DE102005036310A1

DE102005036310A1 - Einen Anker mit Rolllager aufweisendes Elektrohydraulikventil

Info

Publication number: DE102005036310A1
Application number: DE200510036310
Authority: DE
Inventors: Robert S. Wauwatosa Nordstrom; Curtis L van Sussex Weelden
Original assignee: Husco International Inc
Current assignee: Husco Automotive Holdings LLC
Priority date: 2004-08-05
Filing date: 2005-08-02
Publication date: 2006-03-02
Also published as: US20060027773A1; US7007925B2

Abstract

Die Erfindung offenbart ein solenoidbetätigtes Ventil, das einen Ventilkörper mit mehreren Öffnungen und eine Spule aufweist, die in dem Ventilkörper gleitbeweglich ist, um die Öffnungen in unterschiedlichen Kombinationen miteinander zu verbinden. Ein Stellorgan treibt die Spule in mehrere Betriebs- bzw. Betätigungspositionen. Das Stellorgan weist einen Solenoidaufbau mit einer Öffnung auf, innerhalb derer erste und zweite rohrförmige Polelemente (vorliegend auch als Polschuhe bezeichnet) aufgenommen sind. Ein Anker vermag innerhalb der zwei Polelemente zu gleiten und ein Schiebeelement steht von dem Anker vor, das an der Spule anliegt. Das Schiebeelement ist an einem Wälzlager festgelegt, das mehrere Wälzelemente aufweist, die an die Polelemente eine Wälzbewegung ausführen, um den Bewegungswiderstand des Ankers zu verringern.

Description

Hintergrund der Erfindung 1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft elektrisch betätigte Spulenventile zum Steuern von Fluiddurchsatz, und insbesondere betrifft sie Elektrohydraulikventile, die einen Mechanismus betätigen, der den Takt bzw. die Zeitsteuerung eines Verbrennungsmotors durch Variieren der Phasenbeziehung zwischen einer Nockenwelle und einer Kurbelwelle ändert.

Verbrennungsmotoren, die in Kraftfahrzeugen zum Einsatz kommen, weisen mehrere Zylinder auf, die Kolben enthalten, die mit einer Kurbelwelle verbunden sind. Jeder Zylinder weist zwei oder mehr Ventile auf, welche die Strömung eines Kraftstoffgemisches in den Zylinder und die Strömung von Nachverbrennungsgasen aus diesem heraus steuern. Herkömmlicherweise werden die Zylinderventile durch eine Nockenwelle gesteuert, die mit der Kurbelwelle mechanisch in Verbindung steht, um sich gemeinsam mit dieser zu drehen. Zahnräder, Ketten bzw. Riemen sind verwendet worden, um die Kurbelwelle mit der Nockenwelle zu verbinden, so dass sich beide im Einklang drehen. Wichtig ist, dass die Ventile während des Verbrennungszyklus innerhalb eines jeden Zylinders zu den korrekten Zeitpunkten öffnen und schließen. Die Taktbeziehung bzw. Zeitsteuerbeziehung wurde bislang durch die mechanische Kopplung zwischen Kurbelwelle und Nockenwelle festgelegt.

Die Einstellung des Kurbelwellentakt bzw. die Kurbelwellenzeitsteuerung stellt häufig einen Kompromiss dar, der bei sämtlichen Motorbetriebsdrehzahlen den besten Gesamtbetrieb hervorbringt. Es wurde jedoch erkannt, dass ein optimales Motorleistungsvermögen erzielbar ist, wenn der Ventiltakt als Funktion der Motordrehzahl, der Motorlast sowie als Funktion weiterer Faktoren variiert. Mit der Einführung computergesteuerter Motorsteuerung wurde es möglich, den optimalen Motorventiltakt auf Grundlage der Betriebsbedingungen zu ermitteln, die zu einem beliebigen gegebenen Zeitpunkt auftreten.

Unter Bezug auf 1 ermittelt der Motorcomputer 11 den optimalen Ventiltakt und gibt ein Signal an ein Elektrohydraulikventil 10 aus, das die Strömung bzw. den Durchsatz von unter Druck stehendem Motoröl von einer Pumpe zu einem Nockenphaseneinstellmechanismus 12 steuert. Der Nockenphaseneinstellmechanismus 12 verbindet die Nockenwelle 14 mit einer Riemenscheibe 16, einem Zahnrad oder einer anderen Einrichtung, die durch die Motorkurbelwelle angetrieben ist. Die Phasenbeziehung zwischen der sich drehenden Riemenscheibe 16 und der Nockenwelle 14 kann durch selektives Zuführen von unter Druck stehendem Motoröl zu einem vor zwei Öffnungen bzw. Anschlüssen 18 bzw. 19 des Einstellmechanismus dynamisch variiert werden. Beispielsweise führt das Zuführen von Motoröl von der Pumpe zu der ersten Öffnung 18 und das Ableiten von Motoröl aus der zweiten Öffnung 19 zu dem Tank zu einem Vorrücken des Ventiltakts bzw. Ventileinstellungs. Während der Verbindung der zweiten Öffnung 19 des Einstellmechanismus 12 mit der Pumpe und der Verbindung der ersten Öffnung 18 mit dem Tank wird der Ventiltakt bzw. die Ventileinstellung verzögert. Das Hydraulikventil 10 ist ein Ventil vom Proportionaltyp, das es erlaubt, dass das Ausmaß, mit dem die Zylin derventile vorgerückt oder verzögert werden, proportional zum Dosieren der Motorölströmung zu und von dem Einstellmechanismus 12 variiert wird. Ein Sensor 15 stellt ein elektrisches Signal bereit, das die Winkelphase der Nockenwelle anzeigt.

