ES2202666T3 - Valvula de control de direccion asistida con reduccion de ruido. - Google Patents
Valvula de control de direccion asistida con reduccion de ruido.Info
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Abstract
UNA VALVULA DE CONTROL (10) CONTROLA EL FLUJO DE FLUIDO ENTRE UNA BOMBA (34) Y UN MOTOR (20) EN UN SISTEMA DE DIRECCION ASISTIDA HIDRAULICO (12) PARA UN VEHICULO CON RUEDAS ORIENTABLES. LA VALVULA DE CONTROL (10) INCLUYE UN OBUS (40) DE LA VALVULA Y UN MANGUITO (50) SUJETO DE FORMA QUE PUEDA GIRAR. LA VALVULA DE CONTROL (10) TIENE UN ORIFICIO DE ENTRADA (80) PARA ALOJAR FLUIDO DE LA BOMBA (34) Y UN CONDUCTO DE RETORNO (100) PARA DIRIGIR FLUIDO DE LA VALVULA DE CONTROL A LA BOMBA (34). LA VALVULA DE CONTROL (10) TIENE UN PRIMERO ORIFICIO (84) DE MOTOR PARA PERMITIR QUE EL FLUIDO FLUYA ENTRE LA VALVULA Y EL MOTOR (20). ENTRE EL PRIMER ORIFICIO (84) DE MOTOR Y EL CONDUCTO DE RETORNO (100) HAY UN PRIMER Y SEGUNDO ORIFICIOS DE CIERRE (1A-L, 2A-L) EN SERIE. HAY UN TERCER ORIFICIO (2-L) DE CIERRE SITUADO ENTRE UN SEGUNDO ORIFICIO (86) DE MOTOR Y UN CONDUCTO DE RETORNO (100). EL ORIFICIO (1A-L) ES UN ORIFICIO DE PRESION RELATIVAMENTE ALTA Y EL ORIFICIO (2A-L) ES UN ORIFICIO DE PRESION RELATIVAMENTEBAJA. DOS ORIFICIOS (1-L, 1A-L) DE PRESION ALTA QUE SE ENCUENTRAN SEPARADOS A LOS LADOS OPUESTOS DEL ORIFICIO DE ENTRADA (80) PERMANECEN POR LO MENOS PARCIALMENTE ABIERTOS, EXCEPTO CUANDO LA VALVULA ESTA TOTALMENTE GIRADA.
Description
Válvula de control de dirección asistida con
reducción de ruido.
La presente invención se refiere a una válvula
para controlar el flujo de fluido en un conjunto de engranaje de
dirección asistida hidráulica.
Una válvula de control conocida para el control
del flujo de fluido en un conjunto de engranaje de dirección
asistida hidráulica incluye un núcleo de válvula que puede girar
dentro de un manguito de válvula. El núcleo de válvula y el manguito
de válvula tiene cada uno una pluralidad de mesetas y muescas.
Cuando el núcleo de válvula y el manguito de válvula están en una
condición neutra o centrada, la presión del fluido en cámaras
opuestas de un motor hidráulico son iguales. Cuando el núcleo de
válvula y el manguito de válvula giran relativamente desde la
condición neutra, las mesetas y las muescas sobre el núcleo de
válvula y el manguito de válvula cooperan para dirigir el fluido
bajo presión a una cámara del motor, para proporcionar así
asistencia de dirección. Un sistema de dirección de este tipo se
describe en el documento US 5.417.244. El documento JP 03 09 0475 A
describe un sistema de dirección que se diferencia del asunto objeto
de la reivindicación 1 en que el núcleo de válvula comprende seis
mesetas entre los pasos de retorno adyacentes de la válvula de
control.
Las mesetas y las muescas en el núcleo de válvula
y el manguito de válvula definen orificios muy pequeños a través de
los cuales fluye el fluido. Las diferencias de presión grandes en
estos orificios pueden generar ruido no deseado en el sistema de
dirección.
La presente invención es un sistema de dirección
asistida hidráulica para un vehículo que tiene ruedas dirigibles
como se describe en la reivindicación 1.
Lo precedente y otras características de la
presente invención serán evidentes para los técnicos en la materia a
los que se refiere la presente invención, teniendo en cuenta la
siguiente descripción de la invención con referencia a los dibujos
que se acompañan, en los que:
La figura 1 es una vista en alzado, parcialmente
en sección, de un conjunto de engranaje de dirección de cremallera y
piñón de asistencia hidráulica que incluye una válvula de control de
acuerdo con la presente invención.
La figura 2 es una vista en sección esquemática
de la válvula de control de la figura 1, mostrada en condición
centrada.
La figura 3 es una vista similar a la figura 2,
que muestra la válvula de control en una condición descentrada.
La figura 4 es una vista ampliada de una porción
de la figura 3.
La figura 5 es un gráfico que representa, para la
válvula de control de la figura 1, las áreas de los orificios
cerrados contra los grados de rotación relativos entre el núcleo de
válvula y el manguito de válvula.
La figura 6 es una vista similar a la figura 2 de
una válvula de control de acuerdo con una segunda forma de
realización de la presente invención.
La figura 7 es una vista similar a la figura 4 de
una porción de una válvula de control de acuerdo con una tercera
forma de realización de la presente invención.
La figura 8 es un gráfico similar a la figura 5
para la válvula de control de la figura 7.
La figura 9 es una vista similar a la figura 4 de
una porción de una válvula de control de acuerdo con una cuarta
forma de realización de la presente invención; y
La figura 10 es un gráfico similar a la figura 5
para la válvula de control de la figura 9.
La presente invención se refiere a una válvula
para controlar el flujo de fluido en un conjunto de engranaje de
dirección asistida hidráulica. Como representativo de la presente
invención, la figura 1 ilustra esquemáticamente una válvula de
control de dirección asistida hidráulica 10. La válvula de control
10 forma una parte de un conjunto de engranaje de dirección de
cremallera y piñón 12.
