用于自动变速器的高流量高压液压螺线管阀的制作方法

本发明总体上涉及自动变速器，并且更具体地涉及一种用于自动变速器的高流量高压液压螺线管阀。

相关技术的描述本领域中已知的常规车辆通常包括具有旋转输出的发动机，该旋转输出将旋转输入提供到变速器中，诸如用于车辆的动力系系统的自动变速器。变速器通过一系列预定齿轮组改变由发动机的输出产生的转速和转矩以将动力传输到车辆的一个或多个车轮，由此在齿轮组之间的改变使得车辆能够在给定不同发动机转速的情况下以不同车速行驶。

除了齿轮组之间的改变之外，自动变速器还用于调节与发动机的接合，由此变速器可以选择性地控制与发动机的接合以便促进车辆操作。作为示例，发动机与自动变速器之间的转矩传递通常在车辆停放或空转时或者在变速器在齿轮组之间改变时中断。在常规的自动变速器中，经由诸如液力变矩器等流体动力装置实现调节。然而，现代自动变速器可以用一个或多个电子和/或液压致动离合器(在本领域中有时称为“双离合器”自动变速器)代替变矩器。自动变速器通常使用液压流体来控制，并且包括泵组件、一个或多个液压螺线管阀以及电子控制器。泵组件向螺线管阀提供流体动力源，该螺线管阀继而由控制器致动以便选择性地引导整个自动变速器中的液压流体以控制由发动机输出产生的旋转转矩的调节。螺线管阀通常还用于在自动变速器的齿轮组之间改变，并且还可以用于控制用于在操作中冷却和/或润滑变速器的各种部件的液压流体。

一种类型的自动变速器被称为无级变速器(cvt)。通常，这种变速器采用两个可调滑轮的形式，每个滑轮具有轴向固定的槽轮和可相对于固定槽轮轴向移位或移动的另一个槽轮。金属或弹性材料的柔性带或链条用于使滑轮相互联接。滑轮槽轮的内表面是倾斜的或倒角的，使得当可轴向移位槽轮移动时，调整槽轮之间的距离以及因此有效的滑轮直径。可移位槽轮包括流体约束腔室以用于接收流体以增加有效滑轮直径，并且当流体从该腔室中排放时，滑轮直径减小。通常，当一个滑轮的有效直径在一个方向上变化时，在另一个方向上调整第二滑轮的有效直径，由此实现联接到输入滑轮的输入轴与联接到输出滑轮的输出轴之间的驱动比的变化。结果，轴之间的驱动比可以连续平滑的方式变化。螺线管阀通常还用于致动无级自动变速器的滑轮，并且还可以用于控制用于在操作中冷却和/或润滑变速器的各种部件的液压流体。

用于汽车中的自动变速器的液压控制件的可变力螺线管(vfs)阀的设计或功能可行性通常受可用封装空间、电池电压、压力范围以及所需流速的约束。例如，vfs阀具有中压(～20巴)和中等流量(～15lpm)用于变速器离合器直接作用控制件，vfs阀具有低压(＜10巴)和低流量(＜10lpm)用于两级(先导)控制件，并且vfs阀具有高压(＞40巴)和低流量(～10lpm)用于清洁和低粘度流体环境。

另外，这些螺线管阀具有设置在阀壳体的阀孔中的阀体。阀孔具有大体单直径圆形横截面以接纳阀体。阀壳体具有通向阀体的大体矩形流动路径，并且阀体具有两个大体弓形且相对侧面。现有的阀体和阀壳体设计不会在滑阀周围提供大的环空流动区域，并且在高压和高流量应用中导致在滑阀或阀构件上的过度侧向负载，这是不希望的。

对于高压高流量可变力螺线管，反馈力、磁力、弹簧力以及流动力之间的力平衡至关重要。尤其是在轴向和径向方向上都具有大的流动力时，磁力通常需要大于变速器中可用的封装空间。因此，本领域需要提供一种高流量高压液压螺线管阀，其能够产生高流量流动并且调节控制无级自动变速器的滑轮所需的高压。

