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Die Erfindung betrifft eine Ventilvorrichtung für einen Hydraulikkreislauf mit einer Aktoreinheit mit einem elektromagnetischen Kreis bestehend aus einem translatorisch bewegbaren Anker, einem Kern, einer bestrombaren Spule, die auf einem Spulenträger angeordnet ist und Flussleiteinrichtungen, einer Ventileinheit mit einem Ventilgehäuse, in dem ein Regelschieber axial beweglich gelagert ist, und ein Auslassanschluss, ein Einlassanschluss und ein zwischen Einlassanschluss und Auslassanschluss angeordneter Steuerdruckanschluss ausgebildet sind sowie eine Ölpumpenregelanordnung mit einer derartigen Ventilvorrichtung, einer variablen Ölpumpe mit einer Steuerkammer und einer Ölwanne, wobei der Steuerdruckanschluss mit der Steuerkammer der Ölpumpe fluidisch verbunden ist, der Auslassanschluss mit der Ölwanne fluidisch verbunden ist und der Einlassanschluss mit dem Förderdruck der Ölpumpe beaufschlagt ist.
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Derartige Ventilvorrichtungen dienen zur Drucksteuerung hydraulischer Steller beispielsweise in Steuerungen für Automatikgetriebe oder zur Regelung des Druckes in einer Steuerkammer einer variablen Ölpumpe eines Ölkreislaufs zur Schmierung von Aggregaten und einem Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs. Dabei wird über den Druck in der Steuerkammer ein Ring einer Förderkammer, auf dem der Rotor einer Flügelzellen- oder Zahnradpumpe abrollt, verschoben oder verdreht, wodurch das Fördervolumen geregelt wird.
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Die zu diesen Zwecken verwendeten Druckregelventile werden beispielsweise als Mehrwege-Elektromagnetventile ausgeführt, mittels derer die Pumpenregelkammer entweder über die Ölwanne entlastet werden kann oder mit zusätzlichem Druck aus dem Förderdruck der Ölpumpe belastet werden kann. Zusätzlich werden im Regelkreis häufig Überdruckventile eingebaut, die den maximalen Förderdruck begrenzen.
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Ein solches System zum Steuern des Druckes in zwei Steuerkammern einer Ölpumpe mit einem Elektromagnetventil ist beispielsweise aus der
DE 11 2008 000 978 T5 bekannt. Dabei wird abhängig vom Förderdruck und der Stellung des Regelschiebers des Elektromagnetventils der Differenzdruck zwischen den beiden Steuerkammern verändert. Zusätzlich weist dieses System ein Überdruckventil auf, über welches bei zu hohem Förderdruck das Öl von der Druckseite der Pumpe zur Saugseite zurückgeführt werden kann. Nachteilig ist hier die Verwendung eines zusätzlichen Überdruckventils.
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Ein die Funktion des Überdruckventils integrierendes Elektromagnetventil für eine über eine Steuerkammer regelbare Ölpumpe ist aus der
DE 10 2010 025 171 A1 bekannt. Dieses Elektromagnetventil weist ein mit dem Anker verbundenes elektromagnetisch betätigbares Ventilglied auf, welches je nach Bestromung des Elektromagneten entweder einen Durchlass vom Einlassanschluss zum mit der Steuerkammer der Ölpumpe verbundenen Steuerdruckanschluss oder einen Durchlass vom Steuerdruckanschluss zum Auslassanschluss sperrt. Auf diese Weise wird der Druck am Steuerdruckanschluss und damit in der Steuerkammer der Pumpe entweder erhöht oder verringert, je nachdem, welche Fördermenge der Ölpumpe gefordert wird. Zusätzlich wirkt der Förderdruck auf das Ventilglied, so dass eine Kraft entsteht, die das Ventilglied in die die Verbindung des Steuerdruckanschlusses zum Auslassanschluss herstellende Stellung bewegt, wenn die Kraft einen maximal zulässigen Höchstwert überschreitet.