El conjunto de dirección 12 incluye una carcasa
14. Un miembro de dirección en forma de una cremallera 16 está
soportado y está en movimiento con respecto a la carcasa 14. Los
extremos opuestos de la cremallera 16 están conectados por
articulación adecuada con ruedas dirigibles (no mostradas) del
vehículo. Después del movimiento de la cremallera 16 con respecto a
la carcasa 14, las ruedas dirigibles del vehículo son giradas de una
manera conocida.
El conjunto de dirección 12 incluye un motor
hidráulico 20 para asistir al operador del vehículo en el giro de
las ruedas dirigibles del vehículo. El motor hidráulico 20 incluye
un pistón 22 que está conectado fijamente a la cremallera 16. El
pistón 22 está dispuesto en un cilindro 24 formado por la carcasa
14. El pistón 22 divide el cilindro 24 dentro de la primera y
segunda cámaras de fluido 26 y 28.
La válvula de control 10 (descrita a continuación
detalladamente) está dispuesta en la carcasa 14. La válvula de
control 10 está conectada con la primera y segunda cámaras 26 y 28
del motor 20 por una pareja de conductos 30 y 32. La válvula de
control 10 está conectada también con una bomba 34 y con un
recipiente o sumidero 36, por otra pareja de conductos 38 y 39.
La válvula de control 10 incluye un núcleo de
válvula 40 (figura 2) situado dentro de un manguito de válvula 50 y
coaxial con el manguito de válvula. El núcleo de válvula 40 y el
manguito de válvula 50 están soportados en la carcasa 14, de una
manera conocida para rotación relativa alrededor de un eje 52. Una
periferia interior 44 del manguito de válvula 50 está adyacente a y
puede girar dentro de una periferia exterior 42 (figura 4) del
núcleo de válvula 40. El núcleo de válvula 40 está conectado para
rotación y está formado preferentemente como una pieza con un árbol
de entrada 54 (figura 1). El árbol de entrada 54 está conectado para
rotación con una rueda de dirección 55 del vehículo. El manguito de
válvula 50 (figura 2) está conectado para rotación con un piñón 56
(figura 1). El piñón 56 está en acoplamiento de engrane con la
cremallera 16. Una barra de torsión mostrada esquemáticamente en 57
(figura 4) interconecta con el árbol de entrada 54 y el piñón 50 de
una manera conocida.
Después de la rotación de la rueda de dirección
del vehículo 55, la barra de torsión 57 se tuerce para permitir que
el núcleo de la válvula 40 gire con respecto al manguito de la
válvula 50. Después de tal rotación relativa, la válvula de control
10 dirige el fluido hidráulico bajo presión desde la bomba 34 al
motor 20. El funcionamiento del motor hidráulico 20 mueve la
cremallera 16 y acciona el piñón 56 de una manera continua para
hacer girar el manguito de válvula 50 con respecto al núcleo de
válvula 40. La válvula de control 10 retorna a una condición neutral
cuando las ruedas dirigibles del vehículo han sido giradas hasta una
extensión que corresponde con la rotación de la rueda de dirección
55 y el árbol de entrada 54.
La mitad superior (como se ve en la figura 2) de
la válvula de control 10 incluye un grupo completo o conjunto de
orificios (descrito a continuación) para dirigir el flujo de fluido
entre la bomba 34 y el motor 20. La mitad inferior de la válvula de
control 10 incluye otro grupo completo o conjunto de orificios para
dirigir el flujo de fluido entre la bomba 34 y el motor 20. La mitad
inferior (como se ve en la figura 2) de la válvula de control 10 es
idéntica en construcción y funcionamiento a la mitad superior de la
válvula de control. Por tanto, solamente la mitad superior de la
válvula de control 10 se describe aquí detalladamente. Además, se
describe a continuación el funcionamiento de la válvula de control
10 para un giro a la izquierda; el funcionamiento de la válvula de
control para un giro a la derecha es similar pero opuesto y, por
tanto, no se describe.
El manguito de válvula 50 (figura 2) tiene sobre
su periferia exterior 44 ocho mesetas espaciadas
circunferencialmente que se extienden de forma axial 61, 62, 63, 64,
65, 66, 67 y 68. Las mesetas del manguito 61-68
definen ocho muescas o ranuras espaciadas circunferencialmente que
se extienden axialmente 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77 y 78 que están
espaciadas alternativamente entre las mesetas de manguito.
Un orificio de entrada de fluido 80 (figura 4) se
extiende a través de una primera 61 de las mesetas de manguito
61-68, desde la periferia exterior 82 hasta la
periferia interior 44 del manguito de válvula 50. El orificio de
entrada de fluido 80 está conectado de una manera conocida (no
mostrado) con el conducto 38 y, de este modo, con la salida de la
bomba 34.
Un primer orificio u orificio izquierdo del motor
84 (figura 4) se extiende desde la periferia exterior 82 hasta la
periferia interior 44 del manguito de válvula 50. El orificio de
motor izquierdo 84 termina en la muesca del manguito 78. Un segundo
orificio u orificio derecho del motor 86 se extiende desde la
periferia exterior 82 hasta la periferia interior 44 del manguito de
válvula 50. El orificio derecho del motor 86 termina en la muesca
del manguito 71. Las muescas del manguito 71 y 78 están adyacentes
entre sí en el manguito de válvula 50 y están espaciadas de los
laterales opuestos de la meseta de entrada de fluido 61.