技术实现要素：

本发明提供一种用于自动变速器的高流量高压液压螺线管阀。高流量高压液压螺线管阀包括比例螺线管阀和与螺线管连接且可操作地相关联的阀体。该阀体具有轴向延伸的阀孔和与该阀孔流体连通的至少两个流体端口，其中该至少两个流体端口中的一个包括底切。高流量高压液压螺线管阀还包括轴向地和可滑动地设置在阀孔内的阀构件。阀构件具有沿着阀构件轴向地间隔开的多个阀元件。该阀元件中的至少一个具有与该底切一起作用的计量面。该至少两个流体端口中的一个具有在该阀体中定位为彼此大约成一百八十(180)度的两个开口，并且该阀构件具有控制模块端口，该控制模块端口被配置为与该至少一个流体端口成九十度以在高流量条件期间平衡该阀构件上的压力。

另外，本发明提供了一种用于自动变速器的高流量高压液压螺线管阀，其包括比例螺线管阀和与螺线管连接且可操作地相关联的阀体。该阀体具有轴向延伸的阀孔和与该阀孔流体连通并且与加压液压流体源流体连通的至少一个流体入口端口以及与该阀孔流体连通的至少一个流体出口端口，其中该至少一个流体入口端口和该至少一个流体出口端口中的一个包括底切。高流量高压液压螺线管阀还包括轴向地和可滑动地设置在阀孔内的阀构件。阀构件具有沿着阀构件轴向地间隔开的多个阀元件。该阀体在该至少一个流体入口端口和该至少一个流体出口端口中的一个处具有碑石形状。该至少一个流体入口端口和该至少一个流体出口端口中的一个具有在该阀体中定位为彼此大约成一百八十(180)度的两个开口，并且该阀构件具有控制模块端口，该控制模块端口被配置为与该至少一个流体入口端口和该至少一个流体出口端口中的一个成九十度以在高流量条件期间平衡该阀构件上的压力。

本发明的一个优点是提供了一种用于自动变速器(诸如无级自动变速器)的新型高流量高压液压螺线管阀，其能够产生高流量流动并且调节控制无级自动变速器中的滑轮所需的高压。本发明的另一个优点是高流量高压液压螺线管阀直接控制滑轮压力，这与滑轮控制件中使用的常规两级(先导)控制系统不同。本发明的又一个优点是高流量高压液压螺线管阀包括阀构件，诸如具有至少一个计量边缘的滑阀，该计量边缘包括特定几何形状以在高流量条件下最小化滑阀上的液压稳态流动力。本发明的再一个优点是高流量高压液压螺线管阀具有阀体，该阀体具有一个或多个液压端口，每个液压端口具有两个开口，这两个开口在阀体中彼此大约成180度定位，并且其中液压端口另外被布置成在高流量条件期间与控制模块端口成90度以平衡滑阀上的压力。

附图说明

因为在阅读根据结合附图取得的后续描述之后能够更好地理解本发明的其它目的、特征和优点，所以将能够容易地明白本发明的其它目的、特征和优点，其中：

图1是根据本发明的具有包括高流量高压液压螺线管阀的动力系系统的车辆的示意图；

图2是图1的高流量高压液压螺线管阀的一个实施例的剖横截面视图，其中阀构件处于第一操作位置；

图3是类似于图2的视图，其说明了阀构件处于第二操作位置的高流量高压液压螺线管阀；

图4是类似于图2的视图，其说明了阀构件处于第三操作位置的高流量高压液压螺线管阀；

图5是类似于图2的视图，其说明了阀构件处于第四操作位置的高流量高压液压螺线管阀；

图6是图2的高流量高压液压螺线管阀的阀构件的透视图；以及

图7是沿着图2的线7-7截取的剖视图；

图8是具有流动力补偿形状的阀构件的横截面视图。

图9是图1到5的高流量高压液压螺线管阀的横截面透视图。

图10是图9的高流量高压液压螺线管阀的一部分的局部透视图。

具体实施方式

现在参考附图，其中除非另有说明，否则相同的数字用于指定相同的结构，在图1中以10示意地说明了车辆。车辆10包括与动力系系统的无级自动变速器14旋转连通的发动机12。发动机12产生旋转转矩，该旋转转矩选择性地转移到无级自动变速器14，该自动变速器继而将旋转转矩转移到通常以16指示的一个或多个车轮。为此，一对无级变速接头18将来自无级自动变速器14的旋转转矩转移到车轮16。应当明白，图1的无级自动变速器14可以是用于车辆10的常规“横向前轮驱动”动力系系统中采用的类型。还应当明白，发动机12和/或无级自动变速器14可以是以足以产生和转移旋转转矩以便驱动车辆10的任何合适的方式配置任何合适的类型，而不脱离本发明的范围。