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Des Weiteren wird in der
EP 2 031 475 A2 ein Druckregelventil offenbart, bei dem im Ventilgehäuse ein Regelschieber axial verschieblich gelagert ist, der von beiden axialen Enden federbelastet ist. Die Anschlüsse werden durch Querbohrungen im Gehäuse hergestellt, wobei der Steuerdruckanschluss zwischen dem Förderdruckanschluss und dem Auslassanschluss angeordnet ist, der am zur Aktoreinheit entfernten Seite des Ventilgehäuses ausgebildet ist.
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Diese Ventile weisen entweder keine Überdruckfunktionen auf oder die Überdruckfunktion ist direkt abhängig vom Auslassdruck der Pumpe. Bei hohen Strömungswiderständen im Kreislauf kann dies zu einer schlechten Ölversorgung des Verbrennungsmotors führen. Auch findet keine Regeldruckrückführung durch den am Verbrennungsmotor anliegenden Druck statt.
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Es stellt sich daher die Aufgabe, eine Ventilvorrichtung sowie eine Ölpumpenregelanordnung mit einer derartigen Ventilvorrichtung bereit zu stellen, bei der die Funktion des Überdrucköffnens und des Druckregelns über den tatsächlich zu regelnden Druck in einer Ventilvorrichtung vereinigt werden. So soll einerseits ein ausreichender Druck zur Steigerung des Förderdrucks zur Verfügung stehen und andererseits ein Öffnen des Ventils in Abhängigkeit des zu regelnden Drucks ermöglicht sowie eine ausreichende Schmierung in jedem Zustand des Verbrennungsmotors sichergestellt werden. Die Ventilvorrichtung soll weitestgehend unabhängig vom geforderten Förderdruck mit kleinen Stellkräften und somit Elektromagneten betrieben betätigt werden können. Des Weiteren soll eine Anpassung von Stellkräften möglich sein.
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Die Ventilvorrichtung soll eine lange Lebensdauer aufweisen und einfach zu montieren sein.
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Diese Aufgaben werden durch eine Ventilvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Ölpumpenregelanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 16 gelöst.
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Dadurch, dass das Ventilgehäuse eine zusätzliche Querbohrung aufweist, welche als Regeldruckanschluss dient, kann sowohl ein Öffnen zur Erfüllung der Druckbegrenzungsfunktion unabhängig vom Auslassdruck der Ölpumpe als auch ein Öffnen oder Schließen in Abhängigkeit des tatsächlich zu regelnden Drucks erfolgen. Der Regeldruckanschluss ist bei der Ölpumpenregelanordnung erfindungsgemäß mit einer am Verbrennungsmotor nach Durchströmung anderer Aggregate abzweigenden Ölleitung verbunden. Somit erfolgt ein Öffnen des Ventils und damit eine Verringerung des Förderdrucks der Ölpumpe aufgrund einer Überschreitung des korrekten maximal zulässigen Druckes am Verbrennungsmotor selbst. Auch erfolgt eine Änderung der auf den Anker wirkenden Öffnungskraft abhängig von dem Druck der zu regeln ist, also dem Druck am Einlass des Verbrennungsmotors. Andererseits kann ein ausreichender Maximaldruck durch die Verbindung des Regelanschlusses zum Einlassanschluss, an dem der Pumpenauslassdruck herrscht sichergestellt werden.
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In einer bevorzugten Ausführung der Ventilvorrichtung ist der Auslassanschluss am zur Aktoreinheit entgegengesetzten Ende der Ventileinheit angeordnet und der Regeldruckanschluss zwischen der Aktoreinheit und dem Einlassanschluss angeordnet, wobei der am Regeldruckanschluss anliegende Druck auf den Anker in Richtung der Aktoreinheit wirkt. Durch diese Anordnung wird es möglich, eine Druckausgeglichenheit am Anker auch beim Einbau eines Ventils in der Ölwanne zu verwirklichen, wenn die Kammer zwischen Anker und Kern mit der Umgebung verbunden wird.