El núcleo de válvula 40 (figura 2) tiene sobre su
periferia exterior 42 ocho mesetas espaciadas circunferencialmente
que se extienden axialmente 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87 y 88. Las
mesetas del núcleo 81-88 definen ocho muescas o
ranuras espaciadas circunferencialmente que se extienden axialmente
91, 92, 93, 94, 95, 96, 97 y 98 que están espaciadas
alternativamente entre las mesetas de núcleo.
El núcleo de válvula 40 tiene un orificio de
retorno que se extiende axialmente o un paso de retorno 100. El paso
de retorno 100 está conectado, de manera no mostrada, con el
conducto 39 y, de esta manera, con la bomba 36. Un primer canal de
retorno 102 se extiende radialmente en el núcleo de válvula 40 entre
la muesca de válvula 97 y el paso de retorno 100. Un segundo canal
de retorno 104 se extiende radialmente en el núcleo de válvula 40
entre la muesca de núcleo 93 y el paso de retorno 100. La muesca del
núcleo 93 está localizada diametralmente opuesta a la muesca del
núcleo 97.
La periferia interior 44 del manguito de válvula
50 y la periferia exterior 42 del núcleo de válvula 40 definen
trayectorias de flujo de fluido dentro de la válvula de control 10
entre el orificio interior 80 y los orificios del motor 84 y 86 y el
paso de retorno 100.
La porción derecha superior (como se ve en la
figura 4) de la válvula de control 10 controla el flujo de fluido
entre el orificio de entrada de fluido 870, el orificio derecho del
motor 86, y el segundo canal de retorno 104. En la porción derecha
superior del núcleo de válvula 40, cada una de las mesetas de núcleo
81 y 82 tiene dos esquinas biseladas o chaflanes. Los esquinas sobre
la meseta del núcleo 81 (figura 4) son designadas con 110 y 112.
Los esquinas sobre la meseta del núcleo 82 están designadas con 114
y 116.
La esquina 110 sobre el núcleo de válvula 40 y la
esquina adyacente sobre la meseta de manguito 61 definen un
intersticio de flujo variable o orificio designado con
1-L. El orificio 1-L controla el
flujo de fluido entre la muesca del núcleo 91 y la muesca del
manguito 71. Como resultado, el orificio 1-L
controla el flujo de fluido entre el orificio de entrada de fluido
80 y el orificio del motor de fluido 86. El orificio
\hbox{1-L} varía en tamaño dependiendo de
la posición de rotación relativa del núcleo de válvula 40 y el
manguito de válvula 50.
La esquina 112 sobre el núcleo de válvula 40 y la
esquina adyacente sobre la meseta del manguito 62 definen un
intersticio u orificio de flujo variable designado con
1A-R. El orificio 1A-R controla el
flujo de fluido entre el orificio derecho del motor 86 y la muesca
del núcleo 92. El orificio 1A-R varía en tamaño
dependiendo de la posición de rotación relativa del núcleo de
válvula 40 y el manguito de válvula 50.
La esquina 114 sobre el núcleo de válvula 40 y la
esquina adyacente sobre la meseta del manguito 62 definen un
intersticio u orificio de flujo designado con 2-L.
El orificio 2-L controla el flujo de fluido entre la
muesca del núcleo 92 y la muesca del manguito 72. El orificio
2-L varía en tamaño dependiendo de la posición de
rotación relativa del núcleo de válvula 40 y el manguito de válvula
50.
La esquina 116 sobre el núcleo de válvula 40 y la
esquina adyacente sobre la meseta del manguito 63 definen un
intersticio u orificio de flujo variable designado con
2A-R. El orificio 2A-R controla el
flujo de fluido entre la muesca del manguito 72 y la muesca del
núcleo 93. Como resultado, el orificio 2A-R controla
el flujo de fluido entre la muesca del manguito 72 y el segundo
canal de retorno 104 en el núcleo de la válvula 40. El orificio
2A-R varía en tamaño dependiendo de la posición de
rotación relativa del núcleo de válvula 40 y el manguito de válvula
50.
La porción izquierda superior (como se ve en la
figura 4) de la válvula de control 10 es una imagen simétrica de la
porción derecha superior de la válvula de control. La porción
izquierda superior (como se ve en la figura 4) de la válvula de
control 10 controla el flujo de fluido entre el orificio de entrada
de fluido 80, el orificio izquierdo del motor 84, y el primer canal
de retorno 102.
Cada una de las mesetas 87 y 88 sobre la porción
izquierda superior del núcleo de válvula 40 tiene dos esquinas
biseladas o chaflanes. Los esquinas sobre la meseta 88 (figura 4)
son designados con 120 y 122. Los esquinas sobre la meseta 87 son
designados con 124 y 126.
La esquina 120 sobre el núcleo de válvula 40 y la
esquina adyacente sobre la meseta del manguito 61 definen un
intersticio u orificio de flujo variable designado con
1-R. El orificio 1-R controla el
flujo de fluido entre la muesca de núcleo 91 y la muesca de manguito
78. Como resultado, el orificio 1-R controla el
flujo de fluido entre el orificio de entrada de fluido 80 y el
orificio izquierdo del motor 84. El orificio
\hbox{1-R} varía en tamaño dependiendo de
la posición de rotación relativa del núcleo de válvula 40 y el
manguito de válvula 50.
La esquina 122 sobre el núcleo de válvula 40 y la
esquina adyacente sobre la meseta del manguito 68 definen un
intersticio u orificio de flujo variable designado con
1A-L. El orificio 1A-L controla el
flujo de fluido entre el orificio izquierdo del motor 84 y la muesca
de núcleo 98. El orificio 1A-L varía en tamaño
dependiendo de la posición de rotación relativa del núcleo de
válvula 40 y el manguito de válvula.