Ein Schlüssel für den Betriebsablauf des variablen Zylinderventiltakts ist die korrekte Steuerung der Motorölströmung zu den beiden Öffnungen 18 und 19 und die genaue Dosierung dieser Strömung bzw. dieses Durchsatzes. Dadurch wird das Steuerventil 10 zu einem kritischen Element für den korrekten Betrieb des Motors.

Zusammenfassung der Erfindung

Ein erfindungsgemäßes Elektrohydraulikventil umfasst einen Körper mit einer Längsbohrung, in die eine Einlassöffnung, eine Auslassöffnung, eine erste Arbeitsöffnung und eine zweite Arbeitsöffnung kommunizieren. Eine Spule ist innerhalb der Bohrung gleitend aufgenommen und weist Durchlässe auf, die selektiv die Einlassöffnung und die Auslassöffnung mit der ersten Arbeitsöffnung und der zweiten Arbeitsöffnung in unterschiedlichen Positionen der Spule in der Bohrung verbinden.

Die Spule wird in die Bohrung durch ein elektrisch betätigtes Stellorgan hinein bewegt, das einen Solenoidspulenaufbau mit einem Spulendurchbruch im Innern enthält. Ein Anker ist gleitend in dem Spulendurchbruch angeordnet. Ein Schiebeelement ist an dem Anker angebracht und liegt an der Spule an. Ein Käfig ist an zumindest entweder dem Anker oder dem Schiebeelement fest angebracht und weist eine Außenseite mit mehreren Schlitzen auf. Mehrere Elemente, wie beispielsweise Kugeln, sind in den mehreren Schlitzen rollbeweglich aufgenom men und stehen mit dem Stellorgandurchbruch in Kontakt. Der Käfig und die mehreren Elemente bilden ein Roll- bzw. Wälzlager, das den Bewegungswiderstand des Ankers verringert.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Elektrohydraulikventils weist das Stellorgan ein erstes Polelement bzw. einen ersten Polschuh mit einem rohrförmigen inneren Abschnitt auf, der sich in einem Ende des Spulendurchbruchs erstreckt. Ein zweites Polelement bzw. ein zweiter Polschuh weist einen rohrförmigen Abschnitt auf, der sich in das andere Ende des Spulendurchbruchs erstreckt. Der Anker gleitet in dem rohrförmigen inneren Abschnitt des ersten Polelements und in dem rohrförmigen Abschnitt des zweiten Polelements in Reaktion auf ein Magnetfeld, das durch die Solenoidwicklung erzeugt wird. Ein Gehäuse, das die ersten und zweiten Polelemente und die Wicklung einschließt, ist an dem Ventilkörper durch eine Krimpverbindung fest angebracht.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt schematisch ein variables Nockenwelleneinstellsystem für einen Verbrennungsmotor, wobei das Einstellsystem durch ein Elektrohydraulikventil betätigt ist;
2 zeigt einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Elektrohydraulikventil;
3 zeigt eine isometrische Ansicht eines Stellorgantauchkolbens in dem Elektrohydraulikventil;
4 zeigt eine isometrische Ansicht eines Ankers des Stellorgantauchkolbenrings, der mit einem Schiebeelement durch Lappen verbunden ist; und
5 zeigt eine alternative Ausführungsform eines Lagerkäfigs und eines Schiebeelements des Stellorgantauchkolbens.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
In 2 ist ein Elektrohydrauliksteuerventil 30 gezeigt, das in einem Durchbruch 32 in einem Verteiler 34 eines herkömmlichen variablen Nockenphaseneinstellmechanismus eingesetzt ist. Die Öffnungen bzw. Anschlüsse 18 und 19 des Nockenphasenmechanismus 12, der in 1 gezeigt ist, sind jeweils mit zwei Durchlässen 20 und 21 verbunden, die sich durch den Verteiler 34 erstrecken, und diese Durchlässe münden in den Durchbruch 32. Ein Zufuhrdurchlass 22 erstreckt sich zwischen der Motorölpumpe und dem Verteilerdurchbruch 32, während ein Rückführdurchlass 23 im Innenende des Durchbruchs zu der Ölwanne (oder einem -tank) im Motor führt.
Das Elektrohydraulikventil 30 weist einen rohrförmigen Ventilkörper 40 mit einer Längsbohrung 42 und Queröffnungen auf, die Öffnungen bzw. Anschlüsse zwischen den Verteilerdurchlässen und der Längsbohrung bereitstellen. Insbesondere steht eine erste Arbeitsöffnung bzw. ein erster Arbeitsanschluss 24 mit dem ersten Durchlass 20 in Verbindung und eine zweite Arbeitsöffnung bzw. ein zweiter Arbeitsanschluss 25 steht mit dem zweiten Durchlass 21 in Verbindung. Eine Einlassöffnung 26 in dem Ventilkörper ist einem Zufuhrdurchlass 22 zugeordnet und eine Auslassöffnung 27 mündet in den Rückführdurchlass 23.
