脉冲宽度调节阀的制作方法
【技术领域】
[0001] 描述了一种用于控制流体流动和/或流体压力的脉冲宽度调节阀。还描述了一种 该脉冲宽度调节阀的操作方法。
【背景技术】
[0002] 电脉冲宽度调制在流体流动方面存在一种模拟，其中，一个或多个阀W循环方式 控制流体流动，该一个或多个阀W该种方式操作，使得当阀在打开位亦即或者完全打开 (开），或者完全关闭（关）。该也与电脉冲宽度调制一致，其中电子开关（通常为晶体管 的形式）全开或全关。通过打开时间和关闭时间之间的关系改变来实现可变流动，但是一 般来说，频率保持恒定。打开状态的时间和关闭状态的时间之间的关系通常被称为占空比， 常用符号"D"表示，并W百分数形式给出。在给定操作频率的循环操作期间，占空比是独立 的且仅说明关于提及的关闭/打开间隔之间的关系。于是，获得的流体流动将大体上与阀 (W及，相应地电气环境中的开关）的占空比成比例。在占空比为0%值= 0%)时，阀完 全关闭，没有流体流动。在D = 50%时，依靠回路中的剩余阻力和供给压力等，然后可获得 总流体流动的50%。
[0003] 图1示出了对于具有不同占空比的脉冲宽度调制回路的函数图。
[0004] 对于流体流动的可变调整，通常也使用阻气阀/节流阀的形式。当阻气阀被部分 打开时，阻气阀的使用导致相当大的损失。该损失通常是等洽压降的形式，并伴有由于流路 中的狭窄通路或其他流体流动限制通路而出现的端流现象所造成的自由膨胀和/或摩擦， 其都取决于节流和流体的特性。仅当在全部流体流率下，阀开口大且阀上的压降小时，阀W 最小的损失操作。端口开口和纯开/关阀的可能阀元件狭槽/开口根据预期的或必要的流 体流动确定尺寸，使得当阀完全打开时将仅呈现小损失，然而对于比例阀或旨在提供可变 流体流动的其他类型的阀，在部分流动时（即当阀的位置在完全打开和完全关闭之间的状 态时）总将有非常大的损失。
[0005] 对于需要小流体流动的较小应用，该未必是问题。仅当由于大的流体流动而出现 压降形式的高损失时，该问题将会出现，而在该种情况下，利用脉冲宽度调节阀来代替将是 很大的优势，该是因为根据上述说明阀随后将呈现出相当低的损失。
[0006] 对于热机，特别是蒸汽机及其变型，普遍使用脉冲宽度调制/调节的形式，而且通 常被限定为截止调节注入。该形式的脉冲宽度调制使工作流体（通常为蒸汽）在全压力下 注入发动机的膨胀室（通常为汽缸室），直到该室已达到一定体积。随后断开（截止）蒸汽 供应，该蒸汽近乎绝热地继续膨胀直到汽缸室已达到几乎全冲程体积时打开排放阀。用该 种方法，蒸汽供应可被调节而不带有任何特殊的节流，节流将会另外引起重大损失。
[0007] 在现有技术中有多种用于控制该种过程的阀解决方案。在早前的蒸汽机中，除了 其他方面，截止点（反过来给出供应阀的占空比）通过在移动方向上可调节的滑动阀的 冲程来调节，并W该种方法实现可调截止。如上所述，该基于节流阀赋予了发动机巨大优 势。该样的发动机也可简单地被所使用的合适的阀传动机构反向（reverse)。能够提供可 控截止调节且也可反向的阀传动机构的示例是斯蒂芬森机构（Ste地enson mechanism)。 该通常用于蒸汽机车，并且已经制造无数其他相应机构，例如华氏机构（Walschaeds mechanism)、克里斯机构（Corliss mechanism) W及更近的卡布罗提机构（Caprotti mechanism)。根据类型，该些机构能够控制从滑动阀到部分旋转阀W及带有用于可变截止 和反向功能的座阀的所有阀。
[000引然而，它们中的一些存在的问题是，当转换状态时获得阀元件的足够快的加速或 可能地充分短的打开/关闭时间。由于该特定的设计解决方案，常常使得阀在转换点（打 开/关闭）周围的运动从停顿开始或W停顿告终；也就是说在该些区域，阀元件呈现低速， 结果是当转换状态时它们为一段时期提供相当大的节流。
[0009] 在若干阀传动机构中，功能常常使得当在操作的循环状态中阀接近断开状态时， 存在阀的全部打开的相当大的节流。该意味着尽管阀机构实际上接近脉冲宽度调制，但是 由于阀在关闭状态和打开状态之间转换时呈现的节流，阀实际上W相当大的损失在操作。