La esquina 124 sobre el núcleo de válvula 40 y la
esquina adyacente sobre la meseta del manguito 68 definen un
intersticio u orificio de flujo variable designado con
2-R. El orificio 2-R controla el
flujo de fluido entre la muesca de núcleo 98 y la muesca del
manguito 77. El orificio 2-R varía en tamaño
dependiendo de la posición de rotación relativa del núcleo de
válvula 40 y el manguito de válvula 50.
La esquina 126 sobre el núcleo de válvula 40 y la
esquina adyacente sobre la meseta del manguito 67 definen un
intersticio u orificio de flujo variable designado con
2A-L. El orificio 2A-L controla el
flujo de fluido entre la muesca del manguito 77 y la muesca del
núcleo 97. Como resultado, el orificio 2A-L controla
el flujo de fluido entre la muesca del manguito 77 y el primer canal
de retorno 102 en el núcleo de la válvula 40. El orificio
2A-L varía en tamaño dependiendo de la posición de
rotación relativa del núcleo de válvula 40 y el manguito de válvula
50.
Cuando el núcleo de válvula 40 y el manguito de
válvula 50 están en la condición neutra o centrada mostrada en la
figura 2, cada una de las mesetas de núcleo 81-88
está dispuesta radialmente hacia dentro de una muesca de manguito
respectiva 71-78. El fluido precedente de la bomba
34 fluye dentro de la válvula de control 10 a través del orificio de
entrada del fluido 80 y entra en la muesca del núcleo 91. Puesto que
la válvula de control 20 está en la condición centrada, el orificio
1-R es del mismo tamaño que el orificio
1-L. Por tanto, el fluido procedente de la muesca
del núcleo 91 fluye en cantidades substancialmente iguales a través
de los orificios 1-R y 1-L en las
muescas del manguito 78 y 71, respectivamente. La presión del fluido
en el orificio izquierdo del motor 84 es, por tanto, igual a la
presión de fluido en el orificio derecho del motor 86. Como
resultado, las presiones en las cámaras de fluido 26 y 28 en el
cilindro 24 son substancialmente iguales. Por tanto, el pistón 22 no
se mueve en el cilindro 24, y no está prevista dirección asistida a
la cremallera 16.
Cuando la válvula de control 10 está en la
condición centrada, el fluido en las muescas de manguito 78 y 71
fluye fuera de estas muescas en cantidades substancialmente iguales
a través de los orificios
\hbox{1A-L} y
1A-R, respectivamente. El fluido que fluye a través
del orificio 1A-L fluye entonces a través de los
orificios 2-R y 2A-L. Este fluido
fluye al sumidero 36 a través del primer canal de retorno 102 y el
paso de retorno 100 en el núcleo de válvula 40. El fluido que fluye
a través del orificio 1A-R fluye entonces a través
de los orificios 2-L y 2A-R. Este
fluido fluye al sumidero 36 a través del segundo canal de retorno
104 y el paso de retorno 100 en el núcleo de válvula 40.
Cuando la rueda de dirección del vehículo 55 es
girada en una primera dirección, el núcleo de válvula 40 es girado
en el sentido opuesto a las agujas del reloj (como se ve en las
figuras 3 y 4) con respecto al manguito de válvula 50. Los orificios
1-R, 2-R,
\hbox{1A-R}, y 2A-R se
abren, o incrementan en tamaño. Los orificios 1-L,
2-L, 1A-L, y 2A-L se
cierran substancialmente, o disminuyen en tamaño. Debido al cierre
de los orificios 1-L, 2-L,
1A-L, y 2A-L, la asistencia de
dirección está prevista por el motor 20 para provocar que las ruedas
dirigibles del vehículo giren de manera que se mueva el vehículo
hacia la izquierda.
Específicamente, cuando la rueda de dirección del
vehículo 55 es girada en la primera dirección, el orificio
1-R (figura 4) es más grande que el orificio
\hbox{1-L.} Cuando los orificios
1A-L y 1-L se cierran
substancialmente, la presión de fluido en la muesca del manguito 78
y en el orificio izquierdo del motor 84 es substancialmente mayor
que la presión de fluido en el orificio derecho del motor 86. Como
resultado, la presión en la cámara de fluido 26 (figura 3) es
substancialmente mayor que la presión en la cámara de fluido 28. Por
tanto, el pistón 22 se mueve en el cilindro 24 en la dirección a la
derecha como se ve en la figura 3. Las ruedas dirigibles del
vehículo son giradas en una dirección para mover el vehículo (no
mostrado) a la izquierda.
A medida que el pistón 22 se mueve en el cilindro
24, el fluido es escapado de la cámara de fluido de baja presión 28.
Este fluido fluye a través del conducto 32 y a través del orificio
derecho del motor 86 (figura 4) dentro de la válvula de control 10.
El fluido que fluye dentro de la válvula de control 10 desde el
orificio derecho del motor 86 fluye a través de los orificios
1A-R, 2-L, y 2A-R.
Este fluido fluye al sumidero 36 a través del segundo canal de
retorno 104 y el paso de retorno 100.
Durante el movimiento de la válvula de control 10
desde la condición centrada mostrada en la figura 2, a la condición
descentrada mostrada en la figura 3, los orificios
1-R, 1A-R, 2-R y
2A-R están abiertos. Como resultado, no existe
diferencia de presión significativa a través de los orificios
1-R, 1A-R, 2-R,
2A-R, lo que generaría ruido. Al mismo tiempo, los
orificios 1-L, 1A-L,
2-L y 2A-L están cerrados, como
resultado, existen diferencias de presión significativas través de
los orificios 1-L y 1A-L y, por
tanto, una potencia significativa para la generación de ruido en
estos orificios.
Específicamente, tanto el orificio
1-L como el orificio 1A-L están
expuestos, a través de la muesca del núcleo 91 y la muesca del
manguito 78, a la presión del fluido en el lateral de alta presión
26 del pistón 22. Por tanto, los orificios 1-L y
1A-L tienen las caídas de presión más altas en la
porción superior de la válvula de control 10 - - es decir, existen
los mayores diferenciales de presión a través de estos dos
intersticios u orificios.
