专利名称：液力致动旁通阀的制作方法
背景技术：
本发明涉及静液传动/传输(“HST”)系统及其控制，更具体地，涉及一种包括一个作为闭环的补充流体(make-upfluid)源及系统控制的控制流体源的供给泵的闭环静液传动系统。
然而，应该理解，本发明也可以有利地应用于通过液力以外的供给泵的控制压力来控制泵的HST系统。例如，当利用一个其旋转斜盘的角度通过机械手柄人工地控制的泵时，本发明将提供相当大的益处。在这种泵中，如本领域的技术人员所了解的，该泵仍然包括一个供给泵，但是供给泵对于机械致动泵的唯一作用是为闭环提供补充流体以补偿泄漏。
美国专利No.4936095图示说明和描述了一种典型的本发明涉及的闭环静液传动系统，该专利已被转让给本发明的受让人并被结合在本文中作为参考。在这种闭环HST系统中，通过一对通常包含在设置于泵端盖里的阀组件中的高压(“过压”)泄压阀保护闭环和各系统构件部免受过大的压力。
此外，典型的闭环HST系统包括一个可以“横向流出(cross porting)”(或短路)闭环静液回路的旁通阀组件。无论是在车辆不能运动还是必须(例如通过拖引)运动一短距离的时候，旁通阀组件的一个基本作用都能得到体现。旁通阀组件通常通过某种机械装置起作用，其中，可以致动该机械装置以推动(提升)两个止回阀离开它们各自的止回阀座，从而允许油自由地从静液闭环的一侧流向另一侧。在所述情形下，马达可以随着车辆的拖引自由转动，而不会引起流体过热。
虽然上述用于使静液闭环短路的在先技术的布置在功能上是适用的，但是给旁通阀组件增加某种可以使两个止回阀离开阀座的机械结构的需要的确大大增加了旁通阀组件和整个HST系统的复杂性和成本。而且，将HST系统的泵“隐藏”在车辆内的不易发现处是很寻常的，这使车辆操作者不能实际接触到旁通阀(有时也称为“拖引阀”)。对于这种车辆，在车辆需要拖引的情况下，为了让操作者接触到用于“横向流出”旁通阀的机械装置，可能必须对车辆进行一些拆卸。这种部分拆卸将大大地增加整体成本和车辆停机时间的不便。
此外，闭环HST控制系统领域的技术人员已经意识到了其它各种希望使静液闭环短路的操作情况，但是其中用于使止回阀离开阀座的机械装置的致动不具有可行性。例如，无论车辆操作者什么时候使用车辆制动器，都希望确保马达不会通过泵的加压流体向前驱动。对于HST系统推动的车辆，提供其“负载保持”扭矩大于HST系统的扭矩输出的驻车制动器以确保车辆不会“驶出(drive through)”车辆驻车制动是很寻常的。这种制动能力大的驻车制动增加了车辆的整体成本，却没有增加任何益处。
对于伺服泵(即，泵排量由液力控制的泵)，防止驶出驻车制动的方法之一是增加一个特殊的阀，其中，无论什么时候使用车辆驻车制动，都将致动该阀以阻止供给泵的控制压力传送到伺服控制装置。这种方法一般在功能上是适用的，但增加了泵和控制器的成本和复杂性，尤其是因为目前有相互连接驻车制动器和泵控制器的需要，而进行该相互连接除了防止“驶出制动”问题外没有别的目的。
另一种希望使静液闭环短路的情况及一例有关安全的情况是车辆操作者不在操作位置时的情况(通常由某种电子位置感应器测定的)。对于多数车辆，使用一个指示车辆操作者不在操作者位置的电子信号以采取一些与安全有关的动作，例如不允许发动机点火操作，或在HST具有电子泵控制的情况下，不允许泵旋转斜盘从其正常、零旋转位置移动到一偏移位置。在本发明之前，对于安全问题，在为了解决前面讨论的驻车制动问题所需的所有结构之外，还需要一些使泵无冲程的布置。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种改进的闭环静液传动和控制系统，它克服了在先技术的用于使止回阀移位(unseating)以使静液闭环短路的机械布置的缺陷。
