技术领域
[0001] 本
发明涉及一种液控
比例阀,属液压元件技术领域。
背景技术
[0002] 液控比例阀是在研究电动
汽车液控
泵/
马达助
力系统时,为解决液控泵/马达
排量控制问题而发明的。近年来,为了节约
能源保护环境,电动汽车作为主要技术方案而备受关注。发展电动汽车的主要技术障碍是动力
蓄电池技术。容量是电池最为重要的性能指标。
单体电池容量不是定数,它与电池的使用情况尤其是充放电倍率有关。过高的充放电倍率会明显减小电池容量和循环使用寿命,因此,实际使用中电池的充放电倍率是被严格控制的,故而,现有动力电池还不能很好的适应车辆启动、爬坡等工况对瞬间大
电流的要求。针对这一问题,有学者提出电动汽车液压助力方案。液压传动功率
密度大,适合电动汽车启停阶段瞬时功率大的特点。车辆
制动时可利用车辆
惯性力驱动
液压泵将车辆
动能转化为液压能储存在液压
蓄能器中。车辆起步或
加速时,再用蓄能器存储的液压能驱动
液压马达给
电机助力。因为有液压
辅助动力装置在电力驱动和负载之间起功率缓冲作用,故可减小动力电池的瞬时充放电倍率。目前,液压助力方案都是采用电液控制技术,其优点是自动化程度高,调节方便,缺点是系统复杂,故障环节多,对维修技术和使用环境要求高。全液压助力方案用液控比例阀代替电液比例阀,因为没有复杂的电控器,故对环境
温度、湿度、灰尘及振动都不敏感,检修难度也低。但目前市场上没有适合上述用途的电液比例阀产品。
发明内容
[0003] 针对上述问题,本发明提出一种适合电动汽车液控泵/马达液压助力方案的液控比例阀。所述液控比例阀包括丝堵、
阀体、对中
弹簧、阀芯、阀套、
柱塞、螺钉、调整弹簧、弹簧套筒、密封套、
推杆和调节螺钉。上述阀体中设有阀孔及五道沉割槽,沉割槽经油道从左至右依次与控制油口X、进油口P、出油口A、回油口T及阀口Y连通形成五个油腔,依次为控制油腔、进油腔、出油腔、回油腔和弹簧腔。其中,出油口A还经另外一条油道与阀口Y连通。上述阀芯为两台肩结构,其中右台肩两端削边,余下完整圆柱面比相应沉割槽略宽,形成两条节流边,即P-A节流边和A-T节流边,分别控制油口P至出油口A及出油口A至回油口T的阻尼。阀芯左端位于控制油腔,右端位于回油腔。回油腔与弹簧腔之间镶有阀套,阀套中装有柱塞,柱塞左端位于回油腔且与阀芯右端面抵触,柱塞右端位于弹簧腔。阀孔左端用丝堵密封,右端有弹簧套筒密封。阀芯与阀孔,柱塞与阀套的配合间隙同普通
滑阀。阀芯左端控制油腔内置弹簧,对阀芯产生右向推力。弹簧腔中的弹簧经柱塞对阀芯产生左向推力。当控制油口X无有压力时,阀芯及柱塞在两端弹簧作用下保持在零位,除了出油口A与阀口Y始终连通外,其他油口互不相通,此时出油口A没有压力油输出。当控制油口X有压力油输入时,阀芯左端控制油腔产生压力,推动阀芯右移,上述P-A节流口开启,出油腔和弹簧腔压力上升,出油口A有压力输出。因阀芯两端弹簧很软,阀芯上的液动力有限,故作用于阀芯上的液压力大体上是平衡的。若回油口T油压为零,则控制油口X油压与阀芯左端面积之乘积近似等于出油口A油压与柱塞横截面之积,即输出油压与输入油压之比近似为阀芯截面积与柱塞截面积之比。若出油口A的油压高于设定值,阀芯将左移,P-A节流口关小乃至关闭,A-T节流口开启,出油口A的油压下降至设定值,即与进油口X油压之比等于阀芯截面积与柱塞截面积之比。
[0004] 本发明的特点
[0005] 该阀在结构上能够保证X口和A口压力间的比例关系。T口接
高压蓄能器能对其压力
波动进行补偿。结构简单,成本明显低于电液比例阀。
附图说明
[0006] 图1为液控比例阀结构示意图
[0007] 图中标记:25.丝堵,26.阀体,27.对中弹簧,28.阀芯,29.阀套,30.柱塞,31.螺钉,32.调整弹簧,33.弹簧套筒,34.密封套,35.推杆,36.调节螺钉
[0008] 图2为电动汽车液控泵/马达助力系统原理图
[0009] 图中标记:1.