Las diferencias de presión a través de los
orificios 2-L y 2A-L son menores que
la diferencia de presión a través de los orificios
1-L y 1A-L. Específicamente, el
orificio 2-L está expuesto por un lado al retorno de
fluido desde el lateral de presión baja 28 del pistón 22 y, por otro
lado, a retorno de presión (sumidero). Esta diferencia de presión no
es tan grande como la diferencia de presión o bien en el orificio
1-L o el orificio 1A-L. De forma
similar, el orificio 2A-L está expuesto a una
presión intermedia por un lado y está a presión de retorno
(sumidero) por otro lado, lo que no es tan grande como la diferencia
de presión o bien del orificio 1-L o el orificio
1A-L.
En el lateral de alta presión de la válvula de
control 10, la diferencia de presión entre el orificio de motor
izquierda 84 y el primer canal de retorno 102 es dispersada a través
de los orificios 1A-L y 2A-L. Por
tanto, cada uno de los orificios 1A-L y
2A-L toma una porción de la caída de presión total.
Como resultado, existe una turbulencia relativamente baja, y por
tanto, ruido relativamente bajo, en cada uno de los orificios
1A-L y 2A-L.
Además, la contrapresión incrementada prevista
por los orificios 2-L y 2A-L reduce
el nivel de ruido en los orificios 1-L y
1A-L. Por ejemplo, el orificio 2A-L
añade contrapresión al orificio 1A-L. Esta
contrapresión suprime las burbujas en el orificio
\hbox{1A-L,} reduciendo por tanto el
ruido generado allí por las burbujas que se agolpan allí. En el
lateral de baja presión de la válvula de control 10, el orificio
2-L proporciona contrapresión en el orificio
1-L. Esta contrapresión suprime las burbujas en el
orificio 1-L, y por tanto, deja inactivo el orificio
1-L.
La válvula de control 10 mejora también la
estabilidad del mecanismo de dirección 12. El orificio
2-L, que está en serie entre el orificio del motor
(derecho) de baja presión 86 y segundo canal de retorno 104,
incrementa la contrapresión sobre el lateral de baja presión 28 del
pistón 22. Esta contrapresión resiste el flujo de fluido fuera del
lateral de bajo presión 28 del cilindro 24. Esta resistencia al
movimiento ayuda a estabilizar el pistón 22. Puesto que el pistón 22
está conectado con las ruedas dirigibles del vehículo se mejora la
estabilidad de dirección.
La figura 5 es un gráfico que representa, para la
válvula de control 10, las áreas de los orificios de cierre
1-L, 1A-L, 2-L y
2A-L contra los grados de rotación relativa entre el
núcleo de válvula 40 y el manguito de válvula 50. En la válvula de
control 10, el orificio 1-L es siempre del mismo
tamaño que el orificio 1A-L. Además, el orificio
2-L es siempre del mismo tamaño que el orificio
2A-L. Los orificios 2-L y
2A-L son siempre más grandes que los orificios
\hbox{1-L} y 1A-L.
Los orificios 1-L y
1A-L permanecen al menos parcialmente abiertos para
permitir una cantidad substancial de flujo de fluido a través de los
mismos, cuando el ángulo de la válvula de la válvula de control 10
es menor de aproximadamente 3º a aproximadamente 3,5º, lo que
representa una condición completamente girada. Los dos orificios de
alta presión
\hbox{1A-L} y
1-L, que están espaciados en los lados opuestos del
orificio de entrada 80 se cierran de forma relativamente rápida
hasta una pequeña dimensión substancial durante el primer
aproximadamente 1º de movimiento de la válvula de control 10 desde
la condición centrada. Los orificios 1-L y
1A-L se cierran de forma relativamente lenta hasta
una condición completamente cerrada esencialmente durante los
siguientes 2,5º de movimiento de la válvula de control desde la
condición centrada.
El orificio 2-L cierra de forma
relativamente rápida hasta una dimensión sustancialmente más grande
que los orificios de cierre 1A-L y
1-L durante el primer aproximadamente 1º de
movimiento de la válvula de control 10 desde la condición centrada.
El orificio 2-L se cierra hasta gradualmente
aproximadamente 2º. El orificio 2-L permanece
entonces substancialmente a la misma dimensión durante todo el
movimiento adicional de la válvula de control en la primera
dirección desde la condición centrada.
La válvula de control 10 es idéntica en la
operación de giro a la derecha. En la operación de giro a la
derecha, los orificios de cierre son 1-R,
1A-R,
\hbox{2-R} y
2A-R. En la válvula de control 10, el orificio
\hbox{1-R} es siempre del mismo tamaño
que el orificio 1A-R. Además, el orificio
2-R es siempre del mismo tamaño que el orificio
2A-R. Los orificios 2-R y
2A-R son siempre más grandes que los orificios
1-R y 1A-R.
Debería entenderse que estos tamaños de orificios
son ilustrativos de una forma de realización preferida de la
invención y no están destinados a limitar el alcance de la
invención. Por ejemplo, las figuras 7-10 (descritas
a continuación) ilustran otras formas de realización preferidas de
la invención que tienen tamaños de orificios y/o velocidades de
cierre diferentes de las ilustradas con respecto a las figuras
1-5.
Son posibles otras configuraciones de los
orificios.