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Vorzugsweise wirkt der am Regeldruckanschluss anliegende Druck auf eine Angriffsfläche, welche durch einen Absatz am Anker oder am Regelschieber oder durch eine unterschiedliche Querschnittsfläche des Ankers und des Regelschiebers gebildet ist. So wird auf einfache Weise eine Fläche zur Verfügung gestellt, auf die der Regeldruck zur Rückführung der Regelgröße wirken kann.
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In einer hierzu weiterführenden Ausführung ist diese Angriffsfläche am axialen Ende des Ankers ausgebildet, dessen Querschnittsfläche radial über die Querschnittsfläche des Regelschiebers ragt. Dies erleichtert die Herstellung, da der Absatz nicht durch zusätzliche mechanische Bearbeitung erzeugt werden muss.
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Vorzugsweise ist der Anker mittels eines Federelements in Öffnungsrichtung des Einlassanschlusses in Richtung eines Ankersitzes belastet und mittels der Aktoreinheit sowie mittels des Drucks am Regeldruckanschluss, über den Regelschieber in Öffnungsrichtung des Auslassanschlusses und in Öffnungsrichtung des Ankersitzes belastbar. Entsprechend ist durch die Wahl des Federelementes und die Größe der wirksamen Ankerfläche ein gewünschtes Druckniveau, in dem das Ventil schaltet, einstellbar. Im nicht bestromten Zustand findet eine Erhöhung des Druckes statt, so dass auch bei Ausfall des Elektromagneten eine ausreichende Ölzuführung zum Verbrennungsmotor sichergestellt ist, ohne dass ein Überdruck entstehen kann.
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In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung weist der Regelschieber eine erste Steuerfläche auf, über welche wahlweise der freie Strömungsquerschnitt zwischen dem Einlassanschluss und dem Steuerdruckanschluss oder der freie Strömungsquerschnitt zwischen dem Steuerdruckanschluss und dem Auslassanschluss regelbar ist oder der Steuerdruckanschluss verschließbar ist. Entsprechend kann sich ein Gleichgewichtszustand zwischen elektromagnetischer Kraft, Federkraft und auf die Ankerfläche wirkende Kraft aufgrund des hydraulischen Druckes einstellen, in dem beide fluidischen Verbindungen verschlossen sind, was bedeutet, dass der Ölförderverlust deutlich reduziert wird, da ein stetiges Öffnen und Schließen, wie dies bei anderen Ventilen auftritt, und der daraus resultierende Ölfluss zum Tank verhindert wird.
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In einer Weiterbildung der Erfindung weist der Regelschieber eine zweite Steuerfläche auf, die den Einlassanschluss vom Regeldruckanschluss trennt. Entsprechend wird der Regeldruckanschluss unabhängig von der Stellung des Regelschiebers gegenüber den anderen Anschlüssen stetig getrennt. Damit wirkt auf die Ankerfläche immer nur der zurückgeführte zu regelnde Druck.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform liegt das Federelement an seinem zum Anker entgegengesetzten Ende gegen einen Absatz einer Einstellschraube an, welche in einer Gewindebohrung im Kern befestigt ist. Mit dieser Einstellschraube kann eine Federkrafteinstellung vorgenommen werden, die es ermöglicht, bei gleichen Einzelteilen in der Aktoreinheit unterschiedliche Druckbereiche einzustellen, ohne dabei den möglichen Öldurchsatz zu beeinflussen. Fertigungsstreuungen der Federkräfte können mittels der Einstellschraube ausgeglichen werden.
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Vorzugsweise erstreckt sich vom Absatz der Einstellschraube ein Vorsprung in Richtung des Ankers, der von dem Federelement umgeben ist. Hierdurch wird auf einfache Weise eine Führung des Federelementes zur Verfügung gestellt, wodurch ein Knicken des Federelementes verhindert und somit die Funktionssicherheit erhöht.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn in einer Bohrung des Kerns eine nicht magnetisierbare Anschlaghülse befestigt ist, gegen die der Anker in seiner vollständig angezogenen Position anliegt. Dies verhindert ein Festhängen des magnetisierten Ankers am Kern oder am Anschlagmittel, wenn dieses aus magnetisierbarem Material bestehen würde. Entsprechend können die Federkräfte reduziert werden. Dies vereinfacht die feste Montage dieses Anschlagmittels am Kern beispielsweise durch Einpressen, so dass keine zusätzlichen Bauteile verwendet werden müssen.