无级自动变速器14通过滑轮组件22将由发动机12的输出产生的转速和转矩相乘。在一个实施例中，前进-后退齿轮组20设置在发动机12与滑轮组件22之间。滑轮组件22包括具有固定槽轮(未示出)和可移位或可移动槽轮(未示出)的输入或初级滑轮(未示出)，其中初级槽轮伺服室(未示出)定位成允许和排放流体并且因此调整可移动槽轮的位置。滑轮组件22还包括具有轴向固定槽轮(未示出)和可轴向移位或可移动槽轮(未示出)的次级或输出滑轮(未示出)，其中次级槽轮伺服室(未示出)定位成允许和排放流体以改变滑轮的有效直径。滑轮组件22进一步包括使滑轮相互联接的皮带或链条(未示出)。次级滑轮的输出传递到差速器组件(未示出)，该差速器组件将输出驱动传递到接头18，继而传递到车辆的车轮16。应当明白，当压力下的流体被允许进入起动离合器伺服室时，完成从发动机12到接头18的这种传动系。

另外，无级自动变速器14还用于调节与发动机12的接合，由此变速器14可以选择性地控制与发动机12的接合以便促进车辆操作。作为示例，发动机12与无级自动变速器14之间的转矩传递通常在车辆10停放或空转时或者在变速器14在齿轮组20中的齿轮之间改变时中断。在无级自动变速器14中，经由诸如液力变矩器(未示出，但是在本领域中通常已知)等液力装置实现发动机12与变速器14之间的合理转矩的调节。在授予haley的美国专利号4,712,453中公开了一种无级(自动)变速器(cvt)14的示例，该专利的公开内容通过引用整体并入本文。应当明白，无级自动变速器14适于与诸如汽车等车辆一起使用，但是也可以与任何合适类型的车辆结合使用。还应当明白，在一些cvt中，变矩器被替换并且与起动离合器一起使用。

不管动力系系统的特定配置如何，通常使用液压流体来控制无级自动变速器14。具体地，无级自动变速器14被冷却、润滑以及致动，并且使用液压流体来调节转矩。为此，无级自动变速器14通常包括与一个或多个液压螺线管阀26(参见图1)进行电通信的电子控制器24，该液压螺线管阀用于引导、控制或以其它方式调节整个变速器14中的流体流动，如下面更详细地描述。为了促进整个无级自动变速器14中的液压流体的流动，车辆10包括通常以28指示的至少一个或多个泵以将加压流体供应到变速器14。应当明白，泵28向螺线管阀26提供高流量高压液压流体。

现在参考图2，示出了根据本发明的与自动变速器14结合的高流量高压液压螺线管阀26的一个实施例。螺线管阀26包括设置在阀壳体31b的孔31a中的套筒或阀体30。阀体30具有阀孔32。阀孔32具有偏置端34和致动端36。阀体30还包括适于提供与加压液压流体源的流体连通的至少一个入口端口38和至少一个出口端口40，以及通向压力源的回流装置，诸如泵28。具体地，阀体30包括第一压力控制端口38a、第二压力控制端口38b、压力供应端口38c以及排放端口40a。随后将讨论端口的操作连接。

螺线管阀26还包括可滑动地设置在阀体30的阀孔32内的阀构件42或滑阀(即，液压控制阀)。阀构件42具有多个阀元件，通常以44指示。阀元件44适于控制阀体30的端口之间的加压液压流体的流动。在一个实施例中，阀元件44是三个阀元件44a、44b和44c，它们分别由第一直径减小区域46和第二直径减小区域48可操作地分开。阀构件42进一步包括偏置端50和致动端52。阀构件42还包括轴向地延伸到偏置端50中的腔体49和与腔体49和阀体30的阀孔32流体连通的控制模块端口49a。应当明白，阀构件42是一体的、整体的和单件式的。还应当明白，控制模块端口49a被配置为与至少一个流体端口成90度以在高流量条件期间平衡阀构件42上的压力。

螺线管阀26进一步包括偏置复位弹簧54，其设置在阀孔32中介于阀构件42的偏置端50与阀孔32的偏置端34之间。螺线管阀26包括设置在阀孔32的偏置端34中的端部构件53和从端部构件53延伸并进入阀构件42的腔体49中的导销或导杆55。应当明白，端部构件53和导杆55是固定的，而阀构件42沿着并相对于导杆55轴向地移动。