Por ejemplo, el orificio 2-L
puede ser más pequeño que (o igual a) los orificios
1-L y 1A-L en ángulos de válvula
bajos. Además, el orificio 2A-L puede ser más
pequeño o igual (o igual a o mayor que) al orificio
2-L. Los orificios 1-L y
1A-L son orificios de alta presión que, juntos
controlan substancialmente la cantidad de asistencia (la presión en
el orificio izquierdo del motor 84). A presiones muy bajas o ángulos
de válvula bajos, los orificios 2-L y
2A-L realizan también presión de asistencia. En los
demás ángulos, los orificios 2-L y
2A-L son relativamente orificios de baja presión que
proporcionan reducción de ruido como se describe anteriormente.
La figura 6 es una vista esquemática similar a la
figura 2 de una válvula de control 10a de acuerdo con una segunda
forma de realización de la presente invención. La válvula de control
10a es generalmente similar en la construcción y modo de
funcionamiento para la válvula de control 10. Las partes de la
válvula de control 10a que son similares a las partes
correspondientes de la válvula de control 10 se les da los mismos
números de referencia con el sufijo "a" añadido para mayor
claridad. La válvula de control 10a puede sustituirse, en el sistema
12, para la válvula de control 10.
En la válvula de control 10a, el núcleo de
válvula 40a y el manguito de válvula 50a cada uno tiene 12 muescas y
mesetas, en lugar de ocho. Por tanto, existen tres conjuntos, o
grupos de orificios para dirigir el flujo de fluido entre la bomba
34 y el motor 20. Cada uno de los tres grupos de orificios incluye
(a) un orificio de entrada 80a para dirigir el flujo desde la bomba
34 a la periferia interior del manguito de válvula 50a, (b) un
primer orificio del motor "L" para comunicación del fluido
entre la periferia interior del manguito de válvula y la primera
cámara del fluido 26 del motor 20, y (c) un segundo orificio del
motor "R" para comunicación del fluido entre la periferia
interior del manguito de válvula y la segunda cámara de fluido 28
del motor. Cada grupo de orificios 80a, "L" y "R", en la
válvula de control 10a, pueden ser idénticos en construcción y
funcionamiento a los otros dos grupos de orificios. El flujo de
retorno puede ser conducido, alterativamente a través de ranuras en
el manguito de la válvula 50a, indicado esquemáticamente con 100',
en lugar de a través del núcleo de válvula 40a.
Las mesetas de núcleo y las mesetas de manguito
en la válvula de control 10a definen una serie de intersticios u
orificios de control de flujo 1-L,
1A-L,
\hbox{2-L,} y
2A-L, que se cierran cuando se produce un giro a la
izquierda. Los orificios 1-R, 1A-R,
2-R, y 2A-R se cierran cuando se
produce un giro a la derecha. Los orificios en la válvula de control
10a son similares en construcción y funcionamiento a los
correspondientes orificios en la válvula de control 10.
Alternativamente, los orificios en la válvula de control 10a pueden
construirse de la manera ilustrada con respecto a la válvula de
control 10b (figuras 7 y 8) o la válvula de control 10c (figuras 9 y
10). Por tanto, la válvula de control 10a tiene la misma reducción
de ruido y ventajas de estabilidad de dirección que la válvula de
control 10. La construcción de meseta 12 puede permitir que la
válvula de control 10a funcione a presiones más grandes que la
válvula de control de meseta 8 10. La construcción de
meseta-12 puede reducir también el ruido debido a
que se utiliza un número mayor de bordes.
La figura 7 es una vista esquemática similar a la
figura 4 de una porción de una válvula de control 10b de acuerdo con
una tercera forma de realización de la presente invención. La
válvula de control 10b es generalmente similar en construcción y
modo de funcionamiento respecto a la válvula de control 10, y puede
sustituirse en el sistema de dirección 12 para la válvula de control
10. Las partes de la válvula de control 10b que son similares a las
partes correspondientes de la válvula de control 10 se dan con el
mismo número de referencia con el sufijo "b" añadido para mayor
claridad. La figura 8 es un gráfico que representa, para la válvula
de control 10b, las áreas de los orificios cerrados (para un giro a
la izquierda) contra los grados de rotación relativa entre el núcleo
de válvula y el manguito de válvula.
En la válvula de control 10b, las mesetas del
núcleo de válvula 40b son configuradas de forma que los orificios
tienen áreas que cambian de la manera indicada por los esquemas
mostrados en la figura 8. En esta configuración, todos los ángulos
por debajo del ángulo de válvula completo (aproximadamente 3,5º), el
intersticio 1-L es más grande que el intersticio
\hbox{1A-L,} mientras que el intersticio
2-K es más grande que el intersticio
2A-L. Por ejemplo, como puede verse de la figura 8,
en aproximadamente 1º del ángulo de válvula, el intersticio
1-L es aproximadamente tres veces tan grande como el
intersticio 1A-L. Por tanto, los orificios
1-L y 1A-L se cierran a diferentes
velocidades, pero están cerrados substancialmente de forma completa
a aproximadamente la misma cantidad de movimiento de la válvula de
control 10b desde la condición centrada. Como otro ejemplo en la
válvula de control 10b, el intersticio 2-L es más
grande que el intersticio 2A-L.
La figura 9 es una vista esquemática similar a la
figura 4 de una porción de una válvula de control 10c de acuerdo con
una cuarta forma de realización de la presente invención. La válvula
de control 10c es generalmente similar en construcción y modo de
funcionamiento a la válvula de control 10 y puede sustituirse en el
sistema de dirección 12 para la válvula de control. Las partes de la
válvula de control 10c que son similares a las partes
correspondientes de la válvula de control 10 se dan con los mismos
números de referencia pero con el sufijo "c" añadido para mayor
claridad. La figura 10 es un gráfico que representa para la válvula
de control 10c, las áreas de los orificios de cierre (para un giro a
la izquierda) contra los grados de rotación relativa entre el núcleo
de válvula y el manguito de válvula.
