间。该控制信号消除后，作用在驱动线圈8上的力也同时消失，在片簧32作用下它又回到其正常位置。同一作用还施加在阀芯26上，以便当控制柱塞27重又取图1所示位置时，切断压力介质的供给。活塞35′保持在升高的位置上;当驱动线圈8所获得的电控信号在其电流方向与上述情况相反时，它将向图1中的右方向运动。阀芯26和控制柱塞27也同时向右偏移，使孔23′和22′间形成通路，压力介质通过管接头孔22和23从活塞35′流到储液箱，其结果是活塞35′相应地向下运动。控制信号终止时，阀芯26和驱动线圈8又回到中间位置，活塞35′保持不动。与压力介质的作用有关的P、A、T与孔21′、22′和23′还可选定为与上述有所不同，这取决于控制的类型。
如图2所示，二位三通阀有一阀壳，它带一个为滑动柱塞42的运动导向的中心孔41。在图2中阀壳40下侧出现三个管接头孔43、44和45。孔43通过一条未详示的管线与一压力源相连，该压力源向该二位三通阀供给液压介质(如箭头P所示)。由于这一阀门是连接在图1所示控制装置后的，上述压力源可以是向阀壳20的管接头孔21提供压力介质的同一压力源。在这种情况下，可从连接到孔43上的管线上分出一条支管46，并连接到管接头孔21上。管接头孔44通过一条未详示的管线连接到一个可以是图1所示装置35那样的设备上。该设备，例如是一种驱动一台往复式内燃机工作缸上端的一个排气阀的往复泵，同样具有可运动的活塞，而该活塞又由来自管接头孔44的压力介质(双箭头A所示)致动。管接头孔45(如箭头T所示)通过一条未详示的管线与一储液箱相连。该储液箱可以是图1中与连接到管接头孔23的管线相通的同一储液箱。
滑动柱塞42有一控制柱塞47，它在图中所示位置是位于管接头孔44的前方，并堵塞该孔。在图2中滑动柱塞42在该控制柱塞47的右方还有一控制柱塞48，其右控制边51在图2中与排放通道49配合，该排放通道49通过一条轴向通道50与管接头孔45相通。该控制边51是由滑动柱塞42表面上的一个平台形成的。图2中该平台的右端还形成另一控制边53，它属于控制柱塞54，该控制柱塞54伸进充满压力介质的一个控制室55中。该控制室55位于阀壳40的盖56中，与一管接头孔57相通，该孔不与图1所示装置35相连，而与图1所示控制装置的管接头孔22相连。盖56在控制室55内形成一个凸肩56′，它起滑动柱塞42的挡块作用。与通道50相通的孔58与图1所示控制装置的管接头孔23相连。在控制柱塞47和48之间管接头孔43区域，分出一通道59，它穿过滑动柱塞42延伸至控制边51和53间的平台区域，然后通过一节流孔52与位于第一个上述平台相对侧的另一个平台贯通。在图2中该平台的右端形成控制柱塞54上的另一控制边53′，沿该滑动柱塞的轴向看去，该控制边53′相对上述控制边53略为向左偏移，并与控制室55配合。在图2中滑动柱塞42的左端，其外表面加工成锥形，以通过(未示的)非接触式传感器在任何时侯都能感受到滑动柱塞42的位置。传感器设置在阀壳40上的孔93中。此外，在图2所示滑动柱塞42的左端还有一盲孔94，弹簧95安装在该盲孔中，弹簧的未画出的那端顶在阀壳40的一个固定部位上。弹簧95向滑动柱塞42施加一指向控制室55中挡块56′的力。
当图2所示装置中不存在压力时，滑动柱塞42在螺旋弹簧95作用下被顶靠在挡块56′上。但滑动柱塞42的正常位置是在图2所示的位置。
这一位置是通过管接头孔43、通道59、节流孔52和在图2中位于其下方的平台，在压力作用下将压力介质送到控制室55实现的。控制室55中压力的建立使滑动柱塞42向图2中的左方偏移，直至位于图2所示位置为止，这时控制边53′位于阀壳40的孔41内。任何可能泄漏进控制室55中的压力介质都会使滑动柱塞42略向图2的左方偏移，以使前述上平台的左端控制边51敞开排出通道49的入口，让少量压力介质溢流进该通道。一旦控制室55中的压力由于溢漏再度下降，螺旋弹簧95又使滑动柱塞42稍作回移，直至控制边51关闭通往排出通道49的进口为止。