本发明的另一个目的是提供一种改进的闭环静液传动和控制系统，在该系统中，可以相应于一电子信号获得希望的静液闭环的短路。
本发明的另一个目的还在于提供一种改进的控制闭环静液传动系统的方法，在该方法中，可以相应于根据发生的任何一个或多个预定车辆情况而产生的电子输入信号而使静液闭环短路。
本发明的另一个目的还在于提供一种改进的控制闭环静液传动系统的方法，该方法实现了上述目的，并且对于多数车辆而言，可以利用一个扭矩能力较小的驻车制动器。
可以通过提供一种改进的闭环静液传动系统实现本发明的上述和其它目的，该系统包括一个适于供给加压流体的泵，一个适于接受加压流体的马达，和用于在泵和马达之间传送流体的高压及低压导管。较低压力的补充流体源适于利用低压导管进行流体输送。在补充流体源和高压导管之间设置有一个泄压和止回阀组件。该组件包括一个泄压阀元件，在高压导管的流体压力超过预定最大压力的情况下，可操作该泄压阀元件抵抗减压弹簧的偏压力而偏压打开以允许流体从高压导管传送到低压导管。该组件包括一个止回阀元件，在高压导管的流体压力低于较低压力的补充流体的压力的情况下，可操作该止回阀元件抵抗止回弹簧的偏压力而打开以允许流体从补充流体源传送到高压导管。
该改进的闭环静液传动的特征在于，在高压导管中不存在较高的压力时，止回弹簧设置在由一个实质上相对于止回阀元件固定的元件在一侧限定的弹簧室中。一个通常闭合的排泄阀具有一个与弹簧室的流体连通的入口并具有一个与系统贮存器的流体连通的出口。相应于预定输入，排泄阀将从其常闭状态转换到打开状态，使弹簧室中的流体排到系统贮存器中，并使止回阀元件在较低压力补充流体的影响下打开。
根据本发明的另一方面，提供了一种改进的控制闭环静液传动的方法，其中，该传动在前文中已有所描述。泄压和止回阀组件设置在补充流体源和高压导管之间并包括一个第一止回阀元件，在高压导管的流体压力低于补充流体的压力的情况下，可操作该第一止回阀元件以抵抗与第一止回弹簧的力而偏压打开。该组件还包括一个第二止回阀元件，在低压导管的流体压力低于补充流体的压力的情况下，可操作该第二止回阀元件以抵抗第二止回弹簧的偏压力而打开。该控制方法包括感应预定车辆状况的存在并产生一个代表该状况的电子信号的步骤。
该改进的控制闭环静液传动的方法的特征在于，在高压和低压导管中不存在较高的压力时，第一和第二止回弹簧分别设置在第一和第二弹簧室中，所述室分别由实质上分别相对于第一和第二止回阀元件固定的第一和第二元件在一侧限定。该方法包括提供一个常闭电磁致动排泄阀，该排泄阀具有一个与第一和第二弹簧室的流体连通的入口，并具有一个与系统贮存器的流体连通的出口。最后，该方法包括将电子信号传输给排泄阀以使排泄阀从其常闭状态转换到打开状态，使弹簧室中的流体完全排到贮存器中并使第一和第二止回阀元件打开，从而允许在高压和低压导管之间进行较自由的流体传送。
附图简要说明图1是本发明所涉及类型的闭环静液传动和控制系统的液力原理图。
图2是说明包含在本发明中的泄压和止回阀的视图，其中，部分是示意图，部分是剖视图。
图3是较详细说明本发明的与图2类似的放大的局部轴向剖视图。
优选实施例的详细说明现在将参考
典型的本发明所涉及类型的闭环静液传动结构，其中，本发明并不限于附图所示。仅作为示例的图1的系统包括一个通常由11表示的排量可变的轴向活塞泵，该轴向活塞泵通过一对流体导管15和17与一固定排量的轴向活塞马达13液力地连接。泵11可以是包括一个输入轴19的已知类型，该泵以本领域的技术人员已知的方式驱动泵11的旋转组，并驱动供给泵23。一般来说，供给泵的输出是流体导管15或流体导管17的补充流体的唯一来源，导管15和导管17中都包含其压力低于供给泵23的输出压力的流体。如本领域的技术人员已知的，供给泵的输出压力(通常也称为“控制压力”)一般在约150psi至约350psi之间。通过一个由25表示泄压和止回阀组件使补充流体从供给泵23传送到流体导管15或17。