Eine Spule 44 ist in der Bohrung 42 des Ventilkörpers 40 gleitend aufgenommen und weist eine äußere Ringkerbe 46 auf, die in selektiven Positionen der Spule einen Fluidpfad zwi schen der ersten Öffnung 26 und einer der beiden Arbeitsöffnungen 24 und 25 und damit zwischen den zugeordneten Verteilerdurchlässen bereitstellt. In einer mittleren oder einer Zwischenposition der Spulenbewegungsbahn ist die Einlassöffnung 26 von beiden Arbeitsöffnungen 24 und 25 getrennt bzw. abgeschlossen. Ein zentraler Durchbruch 48 erstreckt sich zwischen den gegenüberliegenden Enden 47 und 49 der Spule 44. Ein Kopf 54 steht vom Außenende 49 der Ventilspule 44 vor und weist einen Durchbruch 55 auf. Eine Feder 50 spannt die Spule 44 weg von einem Nasenelement 52 des Ventilkörpers 40 vor.
Das Ventil 30 umfasst ferner ein elektromagnetisches Stellorgan 56, das eine Solenoidspule bzw. -wicklung 58 in einem nicht magnetischen Spulenkörper 60 umfasst, der bevorzugt aus einem Kunststoff hergestellt ist, der um die Wicklung bzw. Spule geformt ist, um einen Solenoidaufbau zu bilden. Die Solenoidspule 58 wird durch ein Impulsbreiten moduliertes (PWM-) Signalgetrieben, das einen Einschaltdauerzyklus aufweist, der in herkömmlicher Weise zur Positionierung der Spule 44 in dem Ventilkörper 40 variiert wird. Das PWM-Signal ist an das elektromagnetische Stellorgan 56 über einen Verbinder 57 angelegt, der in einen seitlichen Vorsprung des Spulenkörpers 60 gebildet und mittels Drähten mit der Solenoidspule 58 verbunden ist.
Das elektromagnetische Stellorgan 56 enthält außerdem zwei magnetisch leitende Polelemente 64 und 66. Das erste Polelement 64 weist einen zylindrischen rohrförmigen inneren Abschnitt 65 auf, der sich in ein Ende des Spulenkörpers 60 erstreckt. Ein O-Ring 67 stellt eine hermetische Dichtung zwischen dem ersten Polelement 64 und dem Spulenkörper 60 bereit. Das erste Polelement 64 weist einen Flansch 68 auf, der aus dem inneren Abschnitt 65 durch das Außenende des Ventil körpers 40 vorsteht. Das zweite Polelement 66 weist einen zweiten rohrförmigen Abschnitt auf, der sich in das gegenüberliegende Ende des Spulenkörpers 60 erstreckt und ein Innenende aufweist, das von dem ersten Polelement 64 beabstandet ist. Eine ringförmige Rippe 63 des Spulenkörpers trennt magnetisch die ersten und zweiten Polelemente 64 und 66. Das Außenende des zweiten Polelements 66 weist einen auswärts vorstehenden Flansch 71 auf und ein weiterer O-Ring 75 stellt eine hermetische Dichtung zwischen diesem Flansch und dem Spulenkörper 60 bereit.
Ein Auskleidungsrohr 62, das bevorzugt aus Edelstahl besteht, erstreckt sich durch die ersten und zweiten Polelemente 64 und 66. Das Auskleidungsrohr 62 stellt eine Magnetbarriere zwischen den Polelementen bereit und wirkt als Führung für einen gleitbeweglichen Tauchkolben 73. Ein offenes Ende des Auskleidungsrohrs 62 weist zum Ventilkörper 40, und ein geschlossenes Ende liegt benachbart zu dem auswärts vorspringenden Flansch 71 des zweiten Polelements 66.
Das elektromagnetische Stellorgan 56 ist durch ein Metallaußengehäuse 69 eingeschlossen, das sich um die ersten und zweiten Polelemente 64 und 66 und den Spulenkörper 60 erstreckt. Das offene Ende des Außengehäuses 69 ist benachbart zu dem zweiten Polelement 66 an eine Platte bzw. Scheibe 72 zum Verschließen dieser Öffnung gecrimpt. Am gegenüberliegenden Ende weist das Außengehäuse 69 einen einwärts vorspringenden Flansch 70 auf, der in eine Eindrückung gecrimpt ist, wie etwa in eine ringförmige Nut 61 in der Außenseite des Ventilkörpers 40, um dadurch diese Bestandteile fest miteinander zu verbinden. Ein O-Ring 59 stellt eine fluiddichte Dichtung zwischen einem Flansch auf dem Auskleidungsrohr 62 und dem Ventilkörper 40 bereit. Dadurch stellt das verschlos sene Auskleidungsrohr 62 einen abgedichteten inneren Hohlraum innerhalb des elektromagnetischen Stellorgans 56 bereit, der den Fluiddurchlass durch den Ventilkörper 40 durchsetzt.
Wie in 2 und 3 gezeigt, ist der Tauchkolben 73 des elektromagnetischen Stellorgans 56 gleitbeweglich innerhalb des Auskleidungsrohrs 62 angeordnet und enthält einen Anker 74 aus ferromagnetischem Material. Ein Bereich 77 am Außenende des Ankers 74 weist einen größeren Durchmesser als der Rest des Ankers auf, so dass lediglich eine relativ kleine Oberfläche im Eingriff mit dem Innendurchmesser des Auskleidungsrohrs 62 steht und ein Spalt 79 zwischen dem größten Teil des Ankers und dem Auskleidungsrohr vorliegt. Durch Minimieren dieses Oberflächeneingriffs wird der Widerstand des Ankers 74, der in dem Auskleidungsrohr 62 gleitet, minimiert. Durch Vergrößern dieses Spalts 79 wird jedoch die Magnetimpedanz vergrößert, die dazu neigt, die Magnetkraft zu verringern, die auf den Anker einwirkt. Das Innenende des Ankers 74 weist deshalb eine verjüngte Eintiefung 81 auf, die einen Messerrand bzw. eine Messerkante 82 um den Perimeter dieses Endes bildet. Der Magnetfluss, der zwischen dem Anker und dem ersten Polelement 64 fließt, wird durch den Bereich der Messerkante 82 konzentriert. Ein Konzentrieren des Magnetflusses auf diese Weise wirkt der ungünstigen Auswirkung des Spalts 79 auf das elektromagnetische Leistungsvermögen des Stellorgans 56 entgegen.