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Insbesondere bei Anordnung der Ventilvorrichtung in der Ölwanne ist es vorteilhaft, wenn die Einstellschraube und eine Kernschraube im Kern eine Bohrung aufweisen, über die ein Aktorraum zwischen dem Anker und dem Kern mit einem zweiten Auslassanschluss verbunden ist, der am zum ersten Auslassanschluss entgegengesetzten Ende der Ventilvorrichtung angeordnet ist. Auf diese Weise wird ein druckausgeglichenes Ventil zur Verfügung gestellt, bei dem auf eine Bohrung im Anker und im Regelschieber verzichtet werden kann. Hierdurch wird die Herstellung deutlich vereinfacht. Entsprechend wird eine derartige Ventilvorrichtung in vorteilhafter Weise in der Ölwanne angeordnet.
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In einer hierzu alternativen Ausführung der Erfindung weisen der Regelschieber und der Anker eine Durchgangslängsbohrung auf, über welche den Aktorraum zwischen dem Anker und dem Kern fluidisch mit dem Auslassanschluss verbunden ist. So besteht an beiden axialen Enden der Einheit aus Anker und Regelschieber immer ein gleicher Druck, auch wenn diese Ventilvorrichtung in einer bevorzugten Ausführung der Ölpumpenregelanordnung im Motorraum angeordnet wird. Bei Ausbildung gleicher wirksamer Kraftangriffsflächen kann auch ein Kräftegleichgewicht hergestellt werden, wodurch eine schnelle Betätigung des Ventils bei kleinen wirksamen Kräften möglich wird.
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Des Weiteren ist im ersten Auslassanschluss eine Spannbuchse mit axial verlaufenden Öffnungen befestigt, auf der sich eine Nachstellfeder abstützt, über die der Regelschieber in Richtung des Ankers belastet ist. Hierdurch wird es möglich, Anker und Regelschieber als zwei getrennte Teile herzustellen, wobei durch die Federkraft der Nachstellfeder der Regelschieber der Bewegung des Ankers folgt.
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In einer hierzu alternativen Ausführungsform ist der Regelschieber in einer Öffnung des Ankers eingepresst. Dies ermöglicht einen Verzicht auf die Nachstellfeder, ohne Anker und Regelschieber einteilig herstellen zu müssen, da andernfalls beim Lösen des Regelschiebers schlagartig die Angriffsfläche des Regelöldrucks steigen würde.
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Es wird somit eine Ventilvorrichtung geschaffen, welche die Funktionen eines Überdruckventils und eines Druckregelventils in sich vereinigt, wobei der zu regelnde Druck über einen separaten Anschluss zur Regelung zurückgeführt wird. Dies ermöglicht eine besonders exakte Regelung des Öldrucks am Eingang des Verbrennungsmotors. Durch diese Ventilvorrichtung und die entsprechende Ölpumpenregelanordnung wird somit immer ein optimaler Druck dem Verbrennungsmotor zugeführt, wobei sowohl eine Minderversorgung als auch ein Überdruck zuverlässig verhindert werden. Die Regelung erfolgt sehr schnell, wobei geringe Stellkräfte am Elektromagneten benötigt werden.
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Mehrere Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Ventilvorrichtungen und der zugehörigen Ölpumpenregelanordnungen sind in der Figur dargestellt und werden nachfolgend beschrieben.
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Die 1 zeigt eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung in geschnittener Darstellung mit schematisch dargestellter Anbindung an einen Ölkreislauf einer Verbrennungskraftmaschine.
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Die 2 zeigt eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung in geschnittener Darstellung mit schematisch dargestellter Anbindung an einen Ölkreislauf einer Verbrennungskraftmaschine.