泵11还包括一个可枢转的旋转斜盘27，该旋转斜盘如本领域的技术人员已知的那样通过一对变量(stroking)液压缸29和31改变泵11的排量(输入轴每旋转一周的流体输出量)。马达13包括一个连接到载荷(这里未示出)上的输出轴33，该载荷例如为用于推动具有HST系统并由该系统操作的车辆的驱动轮。
供给泵23的输出除了作为补充流体被引到流体导管15或17以外，还通过导管35被传送给通常由37表示的控制机构。本领域的技术人员应该了解，为了实现本发明的目的，控制机构37可以是任何一种便利的、已知的机构，通过该机构，可以移动控制手柄39(或其它一些合适的“输入手段”)使导管35中的“控制压力”传送到导管41或导管43。如图1所示和本领域已知的那样，导管41与变量液压缸29连接，而导管43与变量液压缸31连接。因此，控制手柄39从空档位置向前或向后的移动使控制压力传送到导管41或导管43，以使旋转斜盘27分别向前或向后移动，从而将加压流体从泵11分别传送到流体导管15或流体导管17，该加压流体分别向前(如箭头所示)或向后驱动马达13和输出轴33。
主要因为假定向前操作时，流体导管15将泵输出压力传送到马达13的入口，而流体导管17将低压返回流体从马达13的出口传送到泵11的入口，所以图1中说明的静液传动系统是那种称为“闭环”系统的类型。该系统还包括一个流体贮存器45，但是在一个闭环系统中，只有(例如来自于泵11和马达13的)泄漏流体被传送到流体贮存器45。因而，供给泵23的流体输出(补充流体)补偿了从系统泄漏到贮存器中45的流失流体。
现在将主要参考图2对仅作为示例的设置在泵11的端盖47里的本发明的泄压和止回阀组件25进行进一步说明。该端盖47限定了一个通过流体导管51与补充泵23的出口流体连通的供给腔室49。端盖47还限定了一对阶梯式的内螺纹孔53和55，该孔53和55在其外端分别由带螺纹的孔塞57和59封闭。应该理解，在本发明之前，带螺纹的孔塞57和59只是实心孔塞，其中并不具有任何将在下文进一步说明的图2和图3所示的开口或流体通道。孔53通过(在图2中以剖视图示意性说明的)流体通道61和流体导管15流体连通。同样地，孔55通过(也在图2中以剖视图示意性说明的)流体通道63和流体导管17流体连通。
一个通常以65表示的泄压和止回阀组件设置在孔53里，并在孔塞57里被引导，而通常以67表示的泄压和止回阀组件设置在孔55里，并在孔塞59里被引导。除了将在下文说明的内容外，基本上可以根据上面包含的美国专利No.4936095制造泄压和止回阀组件65和67，尽管除了所附权利要求中特别引用的内容外，结合的专利中的结构特征和其它细节对于本发明来说并不重要。
现在将主要参考图3并结合图2详细说明泄压和止回阀组件65，应该理解，组件67基本上与组件65相同，并且相对于组件65关于中间供给腔室49简单地“镜像”设置。泄压和止回阀组件65包括一个座件71，该座件还作为随后将说明的“止回阀托架”并在适当的时候被称为“止回阀托架71”。座件71限定了多个扁平件73(或凹槽，或其它任何允许流体传送的结构)。座件71还限定了多个提供给各扁平件73到座件71的内部连通的径向通道75。
包括一个(在图3中部分隐藏在螺旋状压缩弹簧79里的)托架柱77的托架组件设置在座件71内。托架柱77轴向延伸从座件71的内部穿过，并在托架柱和座件之间限定了一个环形室(如所包含的专利中所示)，而径向通道75通向该环形室。一个泄压托架81附装在托架柱77上，并且轴向突出略微伸入供给腔室49内，其中，一般将该泄压托架贴靠(“常闭”)在座件71限定的泄压座上。较大的圆形垫圈件83固定在托架柱77的左端(如图3)，压缩弹簧79的左端座靠在该垫圈件上。