Der Anker 74 weist einen länglichen Durchbruch auf, in dem ein rohrförmiges Schiebeelement 76 aufgenommen ist. Beide Enden des Ankers stehen mit dem Schiebeelement 76 in "Ringlappenverbindung". Wie in 4 gezeigt, bringt die Ringlappenverbindung die Ausbildung von Eindrückungen der Ankerendflächen in Positionen 85 mit sich, wodurch das Ankermaterial um den Durchbruch geringfügig gegen das Schiebeelement 76 geschoben wird. Wie weiterhin in 2 und 3 gezeigt, steht das Schiebeelement 76 vom offenen Ende des Auskleidungsrohrs 62 vor und liegt am Kopf 54 der Ventilspule 44 an.
Der Tauchkolben 73 enthält außerdem ein Wälz- bzw. Rolllager 80, das auf dem Schiebeelement 76 zwischen dem Anker 74 und dem Ventilspulenkopf 54 angebracht ist. An den Tauchkolben 73 ist durch den Magnetfluss am Ende des ersten Polelements 64 eine axiale Kraft angelegt und das Wälzlager 80 in dieser Position verhindert ein Klemmen bzw. Blockieren des Ankers auf Grund dieser axialen Kraft. Das Wälzlager 80 umfasst einen Kunststoffkäfig 83 mit fünf Längsschlitzen 84, die um seine Außenseite gleichmäßig beabstandet sind. Eine getrennte chromplattierte Kugel 86 ist in jedem Schlitz 84 angeordnet. Jede Kugel 86 steht aus dem jeweiligen Schlitz in Kontakt mit dem Auskleidungsrohr 62 und dem Schiebeelement 76 vor und vermag innerhalb des jeweiligen Schlitzes 84 zu rollen. Andere Formen rollfähiger Elemente, wie etwa Zylinder, können anstelle der Kugeln 86 verwendet werden. Der Käfig 83 ist auf dem Schiebeelement 76 durch einen Haltering 88 in Position gehalten. Alternativ können der Käfig 83 und das Schiebeelement 76 aus einem einzigen Kunststoffteil 90 hergestellt sein, wie in 5 gezeigt.
Unter speziellen Bezug auf 2 wird das Ventil 30 hergestellt durch Anordnen der Solenoidspule 58 in einer Form, in die geschmolzener Kunststoff für den Spulenkörper 60 eingespritzt wird, um die Solenoidspule zu verkapseln. Nachdem der Formaufbau ausgehärtet ist, werden das erste Polelement 64 zusammen mit dem inneren O-Ring 67 und das zweite Polelement 66 mit dem Außenring 75 in die Spule positioniert. Der Aufbau wird daraufhin in das Außengehäuse 69 eingeführt. Als nächs tes wird die Platte bzw. Scheibe 72 im offenen Ende des Außengehäuses 69 positioniert und in Position vercrimpt. Das Auskleidungsrohr 62 wird in das andere Ende des ersten Polelements 64 eingeführt und der Tauchkolben 73 wird in das Auskleidungsrohr 62 durch Gleiten bewegt, wodurch der Aufbau des elektromagnetischen Stellorgans 56 vervollständigt ist.
Die Ventilbestandteile werden daraufhin in den Ventilkörper 40 montiert und das Nasenelement 52 wird in den Ventilkörper gepresst, um eine Federvorbelastung darzustellen. Das elektromagnetische Stellorgan 56 wird auf dem Ende des Ventilkörpers 40 angeordnet, wobei der O-Ring 59 zwischen dem Ventilkörper und dem Flansch des Auskleidungsrohrs 62 zu liegen kommt, um eine Hydraulikdichtung bereitzustellen. Daraufhin wird der Flansch 70 in die ringförmige Nut 61 des Ventilkörpers 40 gekrimpt unter Festlegung der Bestandteile in Bezug aufeinander.
Vorliegende Bezugnahmen auf Richtungsbeziehungen und Bewegungen, wie etwa obere und untere und auf und ab, beziehen sich auf die Beziehung und Bewegung der Bestandteile in den in den Zeichnungen dargestellten Ausrichtungen, bei denen es sich nicht um die Ausrichtung der Bestandteile handeln kann bei einer Montage an einer Maschine.
Wenn das Elektrohydraulikventil 30 durch den elektrischen Strom nicht aktiviert wird, der der Solenoidspule 58 zugeführt wird, drängt die Feder 50 die Spule 44 in eine Position, in der die ringförmige Kerbe 46 einen Fluidpfad zwischen der Einlassöffnung 26 und der ersten Arbeitsöffnung 24 bereitstellt, die zu dem ersten Verteilerdurchlass 20 führt. In diesem entregten Zustand kommt das Innenende der Spule 44 auf der rechten Seite zu liegen, wodurch ein Pfad zwischen der Auslassöffnung 27 und der zweiten Arbeitsöffnung 25 geöffnet wird, die mit dem zweiten Verteilerdurchlass 21 kommuniziert. Unter Druck stehendes Motoröl wird nunmehr durch den ersten Verteilerdurchlass 20 zu der Öffnung 18 des Nockenphaseneinstellmechanismus 12 geführt und Öl wird aus der zweiten Mechanismusöffnung 19 durch den zweiten Verteilerdurchlass 21 in die Ölwanne abgeführt, wodurch der Ventiltakt bzw. der Ventileinstellung vorgerückt wird.