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Die 3 zeigt eine Seitenansicht einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung in geschnittener Darstellung mit schematisch dargestellter Anbindung an einen Ölkreislauf einer Verbrennungskraftmaschine.
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Im Folgenden werden bei der Figurenbeschreibung der verschiedenen Ausführungsformen gleiche Bauteile und somit gleiche Bezugszeichen verwendet.
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Die erfindungsgemäßen, in den Figuren dargestellten Ventilvorrichtungen bestehen aus einer Aktoreinheit 10, an der eine Ventileinheit 12 befestigt ist. Die Aktoreinheit 10 weist einen elektromagnetischen Kreis 14 auf, welcher aus einer auf einen Spulenträger 16 gewickelten Spule 18, einem Kern 20 im Innern des Spulenträgers 16, einem translatorisch bewegbaren Anker 22 und den elektromagnetischen Kreis 14 vervollständigende Flussleiteinrichtungen besteht. Diese sind zwei an den axialen Enden der Spule 18 angeordnete Rückschlussblech 24, 26, die in leitender Verbindung mit einem die Spule 18 außen umgebenden Joch 28 stehen, sowie eine in das Innere der Spule 18 und mit dem unteren Rückschlussblech 26 verbundene Rückschlussbuchse 30, deren erster axialer Abschnitt 32 im radial Innern des Spulenträgers 16 unter Zwischenlage eines Dichtringes 34 befestigt ist und deren sich daran axial anschließender zweiter Abschnitt 36 sich in Richtung der Ventileinheit 12 erstreckt und einen Abschnitt eines Ventilgehäuses 38 der Ventileinheit 12 zur Befestigung des Ventilgehäuses 12 an der Aktoreinheit 10 radial umgibt. Die Spule 18 ist von einem Kunststoffmantel 40 umgeben, der auch einen nicht dargestellten Steckerteil zur elektrischen Versorgung der Spule 18 aufweist.
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Der Kern 20 weist eine sich axial erstreckende zentrale abgestufte Längsbohrung 42 auf, deren von der Ventileinheit 12 entfernter Abschnitt als Gewindebohrung 44 ausgeführt ist und ist im Spulenträger 16 befestigt. An seinem zur Ventileinheit 12 abgewandten Ende weist der Kern 20 am Außenumfang eine umlaufende Aussparung 46 auf, in die das Rückschlussblech 24 zur Befestigung dessen umlaufend ragt.
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In die Gewindebohrung 44 des Kerns 20 ist eine Kernschraube 48 eingedreht, über welche die magnetische Kraft des elektromagnetischen Kreises 14 eingestellt werden kann. Im näher zur Ventileinheit 12 angeordneten Abschnitt der Gewindebohrung 44 ist eine weitere Einstellschraube 50 angeordnet, deren Schraubenschaft 52 kein Gewinde aufweist und sich durch eine Einschnürung 54 der Längsbohrung 42 in Richtung der Ventileinheit 12 erstreckt. Der Schraubenschaft 52 weist eine Umfangsnut 56 auf, in der ein Dichtring 58 angeordnet ist, dessen radial äußerer Bereich gegen die Innenwand des Kerns 20 anliegt. Der Schraubenschaft 52 weist hinter der Einschnürung 54 der Längsbohrung 42 des Kerns 20 einen Absatz 60 auf, von dem aus sich in Axialrichtung ein Vorsprung 62 geringeren Umfangs in Richtung der Ventileinheit 12 erstreckt. Gegen diesen Absatz 60 liegt ein Federelement 64 an, dessen gegenüberliegendes axiales Ende unter Vorspannung gegen den Anker 22 anliegt. Durch Eindrehen oder Herausdrehen der Einstellschraube 50 kann entsprechend die Federkraft, welche auf den Anker 22 wirkt, eingestellt werden und somit den jeweiligen Anforderungen angepasst werden.