变速器,2.电机,3.
分动器,4.液控比例阀,5.液压泵/马达,6.溢流阀,7.电磁换向阀,8.液控
单向阀,9.高压蓄能器,10.低压蓄能器,11.固定阻尼孔,12.
节流阀,13.单向顺序阀二,14.
制动主缸,15.行程
开关二,16.制动
踏板机构,17.梭阀,18.单向顺序阀一,19.位移
传感器,20.助力缸,21.行程开关一,22.“
油门”踏板机构[0010] 图3为助力缸结构示意图
[0011] 图中标记:40.接头,41.连接板,42.柱塞,43.防尘圈,44.
密封圈,45.导套,46.缸筒,47.
活塞,48.弹簧,49.密封套,50.推杆,51.调节螺钉,52.右缸盖,53.
锁紧
螺母,55.左端盖,19.位移传感器
[0012] 图4为制动主缸结构示意图
[0013] 图中标记:60.接头,62.柱塞,63.防尘圈,64.密封圈,65.导套,66.活塞,67.弹簧,68.密封套,69.推杆,70.调节螺钉,71.右缸盖,72.锁紧螺母,73.左端盖,[0014] 图5液控泵/马达示意图
[0015] 图中标记:90.缸体,91
斜盘,92.活塞,93.调压弹簧,94柱塞
具体实施方式
[0016] 所述液控比例阀如图1,包括丝堵25、阀体26、对中弹簧27、阀芯28、阀套29、柱塞30、螺钉31、调整弹簧32、弹簧套筒33、密封套34、推杆35和调节螺钉36。上述阀体中设有阀孔及五道沉割槽,沉割槽经油道从左至右依次与控制油口X、进油口P、出油口A、回油口T及阀口Y连通形成五个油腔,依次为控制油腔、进油腔、出油腔、回油腔和弹簧腔。其中,出油口A还经另外一条油道与阀口Y连通。上述阀芯28为两台肩结构,其中右台肩两端削边,余下完整圆柱面比阀体上相应沉割槽略宽,形成两条节流边,即P-A节流边和A-T节流边,分别控制油口P至出油口A及出油口A至回油口T的阻尼。阀芯28左端位于控制油腔,右端位于回油腔。回油腔与弹簧腔之间镶有阀套29,阀套中装有柱塞30,其左端位于回油腔且与阀芯28右端面抵触,柱塞30右端位于弹簧腔。阀孔左端用丝堵25密封,右端有弹簧套筒33密封。阀芯28与阀孔,柱塞30与阀套29的配合间隙同普通滑阀。阀芯28左端控制油腔内置弹簧27,对阀芯28产生右向推力。弹簧腔中的弹簧32经柱塞30对阀芯28产生左向推力。当控制油口X无有压力时,阀芯28及柱塞30在两端弹簧作用下保持在零位,除了出油口A与阀口Y始终连通外,其他油口互不相通,此时出油口A没有压力油输出。当控制油口X有压力油输入时,阀芯28左端控制油腔产生压力,推动阀芯28右移,上述P-A节流口开启,出油腔和弹簧腔压力上升,出油口A有压力输出。因阀芯28两端弹簧很软,阀芯上的液动力有限,故作用于阀芯28上的液压力大体上是平衡的。若回油口T油压为零,则控制油口X输入油压与阀芯28左端面积之乘积近似等于出油口A输出油压与柱塞30横截面之积,即输出油压与输入油压之比近似为阀芯28截面积与柱塞30截面积之比。若出油口A的油压高于设定值,阀芯28将左移,P-A节流口关小乃至关闭,A-T节流口开启,出油口A的油压下降至设定值,即与进油口X油压之比等于阀芯28截面积与柱塞30截面积之比。