Ausgehend vom entregten Zustand erzeugt die Zuführung eines relativ niedrigen elektrischen Stroms zu der Solenoidspule 58 eine Bewegung des Ankers 74 und des Schiebeelements 76 in Richtung auf den Ventilkörper 40 und diese Bewegung führt auch zur Bewegung der Spule 44, wodurch die Größe der Fluidpfade, die vorstehend erläutert sind, verringert wird. Dies verringert den Durchsatz bzw. die Strömung von Motoröl zu dem Nockenphaseneinstellmechanismus 12, wodurch die Rate verringert wird, mit der der Ventiltakt geändert wird.
Die Zuführung eines höheren elektrischen Stroms zu der Solenoidspule 58 bewegt gegebenenfalls die Spule 44 in 2 nach links in eine Zwischenposition zum Verschließen des vorausgehenden Pfads zwischen der zweiten Arbeitsöffnung 25 und der Auslassöffnung 27 über den zentralen Durchbruch 48 der Spule. Die ringförmige Spulenkerbe 46 mündet nunmehr in die Einlassöffnung 26 aus und beide, die ersten und zweiten Arbeitsöffnungen 24 und 25 werden verschlossen. Hierdurch wird die Bewegung des Nockenphaseneinstellmechanismus 12 gestoppt unter Fixierung der Beziehung zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle des Motors. Alternativ kann die ringförmige Spulenkerbe 46 in dem Ventilkörper 40 so konfiguriert sein, dass in dieser Zwischenposition die ersten und zweiten Arbeitsöffnungen 24 und 25 mit der Einlassöffnung 26 kommuni zieren. Dadurch wird sowohl an die erste Arbeitsöffnung 24 wie an die zweite Arbeitsöffnung 25 der gleiche Druck angelegt.
Wenn weiterhin unter Bezug auf 2 ein noch höherer elektrischer Strom der Solenoidspule 58 angelegt wird, wird die Spule 44 noch weiter nach links in eine Position bewegt, in der die erste Arbeitsöffnung 24 mit der zentralen Öffnung 48 über die Spule 44 kommuniziert. Hierdurch wird ein Fluidpfad zwischen der ersten Arbeitsöffnung 24 und der Auslassöffnung 27 geöffnet. In dieser Position stellt die ringförmige Kerbe 46 der Spule einen Pfad zwischen der Einlassöffnung 26 und ausschließlich der zweiten Arbeitsöffnung 25 bereit, die zu der zweiten Öffnung 19 des Nockenphaseneinstellmechanismus 12 führt. Hierdurch wird unter Druck stehendes Motoröl der zweiten Mechanismusöffnung 19 zugeführt und das Öl wird aus der ersten Mechanismusöffnung 18 zur Ölwanne abgeleitet, wodurch die Phasenbeziehung zwischen den Nocken- und Kurbelwellen retardiert wird. Die Größe der Öffnungen zwischen diesen Durchlässen wird variiert durch Steuern der Höhe des elektrischen Stroms, der der Solenoidspule 58 zugeführt wird, um den Motoröldurchsatz bzw. die Motorölströmung zu dosieren und dadurch die Rate zu steuern, mit der sich der Ventiltakt bzw. die Ventileinstellung ändert.
Zusammenfassend offenbart die Erfindung ein solenoidbetätigtes Ventil, das einen Ventilkörper mit mehreren Öffnungen und eine Spule aufweist, die in dem Ventilkörper gleitbeweglich ist, um die Öffnungen in unterschiedlichen Kombinationen miteinander zu verbinden. Ein Stellorgan treibt die Spule in mehrere Betriebs- bzw. Betätigungspositionen. Das Stellorgan weist einen Solenoidaufbau mit einer Öffnung auf, innerhalb derer erste und zweite rohrförmige Polelemente (vorliegend auch als Polschuhe bezeichnet) aufgenommen sind. Ein Anker vermag innerhalb der zwei Polelemente zu gleiten und ein Schiebeelement steht von dem Anker vor, das an der Spule anliegt. Das Schiebeelement ist an einem Wälzlager festgelegt, das mehrere Wälzelemente aufweist, die an die Polelemente eine Wälzbewegung ausführen, um den Bewegungswiderstand des Ankers zu verringern.
Die vorstehend angeführte Erläuterung ist primär auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung gerichtet. Obwohl verschiedene Alternativen im Umfang der Erfindung angesprochen wurden, wird bemerkt, dass ein Fachmann auf diesem Gebiet der Technik zusätzliche Alternativen realisieren kann, wie es sich aus der Offenbarung der Ausführungsformen der Erfindung ergibt. Der Umfang der Erfindung ist deshalb durch die nachfolgenden Ansprüche festgelegt und durch die vorstehend angeführte Offenbarung nicht beschränkt.

