一种电液比例阀以及可变排量机油泵的制作方法

1.本发明涉及机械技术领域，具体涉及一种电液比例阀，以及一种采用了上述电液比例阀的可变排量机油泵。


背景技术：

2.在现有技术中，电液比例阀是阀内比例电磁铁根据输入的电压信号产生相应动作，使工作阀阀芯产生位移，阀口尺寸发生改变并以此完成与输入电压成比例的压力、流量输出的元件，阀口可以根据需要打开任意一个开度，由此控制通过流量的大小。
3.对于可变排量机油泵而言，通常都包括泵体、变量滑块、变量弹簧和压力反馈腔，来自主油道或泵出口的压力油通过一条油路进入压力反馈腔引油，并设置一个电液比例阀来控制该油路的通断以及阀口的开度，使压力油经电液比例阀进入压力反馈腔内并作用于变量滑块上，当压力油的压力达到设定的压力值，就能推动变量滑块克服变量弹簧的预紧力进行偏心移动，从而减少机油泵的排量输出。
4.图1为采用传统电液比例阀的机油泵转速特性图，图中绘制了10种不同pwm比例的压力曲线，当机油泵达到变量之后，随着机油泵的转速增高，pwm的压力曲线尤其是接近100%pwm的压力曲线也会逐步升高，这时就会要求ecu调整pwm，而调整需要时间反应，微观下就会出现压力不符合当前需求的情况。
5.这种压力曲线出现上升趋势的原因是：1）传统的电液比例阀占空比为100%pwm或接近100%pwm时，比例阀的p口和a口是完全相通的，不控制输出压力，曲线完全由变量弹簧决定；2）考虑压力波动的抑制，变量弹簧的刚度范围在6～10n/mm，弹簧越到后面越难压缩，需要更大的压力，因此会产生上升趋势。
6.而较理想的转速特性图应当如图2所示，不同pwm比例的压力曲线都要平直，这样就表明压力输出比较平稳。