La válvula de control 10c tiene una curva de
válvula más lineal hasta presiones intermedias. En la válvula de
control 10c, las mesetas del núcleo de válvula 40c están
configuradas de forma que los orificios de cierre tienen áreas que
cambian de la forma indicada por los gráficos mostrados en la figura
10. En esta configuración, en todos los ángulos por debajo del
ángulo de válvula completo (aproximadamente 3,5º), el intersticio
1-L es más grande que el intersticio
1A-L. Adicionalmente, el intersticio
1A-L se cierra rápidamente (es decir, después de
solamente una pequeña cantidad de rotación) hasta esencialmente una
condición cerrada completamente.
Por tanto, como puede verse a partir de la figura
10, a aproximadamente 1º del ángulo de válvula, el intersticio
1A-L está esencialmente cerrado de forma completa,
mientras que el intersticio 1-L está sustancialmente
abierto en este ángulo de válvula y no se cierra completamente hasta
aproximadamente 3,5º del ángulo de válvula. Por tanto, los orificios
1-L y
\hbox{1A-L} se
cierran a diferentes velocidades, y llegan substancialmente a
cerrarse completamente en diferentes cantidades de movimiento de la
válvula de control 10c desde la condición centrada. Además, en la
válvula de control 10c, el intersticio 2A-L es más
grande que el intersticio 2-L.
Claims (12)
1. Un sistema de dirección asistida hidráulico
(12) para un vehículo que tiene ruedas dirigibles, comprendiendo
dicho sistema:
un miembro de dirección (16) que se puede mover
para efectuar el movimiento de giro de las ruedas dirigibles del
vehículo;
un motor de fluido (20) para mover dicho miembro
de dirección, teniendo dicho motor (20) primera (26) y segunda (28)
cámaras de fluido;
una bomba (34) para suministrar el fluido a dicho
motor (20);
una válvula de control (10) para controlar el
flujo de fluido entre dicha bomba (34) y dicho motor (20); y
conductos (30, 32, 38, 39) que proporcionan
comunicación de fluido entre dicho motor (20) y dicha bomba (34) y
dicha válvula de control (10);
comprendiendo dicha válvula de control (10) un
núcleo de válvula (40) y un manguito de válvula (50) soportado en
una carcasa (14) para rotación relativa alrededor de un eje (52) y
una barra de torsión (57) que interconecta dicho núcleo de válvula
(40) y dicho manguito de válvula (50) para desviar dicha válvula de
control (10) en una condición centrada;
teniendo dicho núcleo de válvula (40) una
periferia exterior generalmente cilíndrica (42) adyacente y que
puede girar dentro hasta una periferia interior generalmente
cilíndrica (44) de dicho manguito de válvula (50);
teniendo dicha válvula de control (10) al menos
un grupo de orificios que se extienden a través de dicho manguito de
válvula (50), incluyendo (a) un orificio de entrada (80) para
dirigir el fluido desde dicha bomba (34) hasta la periferia interior
de dicho manguito de válvula (50), (b) un primer orificio de motor
(84) para comunicar el fluido entre la periferia interior de dicho
manguito de válvula (50) y dicha primera cámara de fluido (26) de
dicho motor (20), y (c) un segundo orifico de motor (86) para
comunicación del fluido entre la periferia interior de dicho
manguito de válvula (50) y dicha segunda cámara de fluido (28) de
dicho motor (20);
definiendo dicha periferia interior (44) de dicho
manguito de válvula (50) y dicha periferia exterior (42) de dicho
núcleo de válvula (40) las trayectorias de flujo de fluido dentro de
dicha válvula (10) entre dicho orificio de entrada (80) y dicho
primer y segundo orificios del motor (84, 86) y primero y segundo
pasos de retorno (102, 104) de dicha válvula de control (10);
estando en movimiento dicha válvula de control
(10) en una primera dirección desde la condición centrada hasta una
condición descentrada para producir un área de fluido de alta
presión en dicho primer orificio del motor (84), dirigiendo dichos
conductos el fluido desde dicho área de fluido de alta presión hasta
dicha primera cámara de fluido (26) de dicho motor (20) para
efectuar el movimiento de dicho miembro de dirección (16);
incluyendo dicho núcleo de válvula (40) y dicho manguito de válvula
(50) una pluralidad de mesetas alternas que se extienden axialmente
(61-68; 81-88) y muescas
(71-78; 91-98) que cooperan para
definir una pluralidad de orificios de flujo variable en dichas
trayectorias de flujo de fluido en dicha válvula (10), donde dicho
núcleo de válvula comprende cuatro mesetas entre los pasos de
retorno adyacentes (102, 104) de dicha válvula de control (10);
incluyendo dicha pluralidad de orificios primero
y segundo orificios (1A-L, 2A-L) en
serie entre dicho primero orificio del motor (84) y dicho primer
paso de retorno (102), cerrándose dicho primer y segundo orificios
(1A-L, 2A-L) después del movimiento
de dicha válvula de control (10) en dicha primera dirección desde la
condición centrada;
incluyendo dicha pluralidad de orificios un
tercer orificio (2-L) entre dicho segundo orificio
del motor (86) y segundo paso de retorno (104), cerrándose dicho
tercer orificio (2-L) después del movimiento de
dicha válvula de control (10) en dicha primera dirección desde la
condición centrada;
incluyendo dicha pluralidad de orificios un
cuarto orificio (1-L) entre dicho segundo orificio
del motor (86) y dicho orifico de entrada (80), cerrándose dicho
cuarto orificio (1-L) después del movimiento de
dicha válvula de control (10) en dicha primera dirección desde la
condición centrada;
siendo uno de dichos primero y segundo orificios
(1A-L, 2A-L) un orificio
(1A-L) de presión relativamente alta y siendo el
otro de dichos primero y segundo orificios un orificio
(2A-L) de presión relativamente baja;
incluyendo dicha pluralidad de mesetas que se
extienden axialmente de forma alternativa (61-68;
81-88) y muescas (71-78;
91-98) un grupo de esquinas (110, 122) sobre dichas
mesetas y muescas que definen dos orificios de alta presión
(1A-L, 1-L) situados en los lados
opuestos de dicho orificio de entrada (80) cuyos dos orificios de
alta presión (1A-L, 1-L) definen
entre ellos dicha área de fluido de alta presión, incluyendo dicha
pluralidad de orificios dichos dos orificios de alta presión
(1A-L, 1-L);
teniendo dicho grupo de esquinas sobre dichas
mesetas y muescas configuraciones tales que ambos de dichos dos
orificios de alta presión (1A-L,
1-L) permanecen al menos parcialmente abiertos para
permitir que una cantidad substancial de fluido fluya a través de
ellos cuando dicha válvula de control está en la condición
descentrada, produciendo un área de fluido de alta presión en dicho
primer orificio del motor.