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Das Federelement 64 umgibt den Vorsprung 62 radial und wird von einer als Anschlagmittel dienenden nicht magnetisierbaren Anschlaghülse 66 radial umgeben, welche in vorliegender Ausführung als Hohlzylinder ausgebildet ist und über eine Pressverbindung in der Längsbohrung 42 an der zur Gewindebohrung 44 axial entgegengesetzten Seite der Einschnürung 54 befestigt ist. Die Anschlaghülse 66 ist derart in der Durchgangbohrung 42 angeordnet, dass es die translatorische Bewegung des Ankers 22 in Richtung zum Kern 20 begrenzt, Dies bedeutet, dass ein Anschlag des Ankers 22 am Kern 20 vermieden wird und ein Spalt 68 auch im angezogenen Zustand des Ankers 22 verbleibt.
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Bei Bestromung der Spule 18 entsteht eine magnetische Anziehungskraft zwischen dem Anker 22 und dem Kern 20, der zur Bündelung der axial verlaufenden magnetischen Feldlinien einen ringförmigen spitz zulaufenden Vorsprung 70 aufweist, in dessen Inneres ein axiales Ende des Ankers 22 bei Bestromung der Spule 18 eintaucht. Axial in Höhe der Kernschraube 48 weist der Kern 20 eine umlaufende Aussparung 72 auf, die eine Streuung der Magnetfeldlinien im Kern 20 verhindert und so die Feinjustierung über die Kernschraube 48 verbessert. Des Weiteren ist zwischen dem Kern 20 und dem Spulenträger 16 im Bereich zwischen der Aussparung 72 und der Aussparung 46 ein weiterer Dichtring 74, der als O-Ring ausgeführt ist, angeordnet, über den gemeinsam mit den Dichtringen 34, 58 ein Aktorraum 76 im Innern der Aktoreinheit 10 zwischen Spulenträger 16, Kern 20 und Anker 22 nach außen abgedichtet wird.
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Der Anker 22 ist in einer Gleitbuchse 78 geführt, welche im radial Inneren des ersten Abschnitts 32 der Rückschlussbuchse 30 angeordnet ist. Der Anker 22 weist eine ringförmige Erweiterung 80 auf, die zum Kern 20 gerichtet ist und gegen welche das Federelement 64 anliegt. Der Durchmesser dieser ringförmigen Erweiterung 80 ist geringfügig kleiner als der Innendurchmesser des ringförmigen Vorsprungs 70 des Kerns 20, so dass der Anker 22 mit dieser Erweiterung 80 bei Betätigung des Elektromagneten in den Kern 20 eintaucht. Zur entgegengesetzten Seite wird die Bewegung des Ankers 22 durch einen als Abstufung einer Längsbohrung 83 im Ventilgehäuse 38 ausgebildeten Ankersitz 81 beschränkt, wenn lediglich die Federkraft den Anker 22 in Richtung der Ventileinheit 12 verschiebt.
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Bei der Ausführung gemäß der 1 weist der Anker 22 eine Durchgangslängsbohrung 82 auf, die sich auch durch einen Regelschieber 84 der Ventileinheit 12 bis in einen Ventilraum 86 erstreckt, so dass im Ventilraum 86 und im Aktorraum 76 immer Atmospährendruck herrscht. Der Ventilraum 86, welcher am zum von der Rückschlussbuchse 30 entgegengesetzten axialen Ende des Ventilgehäuses 38 ausgebildet ist, wird durch eine ins Ventilgehäuse 38 eingepresste Spannbuchse 88 begrenzt, in der Axialbohrungen 90 ausgebildet sind. Die Spannbuchse 88 weist einen zentral angeordneten sich axial erstreckenden Vorsprung auf, der von einer Nachstellfeder 92 radial umgeben ist und als Führung dieser Nachstellfeder 92 dient, welche den Regelschieber 84 in Richtung des Ankers 22 belastet, so dass dieser stetig gegen den Anker 22 gedrückt wird. Dabei ist zu beachten, dass die Nachstellfeder 92 eine geringere Federkraft aufweist als das Federelement 64.