[0017] 关于应用本发明的电动汽车液控泵/马达液压助力系统
[0018] 包括泵/马达-蓄能器主回路,助力控制回路和制动控制回路。如图2,所述泵/马达-蓄能器主回路包括液压泵/马达5、高压蓄能器9、低压蓄能器10、溢流阀6、电磁换向阀7、液控比例阀4、液控单向阀8、固定阻尼孔11、节流阀12、梭阀17。其中液压泵/马达5的
传动轴经分动器3与电机2、
驱动桥连接,其进出油口分别与电磁换向阀7的A、B油口连接。电磁换向阀7的P、T油口分别与高压蓄能器9及低压蓄能器10连接。溢流阀6与液压泵/马达5并联。液控单向阀8、固定阻尼孔11、节流阀12串接在高压蓄能器9和液压泵/马达5的控制油口之间。液控比例阀4的油口P、A分别和高压蓄能器9及液压泵/马达5的排量控制油口K连接,油口T与固定阻尼孔11和节流阀12之间的三通连接,控制油口x与梭阀17出油口及液控单向阀8的控制油口连接。所述助力控制回路包括单向顺序阀一18、助力缸20、位移传感器19、行程开关一21及“油门”踏板机构22。其中梭阀17的左进油口接单向顺序阀一18的出油口,单向顺序阀一18的进油口接助力缸20的出油口,位移传感器19与助力缸20机械固定连接。助力缸柱塞42外伸端与“油门”踏板机构22铰接。所述制动控制回路包括制动踏板机构16、制动主缸14、单向顺序阀二13及行程开关二15。其中制动踏板机构16与制动主缸柱塞外伸端铰接。制动主缸14出油口与单向顺序阀二13进油口及梭阀17右进油口连接。单向顺序阀二13出油口接汽车的制动轮缸。
[0019] 所述液压泵/马达5可采用国产MYCY-14系列产品,但要对其变量机构进行改造。图5和图6为改造后原产品在变量机构控制压力为零时排量处于最大
位置,排量随控制压力升高而减小。变量机构改造后,当控制压力为零时,排量亦为零,排量随控制压力升高而升高。
[0020] 系统工作原理
[0021] 待机工况
[0022] 车辆静止或正常运行时液压助力系统不参与工作,处于待机状态。此时,助力缸20压力较低,制动主缸14没有压力,单向顺序阀一18和单向顺序阀二13都未开启,液控比例阀4的输出压力为零,液压泵/马达5控制油压为零,斜盘91倾
角为零,排量为零。此时,电磁换向阀7处于中位,液压泵/马达5由分动器3带动空运转。液控单向阀8将高压蓄能器9封闭。
[0023] 制动工况
[0024] 车辆制动时踩下制动踏板16,制动主缸柱塞62向右移动,行程开关二15发出位移
信号,经继电器使电磁
铁DT3得电4。电磁换向阀7换向,液压泵/马达5的I油口、O油口分别与低压蓄能器10、高压蓄能器9连接,液压泵/马达5处于泵工况。踏板16带动制动主缸柱塞62向右移动,缸内油压上升,压力油推动活塞66右移