2. Un sistema de dirección (12) como se indica en
la reivindicación 1, donde dichos dos orificios de alta presión
(1-L, 1A-L) espaciados sobre los
lados opuestos de dicho orificio de entrada incluyen uno
(1A-L) de dichos primero y segundo orificios que es
un orificio de presión relativamente alta.
3. Un sistema de dirección (12) como se indica en
la reivindicación 1, donde dicho orificio de presión relativamente
alta (1A-L) está expuesto en un lado, respecto a
dicha área de fluido de alta presión en dicho primer orificio del
motor (84), y dicho orificio de presión relativamente baja
(2A-L) está expuesto por un lado al fluido de
retorno desde el lado de baja presión de dicho motor de fluido y,
por otro lado, a la presión de retorno.
4. Un sistema de dirección (12) como se indica en
la reivindicación 1, donde dicho uno (1A-L) de
dichos primero y segundo orificios, que es un orificio de presión
relativamente alta, está localizado entre dicho primer orificio del
motor (84) y dicho orificio de presión relativamente baja
(2A-L).
5. Un sistema de dirección (12) como se indica en
la reivindicación 1, donde dicha pluralidad de orificios incluye un
orificio (2-R), situado entre dicho primero
(1A-L) y segundo (2A-L) orificios de
cierre en serie entre dicho primer orificio del motor (84) y dicho
paso de retorno (100), que se abre después del movimiento de dicha
válvula de control (10) en dicha primera dirección desde la
condición centrada.
6. Un sistema de dirección (12) como se indica en
la reivindicación 1, donde dichos dos orificios de presión
(1-L, 1A-L), espaciados sobre los
lados opuestos de dicho orificio de entrada (80) que define entre
ellos dicha área de fluido de alta presión, permanecen al menos
parcialmente abiertos para permitir que una cantidad substancial de
fluido fluya a través de ella durante los primeros aproximadamente
3º de movimiento de dicha válvula de control desde la condición
centrada.
7. Un sistema de dirección (12) como se indica en
la reivindicación 6, donde dichos dos orificios de alta presión
(1-L, 1A-L) espaciados sobre los
lados opuestos de dicho orificio de entrada se cierran de forma
relativamente rápida hasta una dimensión pequeña pero substancial
durante el primer aproximadamente 1º de movimiento de dicha válvula
de control desde la condición centrada y después, se cierran de
forma relativamente lenta hasta una condición esencialmente cerrada
de forma completa durante los siguientes aproximadamente 2,5º de
movimiento de dicha válvula de control desde la condición
centrada.
8. Un sistema de dirección (12) como se indica en
la reivindicación 7, donde dicho tercer orificio
(2-L) entre dicho segundo orificio del motor (86) y
dicho paso de retorno (100) que se cierra después del movimiento de
dicha válvula de control en dicha primera dirección desde la
condición centrada se cierra de forma relativamente rápida hasta una
dimensión substancialmente más grande que dicho primero y segundo
orificios de cierre (1-L, 1A-L)
durante una primera parte del movimiento de dicha válvula de control
desde la condición centrada, y después permanece substancialmente a
la misma dimensión durante el movimiento adicional de dicha válvula
de control en la primera dirección desde la condición centrada.
9. Un sistema de dirección (12) como se indica en
la reivindicación 1, donde dicho núcleo de válvula (40) y dicho
manguito de válvula (50) incluye cada uno ocho mesetas y muescas
alternas que se extienden axialmente cooperando para definir una
pluralidad de orificios de flujo variable en dichas trayectorias de
flujo de fluido en dicha válvula de control (10).
10. Un sistema de dirección (12) como se indica
en la reivindicación 1, donde dicho núcleo de válvula (40) y dicho
manguito de válvula (50) incluye cada uno doce mesetas y muescas
alternas que se extienden axialmente cooperando para definir una
pluralidad de orificios de flujo variable en dichas trayectorias de
flujo de fluido en dicha válvula de control.
11. Un sistema de dirección (12) como se indica
en la reivindicación 1, donde dichos dos orificios de alta presión
(1-L, 1A-L) espaciados sobre los
lados opuestos de dicho orificio de entrada que definen entre ellos
dicha área de fluido de alta presión se cierran a diferencias
velocidades y llegan a cerrarse substancialmente de forma completa
aproximadamente en la misma cantidad de movimiento de dicha válvula
de control (10) desde la condición centrada.
12. Un sistema de dirección (12) como se indica
en la reivindicación 1, donde dichos dos orificios de alta presión
(1-L, 1A-L) espaciados sobre los
lados opuestos de dicho orificio de entrada que definen entre ellos
dicha área de fluido de alta presión, se cierran a diferentes
velocidades y llegan a cerrarse substancialmente de forma completa a
diferentes cantidades de movimiento de dicha válvula de control
desde la condición centrada.
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