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Das Ventilgehäuse 38 weist zusätzlich zu der axial verlaufenden Öffnung am axialen Ende des Ventilgehäuses 38 drei Querbohrungen auf. Die axial verlaufende Öffnung dient als Auslassanschuss 94 der Ventileinheit 12. Die erste Querbohrung bildet einen Steuerdruckanschluss 96 und ist am zur Aktoreinheit 10 entfernten Bereich des Ventilgehäuses 38 ausgebildet. Die zweite Querbohrung dient als Einlassanschluss 98 und ist zwischen dem Steuerdruckanschluss 96 und einem am nächsten zur Aktoreinheit 10 liegenden und durch die dritte Querbohrung gebildeten Regeldruckanschluss 100 angeordnet.
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Der Regelschieber 84, welcher in der Längsbohrung 83 des Ventilgehäuses 38 gelagert ist, weist am von der Aktoreinheit 10 entfernten Ende eine erste Steuerfläche 104 auf. Diese Steuerfläche 104 wird ebenso wie eine zweite Steuerfläche 106 des Regelschiebers 84 durch zylindrische Erweiterungen am Regelschieber 84 ausgebildet, deren Außendurchmesser dem Innendurchmesser des Ventilgehäuses 38 entspricht. Der Abstand der beiden Steuerflächen 104, 106 zueinander ist geringfügig größer als der Abstand des Einlassanschlusses 98 zum Steuerdruckanschluss 96. Die erste Steuerfläche 104 weist eine Höhe auf, die größer ist als der Querschnitt des Steuerdruckanschlusses 96, so dass der Steuerdruckanschluss 96 vollständig durch die erste Steuerfläche 104 verschließbar ist. Die zweite Steuerfläche 106 dient lediglich zur stetigen Trennung des Regeldruckanschlusses 100 vom Einlassanschluss 98, so dass deren Höhe lediglich so zu bestimmen ist, dass eine Strömung zuverlässig in jeder Stellung des Regelschiebers 84 verhindert wird.
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Die Funktion dieser Ventilvorrichtung als Ölpumpenregelung wird im Folgenden anhand des Ölkreislaufs einer Verbrennungskraftmaschine erklärt.
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Der Ölkreislauf besteht aus einer Ölwanne 108 aus der über eine Saugleitung 110 mittels einer variablen Ölpumpe 112 Öl angesaugt wird. Dieses Öl strömt über eine Förderleitung 114 zum Zweck der Schmierung über verschiedene zu schmierende Aggregate 116, die einen Druckverlust erzeugen und daher als Düse dargestellt sind, zu einem Verbrennungsmotor 118 und von diesem über eine Rückführleitung 120 zurück zur Ölwanne 108.
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Wie erwähnt handelt es sich um eine regelbare Ölpumpe 112, bei der durch Verstellung eines Exzenterringes, in dem ein Pumpenrotor zur Förderung gedreht wird, die Fördermenge und somit der Förderdruck p1 eingestellt wird.
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Die Verstellung des Exzenterringes erfolgt in bekannter Weise durch Regelung eines Steuerdruckes in einer Steuerkammer 111 der Ölpumpe 112. Der in der Steuerkammer 111 wirkende Steuerdruck wird mittels der erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung geregelt, indem der Steuerdruckanschluss 96 der Ventilvorrichtung über eine Steuerleitung 122 mit der Steuerkammer 111 verbunden wird, so dass am Steuerdruckanschluss 96 und in der Steuerkammer 111 immer der gleiche Steuerdruck herrscht. An der entgegengesetzten Seite des Exzenterringes wirkt jeweils der Förderdruck der Ölpumpe 112. Der Auslassanschluss 94 der Ventilvorrichtung dient als Auslass zur Ölwanne 108. Der Einlassanschluss 98 wird mit der Förderleitung 114 der Ölpumpe 112 im Bereich des Auslasses der Ölpumpe 112 verbunden, so dass beide Steuerkammern 111 der Ölpumpe 112 mit dem gleichen Druck beaufschlagbar sind. Erfindungsgemäß wird zusätzlich der Regeldruckanschluss 100 mit einer Ölleitung 124 verbunden, welche von der Förderleitung 114 unmittelbar vor Erreichen des Verbrennungsmotors 118 und damit hinter den Aggregaten 116 abzweigt.