为了实现本发明，带螺纹孔塞57限定一个一般为圆柱形的孔85且垫圈件83较紧密地配合在孔85里是很重要的，原因将在下文的说明中变得明显。因此，垫圈件83与孔85配合以限定一个在下文中也将以参考标号“85”表示的室。一个较轻的压缩弹簧87设置在孔85内，它允许整个组件65作为止回阀起作用，这将在下文中详细说明。如本领域的技术人员现在已知的，垫圈件83应该被如此装配在孔85中，以便孔和垫圈件之间的间隙起到“衰减”泄压托架81和托架柱77的运动的作用，其中，固定泄压托架81和托架柱77以使它们随垫圈件83运动。因此，垫圈件83的一个作用是提供足够的防止泄压托架81晃动的阻力。
如本领域的技术人员已知的，和通过对上述结合的专利的阅读和理解已知的，压缩弹簧79的弹性系数决定了组件65的泄压设定值，而压缩弹簧87的弹性系数决定了组件65的止回阀设定值。例如，弹簧79可以提供6000psi的泄压设定值，以致如果流体导管15的压力超过6000psi，该压力也将存在于流体通道61中，并且加压流体沿着扁平件73流动然后径向向内流经径向通道75并在泄压托架81上施加一足够使泄压托架81偏向图3中的右侧的偏压力，使托架柱77和垫圈件83与泄压托架81一起运动。泄压托架81和托架柱77及垫圈件83向右的运动使压缩弹簧79压缩，该压缩弹簧使其右端座靠在座件71的“后”表面。因此，加压流体可以从流体通道61经过泄压托架81流入供给腔室49，并在供给腔室里使泄压和止回阀组件的止回阀部分移位，从而允许流体从供给腔室49流到流体通道63，并从流体通道63流到流体导管17。在HST系统的正常操作期间，上述流动将对应于过大压力从高压导管15流到低压导管17。
已经说明了流体导管15为高压导管而流体导管17为低压导管的HST系统，但是本领域的技术人员将理解，在下文和所附的权利要求中，在不同的时刻，导管15或17可以根据例如旋转斜盘27的冲压方向，以及车辆是否由HST系统推动(在HST系统中，泵11作为泵动作)，或车辆是否在滑行(在滑行的情况下，马达13作为泵动作，而泵11作为马达动作)等因素形成高压导管或低压导管。因此，如下文和所附权利要求所使用的例如“高压导管”和“低压导管”等术语将分别理解为当车辆在正常状态下操作并向正常的前进方向运动时的高压和低压导管。应该理解，这些术语及类似含义的术语并没有限定任何特定时间点的特定导管中的特定压力状况。
下面将仍然参考图3，如果流体导管15中的压力突然下降到“供给压力”之下，即低于供给泵23的输出压力，组件65将作为止回阀动作。在这种操作模式中，供给腔室49中的流体压力将在座件71上施加足够的力，从而使组件65抵抗压缩弹簧87的偏压力偏向图3的左侧。应该注意到，在止回阀操作模式中，没有弹簧79的压缩，以致止回阀托架(座件71)和托架柱77，弹簧79和垫圈件83作为一个单元一起移动。换句话说，在高压流体导管15中没有较高压力时，垫圈件83形成一个实际上相对于止回阀托架71“固定”的元件。因此，随着止回阀托架71从其底座升高(移向图3的左侧)，将有一定量的流体从供给腔室49流经止回阀托架71，然后通过流体通道61到达流体导管15，因而使导管15中的压力回升到控制压力或供给压力。
当发动机功率损失时，将没有输入驱动扭矩提供给泵11或供给泵23。当这种情况发生时(如拖引车辆时)，马达13在功能上成为闭环中的“泵”，在这种情况下，导管15和流体通道61中将仍然是高压。因此，垫圈件83承受流体通道61中的高压的面积必须大于座件71承受高压的“净”面积，以使泄压和止回阀组件65上的合成力沿趋向于打开止回功能的方向(即，如上所述，通过使座件71向图3的左侧运动而打开座件)。