Claims

Elektrohydraulikventil, aufweisend: Einen Ventilkörper mit einer Bohrung und eine Einlassöffnung, eine Auslassöffnung, eine erste Arbeitsöffnung und eine zweite Arbeitsöffnung in Kommunikation mit der Bohrung aufweisend; eine Spule, die gleitbeweglich in der Bohrung des Ventilkörpers aufgenommen ist und Durchlässe aufweist, um die Einlassöffnung und die Auslassöffnung selektiv mit der ersten Arbeitsöffnung und der zweiten Arbeitsöffnung in unterschiedlichen Positionen der Spule in der Bohrung zu verbinden; und ein Stellorgan, das einen Solenoidspulenaufbau mit einem darin gebildeten Spulendurchbruch aufweist, ein Anker, der in dem Spulendurchbruch gleitbeweglich aufgenommen ist, und ein Schiebeelement, das von dem Anker in Eingriff mit der Spule vorsteht, wobei das Stellorgan außerdem einen Käfig umfasst, der an zumindest entweder dem Anker oder dem Schiebeelement festgelegt ist und eine Außenseite aufweist, in der sich mehrere Schlitze erstrecken, und mehrere rollfähige Elemente bzw. Wälzelemente, die in den mehreren Schlitzen aufgenommen sind und mit dem Stellorgandurchbruch in Kontakt stehen.
Elektrohydraulikventil nach Anspruch 1, wobei der Käfig einen Durchbruch aufweist, durch den sich das Schiebeelement erstreckt.
Elektrohydraulikventil nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Käfig an dem Schiebeelement über einen Haltering festgelegt ist.
Elektrohydraulikventil nach Anspruch 1, wobei der Käfig und das Schiebeelement einstückig gebildet sind.
Elektrohydraulikventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Käfig als nicht magnetischem Material gebildet ist.
Elektrohydraulikventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Anker einen Durchbruch aufweist, in dem das Schiebeelement aufgenommen ist, wobei der Anker mit dem Schiebeelement in Lappenverbindung steht (is stacked to).
Elektrohydraulikventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die mehreren rollfähigen Elemente bzw. Wälzelemente Kugeln sind.
Elektrohydraulikventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Anker an einem Ende einen Bereich verringerter Dicke aufweist, um in diesem Bereich einen Magnetfluss zu konzentrieren, der durch die Spule erzeugt wird.
Elektrohydraulikventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Stellorgan außerdem aufweist: Ein erstes Polelement (einen Polschuh), das sich in ein Ende des Spulendurchbruchs erstreckt und einen sich auswärts erstreckenden Flansch aufweist, der außerhalb des Spulendurchbruchs zu liegen kommt; und ein zweites Polelement (einen Polschuh), das sich in das andere Ende des Spulendurchbruchs erstreckt und von dem ersten Polelement beabstandet ist, wobei das Polelement einen sich auswärts erstreckenden zweiten Flansch außerhalb des Spulendurchbruchs aufweist; wobei sich der Anker in das erste Polelement und das zweite Polelement in Reaktion auf ein Magnetfeld bewegt, das durch die Solenoidspule erzeugt wird.
Elektrohydraulikventil nach Anspruch 9, wobei der Anker einen Raum zwischen dem ersten Polelement und dem zweiten Polelement überbrückt und ein Ende benachbart zu dem ersten Polelement aufweist, dessen eines Ende einen Bereich verringerter Dicke aufweist, um in diesem Bereich einen Magnetfluss zu konzentrieren, der durch die Spule erzeugt ist.
Elektrohydraulikventil nach Anspruch 9 oder 10, wobei das Stellorgan außerdem ein Rohr aus nicht magnetischem Material umfasst, das in dem ersten Polelement und dem zweiten Polelement angeordnet ist, wobei der Anker und ein Käfig in dem Rohr beweglich aufgenommen sind, wobei die mehreren Rollelemente bzw. Wälzelemente mit dem Rohr im Eingriff stehen.
Elektrohydraulikventil nach Anspruch 9 oder 101, wobei das Stellorgan außerdem ein Außengehäuse aufweist, das aus einem magnetisch leitenden Material hergestellt ist und sich um den Solenoidspulenaufbau erstreckt und mit dem Ventilkörper in Krimpverbindung steht, wobei das Außengehäuse mit dem ersten Flansch des ersten Polelements und dem zweiten Flansch des zweiten Polelements im Eingriff steht.