压缩弹簧67,缸内油压平缓上升。压力油经梭阀17到达液控比例阀4的控制油口x,在阀芯28左端产生压力。制动主缸输出压力油也使液控单向阀8导通,高压蓄能器9中的压力油经液控单向阀8、固定阻尼孔11、节流阀12流向低压蓄能器10,在节流阀12上产生压降,该压降对液控比例阀4油口T形成背压,并在阀芯28右端产生压力。阀芯28在左右两端压力作用下向右移动,P-A阀口开启,油口A压力升高,并经阀中油道传导至弹簧腔,作用于柱塞30上。柱塞30向左推动阀芯,使阀口关小,油口A压力随之减小。阀芯28在左右两端压力及柱塞30的作用下趋于平衡。若不考虑油口T背压的补偿作用,油口A的压力与控制油口x的压力比约等于阀芯28的端面积与柱塞30横截面积之比,故液控比例阀4输出压力与制动主缸14输出压力成比例,即与制动主缸柱塞62的位移成比例。如图5,液压泵/马达5排量控制活塞92的位移与液控比例阀4输出压力成比例,故液压泵/马达5排量与制动主缸柱塞62位移成比例,即与制动踏板16行程成比例。液压泵/马达5排量增大使其输入
扭矩增大,因其
转轴经分动器3与驱动桥
啮合,故使汽车的行驶阻力增加。
[0025] 液压泵/马达5从低压蓄能器10吸入低压油泵入高压蓄能器9,就是把车辆的动能转化为液压能存储在液压蓄能器中。
[0026] 若遇紧急情况用力深踩制动踏板,则制动主缸14的压力会急剧升高。当压力达到单向顺序阀13的调定压力时,顺序阀开启,压力油进入制动轮缸。此时,由液压泵/马达5产生的制动力和制动轮缸制动力同时作用形成复合制动。制动过程结束,松开制动踏板,制动主缸柱塞62复位,制动轮缸释放,液控比例阀4、电磁换向阀7均复位,液压泵/马达5排量回零,制动力消失,液控单向阀8关闭。
[0027] 液压泵/马达5的扭矩与其排量和工作压力成正比,在其排量一定时,若高压蓄能器9的压力降低,则液压泵/马达5的扭矩便会减小。前述液控比例阀4油口T的背压随高压蓄能器9压力降低而减小,液控比例阀4的出口压力则随其油口T背压的减小而增大,见图1、图2,故由前述可知,当高压蓄能器9压力降低时,液压泵/马达5的排量会增加,这样便可补偿高压蓄能器9压力降低所引起的制动扭矩下降。通过节流阀12可调节压力补偿的强度。
[0028] 助力工况
[0029] 车辆正常行驶时只需轻踏“油门”踏板,此时与助力缸柱塞42固联的位移传感器发出信号使动力电机2运转。车辆启动加速时,需用力深踩“油门”踏板,当柱塞42达到一定行程时,动力电机2电流接近限定值,踏板机构触发行程开关21动作,使继电器切换,电
磁铁DT2得电,电磁换向阀7换向,液压泵/马达5的O油口、I油口分别与低压蓄能器10、高压蓄能器9连接,液压泵/马达5变为马达工况。因用力深踩油门,助力缸20压力迅速上升,当压力达到单向顺序阀18设定压力时,单向顺序阀18开启,其输出压力油经梭阀17使液控比例阀4开启,液压泵/马达5排量从零开始增加。液压泵/马达5排量和液控比例阀4出口压力成比例,因而与助力缸20压力成比例即与“油门”踏板行程成比例。马达排量增加使其输出扭矩增加,车辆动力增加,电机2负荷因此减小,驱动电流减小。启动过程结束,放松“油门”,助力缸压20压力下降,单向顺序阀18关闭,液控比例阀4复位,液压泵/马达5排量回零,车辆由电机单独驱动。液压马达驱动车辆过程中,储存在高压蓄能器9中的高压油返回低压蓄能器,车辆制动时回收的
能量被释放,高压蓄能器9排空,为下一次制动蓄能做准备。