[0010] 此外，对于占空比而言难W达到足够低的底限池就是说，截止及因此占空比下降 至0%难W实现，尤其是在没有节流元件及伴有损失的情况下。特别地，难W实现将截止点 调整到例如5-10%之下，该意味着蒸汽机难W (在一定程度上不可能）调节用于低功耗 (low power draw)。
【发明内容】
[0011] 本发明的目的是弥补或减少现有技术的缺陷中的至少一个或至少提供一种对现 有技术有用的替代。
[0012] 该目的通过在下面的说明书和随附的权利要求书中详细说明的特征来实现。
[0013] 脉冲宽度调制阀包括两个串联连接的阀单元，更具体地为流入阀和截止阀，其中 在转换状态时已经采取增大每个阀单元的速度的步骤，W便解决在打开和关闭蒸汽机及其 等同装置的阀的主要问题。
[0014] 出版物SAE740296和SAE750068公开了该样一种用座阀实施的解决方案，其中，原 则上，能够实现如低截止点，即如短打开间隔（按需要）和低至0%。座阀的使用在接近关 闭状态时将呈现相对高的节流，该是座阀的本质，且该是不利的。
[0015] 通过使用两个串联连接的阀单元，状态的转换没有必要在两个阀单元的两个方向 (打开/关闭）都快，因为，通常地，足W使流入阀在打开时呈现快速转换，截止阀在关闭时 呈现快速转换。该样，可采取仅在一个方向增大转换功能的速度的步骤，然而，同时，阀的整 体功能仍呈现出快速转换属性。仅在一个方向必须提供高速具有一些优点。例如，在电动 阀中，如果该是带有沿与螺线管的拉力或推力相反的方向返回的弹黃的阀的问题，则仅在 一个方向（而且通常在由螺线管控制的方向上）呈现最高转换速度对阀而言是常见的。
[0016] 阀的不对称速度控制（其中关闭运动典型地比打开运动快得多）也已在历史设计 中实施：常使用行程齿轮，通过供应/注入阀提供快速断开/截止。其优点是节流被最小 化，但是常常带有需要阀元件的加速变高的缺点，且产生磨损问题。该样的机构在低速运转 (例如上至大约2(K)rpm)上仍满意地运行。对于更快速旋转的发动机，可能需要更快的机 构，且如果该由单一阀元件执行（例如滑动件），必要的加速将达到不能实践或最坏的不可 能实施的程度。
[0017] 图1示出用于脉冲宽度调制回路的通用函数图。原则上，该些可应用于电路和流 体回路两者，但是在下文中，假定它们应用到流体回路。对于成比例的流体回路（即线性调 节流体流动），在阀冲程和所得的瞬时流体流动之间将存在类似关系，使得流体流动的类似 的分散化reak up)能通过阀实现。图1示出了在功能方面的等同情况，但是其中瞬时流体 流动具有离散属性，也就是说，流体流动仅能够全部断开或者W其最大值断开，W及其中在 原则上不存在中间程度。但是，通过调节打开和关闭状态的时期之间的关系，能够实现可能 非常类似的平均流动，且用该种方法，脉冲宽度调节回路能代替线性调节回路。应提到的 是，在脉冲宽度调节回路中可能需要引入压力和流动均衡单元（例如储液器），W便所得流 体流动将仅仅呈现出较小的变化，该对避免由快速变化的压力和流动水平引起的对系统过 大的应变可能是必要的。
[001引在实际实施的脉冲宽度调节回路中，因为没有实体系统能够呈现无限高的加速 度，所W还将有与关闭和打开状态之间的转换点关联的一定上升时间和下降时间。实际上， 函数曲线在转换点将比图1所示出的更倾斜。该样的倾斜部分随后将引入一些损失，但是 脉冲宽度调节回路中的净增加可仍比线性控制回路大。
[0019] 图2示意性示出了串联放置的两个阀单元可如何通过具有借助相位调节单元相 对于彼此相移的凸轮轴轮廓部的两个凸轮轴来操作。可选地，可使用一个具有两个轮廓部 的凸轮轴，其中，该凸轮轴轮廓部可借助合适的相位调节单元在凸轮轴上相对于彼此移动。 相位调节单元可能W多种方式形成和调节。按惯例，机械原理常常用于相位调节，但是近 来，液压、电动液压和机电调节原理也变得常用。本发明可利用大多数相调节单元和方法 的变型，从而不依赖于对此的特定解决方案，因此，在说明书中没有对其进一步