Elektrohydraulikventil nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Stellorgan außerdem ein Außengehäuse umfasst, das sich um den Solenoidspulenaufbau erstreckt und mit dem Ventilkörper in Crimpverbindung steht.
Elektrohydraulikventil nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei sich die Auslassöffnung an einem Ende der Bohrung in dem Ventilkörper befindet, und wobei die erste Arbeitsöffnung, die zweite Arbeitsöffnung und die Einlassöffnung quer in die Bohrung münden; die Spule zwei Enden aufweist mit einem Durchbruch, der sich dazwischen erstreckt und wobei die Spule eine Kerbe in einer Außenseite aufweist; und eine Feder vorgesehen ist, die die Spule in Eingriff mit dem Schiebeelement vorspannt.
Elektrohydraulikventil nach Anspruch 14, wobei in Reaktion auf Kräfte von der Feder und dem Anker sich die Spule in eine erste Position bewegt, in der die zweite Arbeitsöffnung in Fluidkommunikation mit der Auslassöffnung steht und die erste Arbeitsöffnung in Fluidkommunikation über die Kerbe mit der Einlassöffnung steht, und in eine zweite Position, in der sich die Einlassöffnung in Fluidkommunikation über die Kerbe mit der zweiten Arbeitsöffnung steht und der Durchbruch einen Fluidpfad zwischen der ersten Arbeitsöffnung und der zweiten Arbeitsöffnung bereitstellt.
Elektrohydraulikventil nach Anspruch 15, wobei die Spule außerdem eine Zwischenposition zwischen der ersten Position und der zweiten Position aufweist, in der die Kerbe eine Zwischenverbindung der ersten Arbeitsöffnung, der zweiten Arbeitsöffnung und der Einlassöffnung bereitstellt.
Elektrohydraulikventil nach Anspruch 14, 15 oder 16, wobei die Spule eine Zwischenposition zwischen der ersten Position und der zweiten Position aufweist, in der die erste Arbeitsöffnung und die zweite Arbeitsöffnung von der Einlassöffnung und der Auslassöffnung getrennt sind.
Elektrohydraulikventil, aufweisend: Einen Ventilkörper, der von einer Bohrung durchsetzt ist, die eine Auslassöffnung an einem Ende des Ventilkörpers bildet und eine erste Öffnung, eine zweite Öffnung und eine Einlassöffnung in Verbindung mit der Bohrung aufweisend; eine Spule, die in der Bohrung des Ventilkörpers gleitbeweglich aufgenommen ist und einen Durchbruch aufweist, der sich ausgehend von einem Ende der Spule zu einem Punkt benachbart einem gegenüberliegenden Ende der Spule erstreckt, wobei die Spule eine Kerbe in einer Außenseite umfasst; eine Feder, die die Spule von dem einen Ende des Ventilkörpers weg vorspannt; und ein Stellorgan, das einen Solenoidspulenaufbau mit einem Spulendurchbruch im Innern aufweist, ein Polelement mit einem rohrförmigen Abschnitt, der sich in ein Ende des Spulendurchbruchs erstreckt, und ein zweites Polelement mit einem rohrförmigen Abschnitt, der sich in das andere Ende des Spulendurchbruchs erstreckt und von dem ersten Polelement beabstandet ist, wobei das Stellorgan außerdem einen Tauchkolben umfasst, der einen Anker umfasst, der in dem rohrförmigen inneren Abschnitt des ersten Polelements und dem rohrförmigen Abschnitt des zweiten Polelements gleitbeweglich ist, ein Schiebeelement, das von dem Anker in Eingriff mit der Spule vorsteht, und ein Lager, das mehrere rollfähige Elemente bzw. Wälzelemente umfasst, die die Bewegung des Ankers in zumindest entweder dem ersten oder dem zweiten Polelement führen.
Elektrohydraulikventil nach Anspruch 18 wobei das Lager einen Käfig umfasst, der zumindest entweder an dem Körper oder dem Schiebeelement festgelegt ist, wobei der Käfig eine Außenseite mit mehreren Schlitzen aufweist, und wobei die mehreren rollfähigen Elemente bzw. Wälzelemente Kugeln umfassen, die in den mehreren Schlitzen aufgenommen sind.
Elektrohydraulikventil nach Anspruch 19, wobei der Käfig einen Durchbruch aufweist, durch den sich das Schiebeelement erstreckt, und wobei der Käfig an dem Schiebeelement durch einen Haltering festgelegt ist.