根据本发明的一个重要的方面，带螺纹孔塞57限定了一个使流体从室85传送到由配件93限定的孔91的开口89，孔91通过流体通道95与排泄阀97的入口连通。优选地，排泄阀97是双位、双通阀，它通过弹簧99偏向一个闭合位置，阻止流体从流体通道95流到系统贮存器45中。优选地，排泄阀97是一个(例如利用电磁线圈的)电磁控制阀，该阀从车辆电子控制单元(EUC)103接受一个电子输入信号101。如本领域的技术人员将理解的，只有相应于存在预定车辆状况时，才提供合适的输入信号101给排泄阀97以使排泄阀移动到图3所示的打开位置。
在操作中，当发生例如车辆操作者选择“拖引模式”的操作，或应用车辆制动器，或操作者不在操作位置等预定的车辆状况时，将一个合适的电子输入信号101传送到排泄阀97，使排泄阀97偏向图3所示的打开位置。在多数上述车辆状况下，“回路压力”，即流体导管15和17中的压力，将至少等于供给压力(例如，约150至约350psi)，并且可能实际上更大。因此，随着排泄阀97打开，室85中的流体被排光，将有一趋向于使垫圈件83偏向图3的左侧的压力差作用在垫圈件83上。由于止回阀托架71如前所述被相对于垫圈件83“固定”，垫圈件83的该向左的运动导致止回阀托架71也向图3的左侧运动并离开由端盖47限定在供给腔室49和带螺纹孔53之间的止回阀托架的底座71S(见图3)。
再次主要参考图2并结合图3，为了实现本发明的目的，泄压和止回阀组件65和67都可以进行上述修改。因此，当发生预定车辆状况并且合适的信号101被送到排泄阀97时，两个室85都将流体完全排到贮存器45中，且两个止回阀托架71都打开，如上所述。由于两个止回阀托架71都打开，流体将通过流体通道61和63及供给腔室49在流体导管15和17之间较自由地流动。发生上述情况时，可以在流体容易地通过静液闭环再循环并且在较小阻力下流动的情况下拖引车辆。
如果车辆操作者仅仅应用车辆制动器，上述闭环的横向流出确保HST不会在操作者应用驻车制动器的同时主动推动车辆。如上所述，本发明的这一方面意味着，对于多数车辆，选择其载荷保持(扭矩)能力比本发明之前的可能的制动小的车辆驻车制动布置是可行的，从而减少了驻车制动布置的成本。
对于车辆控制系统领域的技术人员来说，以下内容应该是显然的，即对于本发明的多数应用，将电子输入信号101传输到排泄阀97以打开阀97可能需要与其它各种车辆功能的致动配合(“同步”)。例如，如果操作者致动一(同时启动制动器并致动排泄阀97的)电子开关而应用车辆驻车制动器，有必要在产生信号101的ECU中加入一短时间的延迟(约1秒)。结果，将有时间在排泄阀97打开之前应用制动器，从而防止车辆可能暂时处于自由轮模式。
在某种应用本发明的车辆中，如果例如周期性拖引车辆等某种功能是上述布置的仅有用途，可以以电子输入信号101以外的方式操作排泄阀97。例如，如果只在存在“发动机-关闭”情况时(在这种情况下，没有电或液力用在车辆上)使用本发明的布置，排泄阀97可以是(人工)机械致动以位于图3所示的打开位置的类型。
前面的说明已经对本发明进行了详细描述，而且可以确信，通过对本说明的阅读和理解，本发明的各种改变和变型对于本领域的技术人员来说是显而易见的。将说明的是，所有这些改变和变型只要在所附权利要求的范围内，便包括在本发明中。
权利要求
1.一种闭环静液传动系统，该系统包括一个适于供给加压流体的泵(11)，一个适于接受所述加压流体的马达(13)，和用于在所述泵(11)和所述马达(13)之间传送流体的高压导管(15)及低压导管(17)；一个适于利用所述低压导管(17)进行流体输送的较低压力的补充流体源(23)；一个设置在所述补充流体源(23)和所述高压导管(15)之间的泄压和止回阀组件(25)；所述组件(25)包括一个泄压阀元件(81)，在所述高压导管(15)的流体压力超过预定最大压力的情况下，可操作该泄压阀元件抵抗减压弹簧(79)的偏压力而偏压打开，以允许流体从所述高压导管(15)传送到所述低压导管(17)；并且所述组件(25)包括一个止回阀元件(71)，在所述高压导管(15