螺线管阀26还包括电控螺线管56，其用于致动阀构件42以控制第一控制压力端口38a、第二压力控制端口38b、压力供应端口38c以及排放端口40a之间的液压流体压力。螺线管56包括线轴58和包围线轴58的壳体60。线轴58具有缠绕在其上的初级电磁线圈62以在通电时产生磁场。螺线管56还包括用于与电磁线圈62和接地(未示出)连接的端子64。应当明白，端子64从诸如电子控制器24等主驱动器(未示出)接收连续可变的数字控制信号。

因此，电磁线圈62由相应的连续可变数字控制信号独立控制。电子控制器24连接到一对触头(未示出)，该对触头附接到螺线管56的壳体60。当发动机条件需要对变速器14进行离合时，电子控制器24经由触头和端子64将控制信号输入到螺线管56。电子控制器24自动地在自动换挡期间控制致动。应当明白，电子控制器24也可以用于停在山丘等上的车辆10。还应当明白，电子控制器24可以用于感测手动换挡的发生并且向螺线管56发送信号以致动螺线管阀26。

螺线管56进一步包括延伸穿过线轴58的纵向轴线的内径或孔隙66。阀体30的致动端36设置在通道66中。螺线管56包括同轴设置在阀孔32内的衔铁68，并且致动器杆70设置为穿过衔铁68并与衔铁68同轴滑动。螺线管56进一步包括衔铁弹簧72，其位于衔铁68的与阀构件42相对的一端。衔铁弹簧72使衔铁68在大体向外方向上朝向阀构件42偏置。应当明白，紧固件74可连接到衔铁弹簧72并且允许机械地调整由衔铁弹簧72施加在衔铁68上的力。还应当明白，当电磁线圈62通电时，磁场使衔铁68移动。

本发明的螺线管阀26包括具有计量输出配置的流动力补偿。本发明的变速器14包括具有计量输出配置的螺线管阀26，该计量输出配置提供了响应于瞬态流动力的稳定性并且进一步包括流动力补偿，其还通过克服稳态流动力的影响来提供稳定且精确的压力调节。

为了实现流动力补偿，本发明的阀构件42进一步包括如图2到6中所说明的流动力补偿形状。更具体地，阀构件42包括具有计量面76的至少两个阀元件44。阀元件44a具有计量面76a，其适于控制第一压力控制端口38a与排放端口40a之间的加压液压流体的流动。阀元件44c具有计量面76c，其适于控制第二压力控制端口38b与压力供应端口38c之间的加压液压流体的流动。计量面76a包括流动力补偿环形空隙78a，而计量面76c包括与流动力补偿环形空隙78a相对的流动力补偿环形空隙78c。应当明白，流动力补偿形状可以类似于授予xiang等人的美国专利号7,431,043中公开的形式，该专利的公开内容通过引用明确地并入本文。

在图2中，螺线管阀26被示为处于第一操作位置。在该位置中，阀构件42的阀元件44a关闭排放端口40a，而阀构件42的阀元件44c部分地打开第二压力控制端口38b。如图3中所说明，螺线管阀26被示为处于第二操作位置。在该位置中，阀构件42的阀元件44a关闭排放端口40a，而阀构件42的阀元件44c关闭第二压力控制端口38b。如图4中所说明，螺线管阀26被示为处于第三操作位置。在该位置中，阀构件42的阀元件44a部分地打开排放端口40a，而阀构件42的阀元件44c关闭第二压力控制端口38b。如图5中所说明，螺线管阀26被示为处于第四操作位置。在该位置中，阀构件42的阀元件44a完全打开排放端口40a，而阀构件42的阀元件44c关闭第二压力控制端口38b。应当明白，液压供应压力进一步被传送到各种控制和致动部件，诸如变速器14的滑轮。还应当明白，阀构件42随着压力变化并且在所说明的位置之间不断地移动。

一种方法涉及阀构件和端口相互作用，其被称为“计量输入”配置，其中阀构件被设计成在其管线(入口)端口上移动并计量管线压力，其中阀的回流或吸入端口打开且不受限制。计量输入配置提供对稳态流动的良好控制，但是通常在调节瞬态流动力方面不稳定。另一种方法称为“计量输出”配置。运用计量输出配置，阀构件被设计成在吸入(出口)端口上移动并计量管路压力，其中阀的入口端口打开且不受限制。计量输出配置在瞬态流动力条件期间提供良好的控制，但是对稳态流动力的控制较不稳定。应当进一步明白，流动路径是计量输出流动路径，而入口端口38a是打开的，并且第一阀元件44a计量出口端口40a上的流量，或者入口端口38c是打开的并且第一阀元件44a计量出口端口38b上的流量。还应当明白，计量输出配置更好地适于在瞬态流动力的变化期间提供良好的阀稳定性。