Elektrohydraulikventil nach Anspruch 18, 19 oder 20, wobei der Anker einen Durchbruch aufweist, in dem das Schiebeelement aufgenommen ist, und wobei sich der Anker mit dem Schiebeelement in Lappenverbindung befindet.
Elektrohydraulikventil nach einem der Ansprüche 18 bis 21, wobei in Reaktion auf Kräfte von der Feder und dem Anker sich die Spule in eine erste Position bewegt, in der die zweite Öffnung in Fluidkommunikation mit der Auslassöffnung steht und die erste Öffnung in Fluidkommunikation über die Kerbe mit der Einlassöffnung steht, und in eine zweite Position, in der sich die Einlassöffnung in Fluidkommunikation über die Kerbe mit der zweiten Öffnung steht und der Durchbruch einen Fluidpfad zwischen der ersten Öffnung und der Auslassöffnung bereitstellt.
Elektrohydraulikventil nach Anspruch 22, wobei die Spule eine Zwischenposition zwischen der ersten Position und der zweiten Position aufweist, in der die Kerbe eine Zwi schenverbindung der ersten Öffnung, der zweiten Öffnung und der Einlassöffnung bereitstellt.
Elektrohydraulikventil nach Anspruch 22, wobei die Spule eine Zwischenposition zwischen der ersten Position und der zweiten Position aufweist, in der die erste Öffnung und die zweite Öffnung von der Einlassöffnung und der Auslassöffnung getrennt sind.
Elektrohydraulikventil nach einem der Ansprüche 18 bis 24, wobei das Stellorgan außerdem ein nicht magnetisches Rohr in den ersten und zweiten Polelementen umfasst und einen Abschnitt, der sich zwischen dem ersten Polelement und dem Ventilkörper erstreckt, und wobei der Anker und das Roll- bzw. Wälzlager innerhalb des Rohrs zu liegen kommen.
Elektrohydraulikventil nach einem der Ansprüche 18 bis 25, wobei das Stellorgan außerdem ein Außengehäuse umfasst, das sich um den Solenoidspulenaufbau erstreckt und mit dem Ventilkörper in Krimpverbindung steht.
Elektrohydraulikventil nach einem der Ansprüche 18 bis 25, wobei das Stellorgan außerdem ein Außengehäuse umfasst, das aus einem magnetischen leitenden Material hergestellt ist, und das sich um den Solenoidspulenaufbau erstreckt und sich mit dem Ventilkörper in Krimpverbindung befindet, wobei das Außengehäuse mit dem ersten Flansch des ersten Polelements und dem zweiten Flansch des zweiten Polelements im Eingriff steht.
Elektrohydraulikventil nach einem der Ansprüche 18 bis 27, wobei der Anker ein gegebenes Ende aufweist, das den Ventilkörper aufweist, wobei das gegebene Ende eine verringerte Dicke aufweist, um durch die Spule erzeugten Magnetfluss zu konzentrieren.
Elektrohydraulikventil, aufweisend: Einen Ventilkörper mit einer Bohrung und eine Einlassöffnung, eine Auslassöffnung, eine erste Arbeitsöffnung und eine zweite Arbeitsöffnung in Verbindung mit der Bohrung aufweisend; eine Spule, die in der Bohrung des Ventilkörpers gleitbeweglich aufgenommen ist und Durchlässe aufweist, um die Einlassöffnung und die Auslassöffnung mit der ersten Arbeitsöffnung und der zweiten Arbeitsöffnung in unterschiedlichen Positionen der Spule in der Bohrung zu verbinden; und ein Stellorgan, das einen Solenoidspulenaufbau mit einem darin gebildeten Spulendurchbruch aufweist, einen Anker, der in dem Spulendurchbruch gleitbeweglich aufgenommen ist, wobei der Anker einen Bereich an einem Ende verringerter Dicke aufweist, um in diesem Bereich ein Magnetfluss zu konzentrieren, der durch die Spule erzeugt ist, und wobei das Stellorgan außerdem ein Schiebeelement aufweist, das von dem Anker in Eingriff mit der Spule vorsteht, und ein Lager, das zumindest entweder am Anker oder dem Schiebeelement festgelegt ist.
Elektrohydraulikventil nach Anspruch 29, wobei das Lager einen Käfig mit einer Außenseite aufweist, in der sich mehrere Schlitze erstrecken; und mehrere rollfähige Elemente bzw. Wälzelemente, die in den mehreren Schlitzen aufgenommen sind und mit dem Stellorgandurchbruch in Kontakt stehen.
Elektrohydraulikventil nach Anspruch 30, wobei der Käfig an dem Schiebeelement angebracht ist.