)的流体压力低于所述较低压力的补充流体的压力的情况下，可操作该止回阀元件抵抗止回弹簧(87)的偏压力而偏压打开，以允许流体从所述补充流体源(23)传送到所述高压导管(15)；其特征在于(a)在所述高压导管(15)中不存在较高的压力时，所述止回弹簧(87)设置在由一个实质上相对于所述止回阀元件(71)固定的元件(83)在一侧限定的弹簧室(85)中；(b)一个具有一个与所述弹簧室(85)的流体连通的入口并具有一个与系统贮存器(45)的流体连通的出口的常闭的排泄阀(97)；和(c)其中，相应于预定输入(101)，所述排泄阀(97)将从其常闭状态转换到打开状态，使所述弹簧室(85)中的流体排到所述系统贮存器(45)中，并使所述止回阀元件(71)在所述较低压力补充流体的影响下打开。
2.一种控制闭环静液传动系统的方法，该系统包括一个适于供给加压流体的泵(11)，一个适于接受所述加压流体的马达(13)，和用于在所述泵(11)和所述马达(13)之间传送流体的高压导管(15)及低压导管(17)；一个适于利用所述低压导管(17)进行流体输送的较低压力的补充流体源(23)；一个设置在所述补充流体源(23)和所述高压导管(15)之间的泄压和止回阀组件(25)；所述组件(25)包括一个第一止回阀元件(65，71)，在所述高压导管(15)的流体压力低于所述补充流体的压力的情况下，可操作该第一止回阀元件抵抗第一止回弹簧(65，87)的偏压力而偏压打开，该组件还包括一个第二止回阀元件(67，71)，在所述低压导管(17)的流体压力低于所述补充流体的压力的情况下，可操作该止回阀元件抵抗第二止回弹簧(67，87)的偏压力而偏压打开；所述控制方法包括感应预定车辆状况的存在并产生一个代表所述状况的电子信号(101)的步骤，其特征在于(a)在所述高压导管(15)和低压导管(17)中不存在较高的压力时，将所述第一止回弹簧(65，87)和第二止回弹簧(67，87)分别设置在分别由实质上分别相对于所述第一止回阀元件(65，71)和第二止回阀元件(67，71)固定的第一元件(65，83)和第二元件(67，83)在一侧限定的第一弹簧室(65，85)和第二弹簧室(67，85)中；(b)提供一个常闭电磁致动排泄阀(97)，该排泄阀具有一个与所述第一弹簧室(65，85)和第二弹簧室(67，85)的流体连通的入口，并具有一个与系统贮存器(45)的流体连通的出口；(c)将所述电子信号(101)传输给所述排泄阀(97)，以使所述排泄阀从其常闭状态转换到打开状态(图3)，使所述弹簧室(85)中的流体排到所述贮存器(45)中并使所述第一止回阀元件(65，71)和第二止回阀元件(67，71)打开，从而允许在所述高压导管(15)和低压导管(17)之间进行较自由的流体传送。
全文摘要
一种闭环静液传动系统，该系统包括一个具有一供给泵(23)的泵(11)和一个组件(25)。该组件(25)包括一对泄压和止回阀组件(65，67)，并且每一个泄压和止回阀组件都包括一个在没有高压的情况下相对于垫圈件(83)固定的止回阀托架(71)。该垫圈件(83)在一孔内移动以限定一个弹簧室(85)，其中封闭有偏压止回托架(71)的弹簧(87)。一个排泄阀(97)具有一个与弹簧室(85)的流体连通的入口，并且该排泄阀相应于例如一电子输入信号(101)等预定输入打开(图3)且将室(85)中的流体排出。在这种情况下，两个止回托架(71)都打开，并且流体可以在闭环内自由流动，以致例如，可以拖引车辆一短距离，而不会过热流体，并且不需要象普通操作一样机械地使止回阀离开阀座。
文档编号F15B13/00GK1502834SQ200310115449
公开日2004年6月9日 申请日期2003年11月25日 优先权日2002年11月26日
发明者C·L·彼得森, C L 彼得森 申请人:伊顿公司