技术实现要素：

7.本发明所要解决的技术问题是提供一种能够控制输出压力的电液比例阀，以及一种采用了上述电液比例阀的可变排量机油泵。
8.为了解决上述技术问题，本发明关于比例阀的技术方案是：一种电液比例阀，采用pwm进行控制，当比例阀的pwm占空比处于0%～100%中的任一比例时，比例阀的开启都取决于进入比例阀的液压力，pwm占空比的大小与液压力的大小成反比。
9.在一个实施例中，比例阀包括阀体（1）、阀芯、弹簧和堵塞，以及安装在阀体一端的比例电磁铁，所述阀体上设有p口和a口，当比例阀的pwm占空比＞0%且≤100%时，比例阀的电磁力和液压力能够合力推动阀芯移动到特定位置，使p口和a口处于连通状态；当比例阀的pwm占空比为0%时，达到设定压力值的液压力能够单独推动阀芯移动到特定位置，使p口和a口处于连通状态。
10.在一个实施例中，所述比例电磁铁包括外壳、线圈、衔铁推杆、衔铁限位块，所述衔铁推杆包括小径段和大径段，小径段和大径段的连接处形成环形的台阶面；所述阀体设有轴向的阶梯通孔以及径向的p口和a口，阶梯通孔内从右向左依次安装有阀芯、弹簧和堵塞，堵塞设有轴向的通孔作为t口，阀芯的截面呈工字型，包括小圆盘、杆状部和大圆盘，大圆盘的直径φ1＞小圆盘的直径φ2，其中杆状部与阶梯通孔的侧壁之间构成一个中转室；所述弹簧作用于阀芯的大圆盘，在弹簧的预紧力作用下，阀芯的大圆盘位于p口和a口之间使两者处于隔开状态，此时中转室仅与p口相通；衔铁推杆的小径段从阀体右端插入至阶梯通孔内并与阀芯的小圆盘接触配合，衔铁推杆在电磁力的作用下能推动阀芯克服弹簧的预紧力在阀体内向左移动，但衔铁推杆推动阀芯向左移动的最大距离也不足以使p口和a口连通；当从p口进入到中转室内的油压力达到设定的压力值，油压力则会作用于大圆盘上并推动阀芯继续向左移动直至p口和a口连通。
11.在一个实施例中，所述阀体右端设有限位面，所述衔铁推杆的台阶面与阀体限位面的最大间距即为衔铁推杆的最大位移量，衔铁推杆的最大位移量小于阀芯在阀体内的最大位移量；当衔铁推杆的台阶面与阀体右端的限位面接触时，比例阀的pwm占空比为100%。
12.本发明关于机油泵的技术方案是：一种可变排量机油泵，包括泵体、变量滑块、变量弹簧和压力反馈腔，所述压力反馈腔的进油油路的通断采用本发明提供的电液比例阀进行控制，电液比例阀的开启压力大于变量弹簧处于最大压缩量时所对应的压力。
13.优选地，所述电液比例阀设置在泵体上。
14.优选地，所述机油泵为叶片泵。
15.本发明提供的电液比例阀相比传统的电液比例阀来说，不再是由ecu来决定阀的开合以及阀口的开度，而是由进入比例阀内的液压力大小来决定阀的开合以及阀口的开度，pwm占空比相当于是给液压力提供不同程度的辅助力，因为即使在pwm占空比为100%时，若没有液压力的参与，p口和a口仍然不能连通。
16.将本发明提供的电液比例阀与可变排量机油泵组合起来之后，机油泵的控制策略和转速特性也必然发生转变。由于传统电液比例阀是通过ecu来控制阀的开合以及阀口的开度，并不能对进入压力反馈腔的油压大小进行限制，压力油进入到压力反馈腔之后，只需要克服变量弹簧的预紧力，就能够推动变量滑块进行移动，而变量弹簧的刚度范围在6～10n/mm，初始时需要的压缩力相对较小，越到后面越难压缩，需要更大的压力，因此机油泵的泵出压力就会随着转速的增高而增大。而本发明提供的电液比例阀是需要通过液压力来打开的，这样就可以将电液比例阀的最小开启压力设定为大于变量弹簧处于最大压缩量时所对应的压力，确保进入压力反馈腔内的压力油始终有足够的压力来推动变量滑块移动，不会因为变量弹簧后面较难压缩造成压力上升，从而就能使机油泵变量后的泵出压力在pwm值不变的前提下始终处于一个固定的压力值，无须要求ecu去调整pwm。
附图说明
17.图1为采用传统的电液比例阀的机油泵转速特性图；图2为较理想的机油泵转速特性图；图3为本发明实施例1中的电液比例阀的结构示意图；图4为图3中的电液比例阀的pwm占空比为100%时的结构示意图；
图5为本发明实施例2中的机油泵与电液比例阀的连接结构示意图；图6为本发明实施例2中的压力曲线对比图；附图标记为：1——阀体
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2——阀芯
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3——弹簧4——堵塞
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5——壳体
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6——线圈7——衔铁推杆
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8——衔铁限位块10——泵体
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20——变量滑块
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30——变量弹簧40——压力反馈腔
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50——电液比例阀。
具体实施方式