当图1和2所示的装置按上述方向相互连接后，驱动线圈8获得一个电控信号，阀芯26上的控制柱塞27如图1所示那样，向左偏移，压力介质将通过阀壳20上的管接头孔22和盖56(图2)上的管接头孔57进入控制室55。滑动柱塞42从而向图2左方偏移，以使其柱塞47敞开连通管接头孔43与管接头孔44间的通路，压力介质可流至与该孔44相通的活塞(未示)。管接头孔43与管接头孔44间的连接通路敞开的同时，滑动柱塞42上平台的控制边53位于孔41内，这样就没有任何压力介质可由控制室55进入排出通道49。只要控制柱塞27保持孔21′和22′间的通路敞开，上述滑动柱塞42的运动就将持续。当控制柱塞27回到图1所示的中间位置，这一运动才被中断。由于压力介质不再通过管接头孔57流入控制室55，滑动柱塞42也保持在偏移左方的某个位置。滑动柱塞42的运动代表阀芯26的整体运动。当驱动线圈8获得一个与电流方向相反的控制信号时，图1所示的控制柱塞27将向右偏移，从而发生将孔22′与孔23′连通。盖56上的孔57也与阀壳20上的管接头孔23连通，压力介质可通过管接头孔22自控制室流到储液箱。螺旋弹簧95迫使滑动柱塞42回到图2所示位置。
图3所示方案中是将图1所示控制机构与二位三通阀合为一体的，二位三通阀的阀壳60与图2所示阀壳40基本一样。阀壳60上没有相应于孔58那样的孔，但在阀壳60的排出通道49和管接头孔43之间设置了一个泄漏压力介质的排出通道61，以通过一条未示的管线与储液箱相连通。滑动柱塞62在图3所示右端有一中心孔63，相应于图1所示控制机构的阀芯26即装在该孔中，并能沿轴向运动。阀芯26上的控制柱塞27区域的控制柱塞54中设有沿径向贯通的通路64，它与控制室55相通。在图3中通路64的左侧有一条从孔63中分出的呈角度延伸的支路65，它与排出通道49相通。从管接头孔43处分出的支路59′在滑动柱塞中延伸过节流孔52和通路64，然后在图3所示该通路的右端与孔63相通。
与结合图2所作的叙述类似，滑动柱塞62在无压力的情况下，借助螺旋弹簧95施加的力被推至图3所示控制室55的右边界或止推面56′处。一旦通过管接头孔43供给压力介质，压力介质便通过支路59′、节流孔52和其下面的平台进入控制室55，在控制室55中建立起压力，并使该滑动柱塞朝图3左方偏移到图示的正常位置。如图2所示装置的情况一样，可能泄漏的压力介质可以通过滑动柱塞62上的上平台进入排出通道49。
当图3未示的连接在阀芯26上的驱动线圈8获得一个电控信号时，控制柱塞27向例如图3的左方偏移，来自图3所示支路59′右端的压力介质通过通路64进入控制室55。滑动柱塞62从而向图3左方偏移，使其柱塞67敞开管接头孔43和44间的通路，让压力介质流至与管接头孔44相连的活塞。直到通路64被该控制柱塞27再度关闭，滑动柱塞62才停止偏移。被敞开的管接头孔44过流断面的大小取决于柱塞67偏移量的多少。这样，在图3所示方案的情况下，滑动柱塞62的偏移量与阀芯26所能达到的行程成比例。取决于柱塞67敞开的横截面大小，与管接头孔44相连的活塞也以不同的速度运动。驱动线圈8获得一个与上面所述方向相反的电控信号后，阀芯26将朝图3右方偏移，控制柱塞27将通路64与通路65间的通道连通，压力介质经过支路65从控制室55流入排出通道49。螺旋弹簧95迫使滑动柱塞62回到图3所示正常位置。
如图4所示，图3所示电动装置1和液压控制装置91与一个燃油喷射装置77共同工作。在图4中一条管线70连接在阀壳60的管接头孔43(见图3)上，其上装了一台泵71，它从储液箱72中吸入压力介质，供高压给控制装置91。在图4中，一条排出管线73连接在阀壳60的管接头孔45上，压力介质通过该管线流回储液箱72。在图4中一条管线74连接在阀壳60的管接头孔44(图3)上，并与液压缸75相通，图4所示燃油喷射装置77的活塞76设置在该油缸中可上下运动。具有较大直径的活塞76如图所示继续向上延伸，与另一具有较小直径的活塞76′相连。该较小的活塞76′由一具有相应较小直径的油缸75′导向。在活塞76′的上方，油缸75′内有一燃油喷射装置77的一个增压室78，一条燃油供给管线77与之相连。此外，一条装有单向阀80的压力管线81与该增压室78相连，并通往一个喷射器喷咀82，该喷咀与一台低转速大功率柴油机的燃烧室83相通，并按公知的方向装有喷针(未示)。燃烧室83的边界由气缸头84和工作活塞85限定，活塞是以公知的方式被气缸86导向进行运动。除连接在由缸75′上的燃油供给管线79外，略低于管线79管口处还有一条溢流管线88，其管口与设在活塞76′上的控制边(未示)共同工作。如图4所示，活塞76上方气缸75上还接有一条压缩空气管线90，通过它可向活塞76上方供给起弹簧作用的压缩空气，当通过管线76中的压力介质产生的作用在活塞76下侧的压力消失后，压缩空气还产生使活塞76向底部位置运动的回程运动。
驱动装置1的电控信号是通过设有函数发生器101的信号电线100输入的。喷油规则编程到函数发生器101中，函数发生器模拟喷射周期中燃油喷射量和分配规律。适当的操作参数以公知方式输入函数发生器101，在此不详细重复。该函数发生器101通过一条信号电线102与一个曲轴角位移传感器103(轴编码器)相连，该传感器通过一条信号电线104确定当时的曲轴角位移α。