参考图2和7，示出了阀体30和阀元件42的一部分。阀构件42设置在阀孔32中并且可沿着轴线轴向地移动。通常，压力供应端口38c与待计量输出到控制压力端口38a、38b的加压液压流体源流体地连接，或者是要计量输出到排放压力端口40a的控制压力。阀构件42具有阀元件44以用于计量第二压力控制端口38b与压力供应端口38c之间的流体。为了将第二压力控制端口38b与压力供应端口38c连接，阀构件42在阀元件44c进入第二控制压力端口38b的方向上移动，从而逐渐打开从压力供应端口38c到第二压力控制端口38b的液压连通。应当明白，来自第一压力控制端口38a的流体流入控制模块端口49a并且填充腔体49以产生反馈以在高流量条件期间平衡阀构件42上的压力并且响应于瞬态流动力提供稳定性。

参考图7、9和10，示出了空间流体控制压力端口38b的放大图。如所说明，阀体30具有相对较大且通常的“碑石”形状。流体端口38b在阀体30中具有两个对称间隔开的流动开口或增压室82，它们彼此成一百八十(180)度定向。开口82的形状大体为半圆形，并且通常在垂直于阀构件42的轴线的平面中延伸。流体最初在开口82处进入第二压力控制端口38b并且接触彼此成一百八十(180)度定向的两个成形控制边缘80。随着阀元件44c进一步进入第二压力控制端口38b，最终流体可以沿着阀元件44c的整个360度周边进入。应当明白，开口82的大小被设计成大致上不限制流动，因此即使在极端流速下，从开口82的一端到另一端的压力降也是最小的。还应当明白，当流体端口38b在阀体30内滑动时，流体端口38b在阀构件42周围更加平衡，因此极大地减少或消除了过度的摩擦和磨损。

如图8中所说明，为了实现流动力补偿，本发明的阀构件42进一步包括至少一个阀元件44a、44c，该阀元件具有流动力补偿空隙，将仅详细描述该阀元件中的一个。阀元件44a具有外径75a和计量面76a。计量面76a适于控制流体入口端口38a与流体出口端口40a之间的加压液压流体的流动。计量面76a包括流动力补偿环形空隙78a，其设置在阀元件44a的外径75a附近并且由在外径75a与和外径75a相交并与环形空隙78a相切的线之间测量的超前角“α”限定。为了提供可观的作用，超前角α小于九十(90)度，优选地在十五(15)度到七十(70)度之间，这取决于压力对温度的优化补偿，更优选地小于四十五(45)度。计量面76a的径向厚度大于0.5毫米。应当明白，期望将计量面76a形成为刀刃，但是由于制造工艺，计量面76必须不小于0.5毫米。

还发现，提供小于90度的任何超前角α都会对阀构件42上的流动力作用有一定的减小。然而，作用在阀构件42上的流动力相对于超前角α的减小单调衰减。因此，超前角α越小并且由此计量面76a、76c中的环形空隙78a越深，流动力的减小流越大。应当明白，制造限制和成本可能影响在本发明的螺线管阀的生产中选择的超前角。具体地，虽然理论上可以通过提供尽可能接近0度的超前角α来完全补偿流动力，但是补偿的单调衰减改进在较小的超前角处提供减小的改进并且可能证明生产更昂贵或不切实际。应当明白，随着制造技术和工艺的改进，并且使更小的超前角更经济可行，优选实施例中采用的超前角α将不断减小。因此，本发明的螺线管阀包括流动力补偿，该流动力补偿在稳态和瞬态调节条件期间都会提供关于阀构件42上的流动力作用的高阀稳定性和精确且稳定的流体流动。

本发明已经以说明性方式进行了描述。应当理解，已经使用的术语旨在具有描述性词语本质而非限制性。

鉴于上述教导，本发明的许多修改及变化是可能的。因此，在所附权利要求的范围内，本发明可以除具体描述的方式之外的方式来实践。