18.为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
19.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
20.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解所述术语的具体含义。
21.实施例1如图3、4所示的一种电液比例阀，采用pwm进行控制，当比例阀的pwm占空比处于0%～100%中的任一比例时，比例阀的开启都取决于进入比例阀的液压力，pwm占空比的大小与液压力的大小成反比。
22.具体来说，本实施例提供的电液比例阀包括阀体1、阀芯2、弹簧3和堵塞4，以及安装在阀体1一端的比例电磁铁，比例电磁铁包括外壳5、线圈6、衔铁推杆7、衔铁限位块8，所述衔铁推杆7包括小径段和大径段，小径段和大径段的连接处形成环形的台阶面；1阀体设有轴向的阶梯通孔以及径向的p口和a口，阶梯通孔内从右向左依次安装有阀芯2、弹簧3和堵塞4，堵塞4设有轴向的通孔作为t口，阀芯2的截面呈工字型，包括小圆盘、杆状部和大圆盘，大圆盘的直径φ2＞小圆盘的直径φ1，其中杆状部与阶梯通孔的侧壁之间构成一个中转室；弹簧3作用于阀芯2的大圆盘，在弹簧3的预紧力作用下，阀芯2的大圆盘位于p口和a口之间使两者处于隔开状态，此时中转室仅与p口相通；衔铁推杆7的小径段从阀体1右端插入至阶梯通孔内并与阀芯2的小圆盘接触配合，衔铁推杆7在电磁力的作用下能推动阀芯2克服弹簧3的预紧力在阀体1内向左移动，但衔铁推杆7推动阀芯2向左移动的最大距离也不足以使p口和a口连通；当从p口进入到中转室内的油压力达到设定的压力值，油压力则会作用于大圆盘上并推动阀芯2继续向左移动直至p口和a口连通；当比例阀的pwm占空比＞0%且≤100%时，比例阀的电磁力和液压力能够合力推动阀芯2移动到特定位置，使p口和a口处于连通状态；当比例阀的pwm占空比为0%时，达到设定压力值的液压力能够单独推动阀芯2移动到特定位置，使p口和a口处于连通状态。
23.如图3所示，所述阀体1右端设有限位面，衔铁推杆7的台阶面与阀体1限位面的最大间距
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a即为衔铁推杆的最大位移量，衔铁推杆7的最大位移量小于阀芯2在阀体1内的最大位移量；如图4所示，当衔铁推杆7的台阶面与阀体1右端的限位面接触时，比例阀的pwm占空比为100%。
24.本实施例提供的电液比例阀相比传统的电液比例阀来说，不再是由ecu来决定阀的开合以及阀口的开度，而是由进入比例阀内的液压力大小来决定阀的开合以及阀口的开度，pwm占空比相当于是给液压力提供不同程度的辅助力，因为即使在pwm占空比为100%时，若没有液压力的参与，p口和a口仍然不能连通。
25.实施例2如图5所示的一种叶片式可变排量机油泵，包括泵体10、变量滑块20、变量弹簧30和压力反馈腔40，压力反馈腔40的进油油路的通断采用实施例1中提供的电液比例阀50进行控制，电液比例阀50的开启压力大于变量弹簧30处于最大压缩量时所对应的压力，该电液比例阀50设置在泵体10上，电液比例阀50的具体结构参见实施例1，在此不再赘述。电液比例阀50的p口连接主油道或泵出口，a口连接压力反馈腔40，t口连接油底壳。机油泵在未变量时，电液比例阀50处于关闭状态，此时a口和t口连通，压力反馈腔40内的压力油经电液比例阀50流入油底壳；随着转速的增高，来自主油道或泵出口的油压力达到设定的压力值，油压力便会推动阀芯向弹簧端移动，直至p口与a口连通，此时电液比例阀50处于打开状态，来自主油道或泵出口的油压力经电液比例阀50流入压力反馈腔40，推动变量滑块20做偏心运动，从而降低机油泵的输出排量。
26.将实施例1中提供的电液比例阀50与可变排量机油泵组合起来之后，机油泵的控制策略和转速特性也必然发生转变。图6示出了采用传统电液比例阀的压力曲线a和采用实施例1中提供的电液比例阀的压力曲线b的两种对比，压力曲线b明显是非常平直的。由于传统电液比例阀是通过ecu来控制阀的开合以及阀口的开度，并不能对进入压力反馈腔的油压大小进行限制，压力油进入到压力反馈腔之后，只需要克服变量弹簧的预紧力，就能够推动变量滑块进行移动，而变量弹簧的刚度范围在6～10n/mm，初始时需要的压缩力相对较小，越到后面越难压缩，需要更大的压力，因此机油泵的泵出压力就会随着转速的增高而增大。而实施例1中提供的电液比例阀50是需要通过液压力来打开的，这样就可以将电液比例阀50的最小开启压力设定为大于变量弹簧30处于最大压缩量时所对应的压力，确保进入压力反馈腔40内的压力油始终有足够的压力来推动变量滑块20移动，不会因为变量弹簧30后面较难压缩造成压力上升，从而就能使机油泵变量后的泵出压力在pwm值不变的前提下始终处于一个固定的压力值，无须要求ecu去调整pwm。
27.上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本技术方案构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。
28.为了让本领域普通技术人员更方便地理解本发明相对于现有技术的改进之处，本发明的一些附图和描述已经被简化，并且为了清楚起见，本技术文件还省略了一些其它元素，本领域普通技术人员应该意识到这些省略的元素也可构成本发明的内容。