图5中的曲线a)模拟通过图4所示信号电线100送到电动驱动装置1的电控信号进行情况;曲线b)表示阀芯26随同控制柱塞27运动进行的情况，而曲线c)模拟滑动柱塞62(图3)的运动进行情况;曲线d)模拟作用在燃油喷射装置77的活塞76下侧的管线74中压力介质的压力变化情况。
曲线d)还绘在图6中，以表示与喷射过程的关系。曲线e)模拟在相应于曲线d)的压力作用下，活塞76、76′的运动进行情况，而曲线f)表示小活塞76′上方增压室78上燃油压力变化情况;最后，图6中的曲线g)表示喷咀82中起动喷针阀的矩形行程情况。
起动喷针阀的矩形行程总是所希望的，因为它可导致喷入燃烧室83中的燃油的最佳燃烧。其优点还在于控制机构91中所需的运动件极少，即只有阀芯26和滑动柱塞62。
不用永磁铁2，改用可产生永磁场的电磁铁也是可以的。
权利要求
1.一种控制从压力介质源到一活塞(35′，76)的液压介质流量的装置，该活塞属于往复式内燃机中驱动排气阀的行程变送器泵或燃油喷射泵，并由压力介质致动，该装置具有一个阀壳(20)，其中有一可轴向运动的带一控制柱塞(27)的阀芯(26)，至少一条与压力介质源相连的供给通道(21)，至少一条与该活塞相连的通道(22)和至少一条排出通道(23)，控制柱塞(27)将与活塞(35′)相连的通道(22)有选择地与供给通道(21)连通或与排出通道(23)连通，其特征在于与上述阀芯(26)相连的一个线圈携带器(9)有两个突缘(11，12)，其间绕有一个驱动线圈(8)，该线圈供以电流，并布置在一个气隙(7)中，一个磁铁(2)的一对磁极(5′，6)间的永磁场穿过该气隙，以及在该磁铁的磁极(5′，6)区域至少设有一条通道(68)，以向该驱动线圈(8)供给冷却空气。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于该磁铁是永磁铁。
3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于由压力介质致动的活塞是一个二位三通阀的滑动柱塞(42，62)，该阀中位于其一端的上述滑动柱塞制成控制柱塞(54)，它伸入充有压力介质的一个控制室(55)中。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，滑动柱塞(42，62)的表面上设有一个平台，它形成二个控制边(51，53)，其中一边(53)与控制室(55)共同工作、另一边(51)与二位三通阀的排出通道(49，50)共同工作。
5.如权利要求3或4所述的装置，其特征在于，该滑动柱塞(42，62)中设有一条通路(59，59′)，它的一侧与二位三通阀的压力介质供给通道(43)相连，它的另一侧可以通过一个节流孔(52)和一在滑动柱塞(42，62)表面上的另一个平台与控制室(55)相连通。
6.如权利要求1至5所述的装置，其特征在于，带控制柱塞(27)的阀芯(26)支承在二位三通阀的滑动柱塞(62)中的一个轴向孔(63)中。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，在滑动柱塞(62)中，阀芯(26)的控制柱塞(27)区域有一连接轴向孔(63)与控制室(55)的通路(64)，它的一侧有一连接轴向孔(63)与二位三通阀的排出通道(49，50)的通路(65)，并且在该滑动柱塞(62)中，与二位三通阀的压力介质供给通道(43)相连的该通路(59′)沿纵向延伸至阀芯(26)的控制柱塞(27)的区域，并与该滑动柱塞(62)中的轴向孔(63)相通。
8.如权利要求1至7之一所述的装置，其特征在于该二位三通阀与由往复式内燃机的燃油喷射装置(77)中的压力介质致动的活塞(76)相连。
全文摘要
本装置有一阀壳，其中有一可轴向运动的带一控制柱塞的阀芯；至少一条与压力介质源相连的供给通道；至少一条与一活塞相连的通道和至少一条排出通道。阀芯与一线圈携带器相连，携带器有二个突缘，其间绕有驱动线圈。线圈布置在位于一磁铁的一对磁极间的气隙中，永磁场穿过该气隙。设置了至少一条供给冷却空气的通道和至少一条排出冷却空气的空道，以带走电流流过线圈时产生的焦耳热。
文档编号F16K31/06GK1082157SQ9310601
公开日1994年2月16日 申请日期1993年5月18日 优先权日1992年5月19日
发明者A·F·温达 申请人:新苏舍柴油机有限公司