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Im in der 1 dargestellten, nicht bestromten Zustand der Ventilvorrichtung wird der Anker 22 und somit der Regelschieber 84 aufgrund der Druckkraft des Federelementes 64 auf den Ankersitz 81 gedrückt. In diesem Zustand ist die fluidische Verbindung zwischen dem Auslassanschluss 94 und dem Steuerdruckanschluss 96 durch die erste Steuerfläche 104 geschlossen, während eine fluidische Verbindung zwischen dem Einlassanschluss 98 und dem Steuerdruckanschluss 96 zumindest teilweise durch die erste Steuerfläche 104 freigegeben wird, so dass Öl mit dem Förderdruck p1 zum Steuerdruckanschluss 96 gelangt. Dies hat eine Erhöhung des Drucks in der Steuerkammer 111 und somit einen erhöhten Förderdruck der Ölpumpe 112 zur Folge, da der Exzenterring immer weiter in Richtung zum maximalen Förderdruck verschoben wird.
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Neben der Kraft des Federelementes 64 wirkt eine hydraulische Kraft durch den am Regeldruckanschluss 100 anliegenden Druck auf eine Angriffsfläche 126, welche am axialen Ende des Ankers 22 dadurch ausgebildet wird, dass die Querschnittsfläche des Ankers 22 im Durchmesser größer ausgebildet wird als die Querschnittsfläche des Regelschiebers 84, wodurch diese Angriffsfläche 126 radial über den Regelschieber 84 ragt. Dieser am Regeldruckanschluss 100 wirkende Regeldruck, der dem Druck am Einlass des Verbrennungsmotors 118 entspricht, steigt üblicherweise mit steigendem Förderdruck der Ölpumpe 112 ebenfalls an.
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Erreicht der Regeldruck einen bestimmten Grenzwert, übersteigt diese durch den Regeldruck entstehende Gegenkraft gemeinsam mit der Federkraft der Nachstellfeder 92 die Federkraft der Federelementes 64, wodurch der Regelschieber 84 in Richtung der Aktoreinheit 10 verschoben wird bis die erste Steuerfläche 104 den Steuerdruckanschluss 96 verschließt, wodurch der Druckaufbau in der Steuerkammer 111 beendet wird. Entsprechend erfolgt dieser Verschluss nicht in Abhängigkeit des Förderdrucks der Ölpumpe 112, sondern in Abhängigkeit des tatsächlich am Verbrennungsmotor 118 anliegenden Drucks.
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In diesem Zustand sind somit alle Verbindungen zum Steuerdruckanschluss 96 verschlossen und es herrscht ein Kräftegleichgewicht zwischen den resultierenden Öldruckkräften und den Federkräften am Anker 22 beziehungsweise am Regelschieber 84. Dies hat zur Folge, dass kein Ölförderverlust auftritt, da kein Wechsel zwischen Abfluss und Zufluss des Öls zur Steuerkammer 111 erfolgt.
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Bei weiter steigendem Druck am Eingang des Verbrennungsmotors 118 entweder aufgrund eines steigenden Druckes der Ölpumpe 112 aufgrund steigender Drehzahlen des Verbrennungsmotors 114 oder aufgrund eines sich ändernden Druckverlustes der Aggregate 116 tritt die Ölbegrenzungsfunktion in Kraft. Durch den an der Angriffsfläche 126 des Ankers 22 anliegenden Regeldruck wird der Anker 22 und damit über die Nachstellfeder 92 auch der Regelschieber 84 weiter in Richtung der Aktoreinheit 10 verschoben, wodurch eine fluidische Verbindung zwischen dem Steuerdruckanschluss 96 und dem Auslassanschluss 94 hergestellt wird. Somit fließt Öl aus der Steuerkammer 111 der Ölpumpe 112 in die Ölwanne 108 ab, so dass der Druck in der Steuerkammer 111 fällt und somit die Förderleistung der Ölpumpe 112 sinkt. Dadurch sinkt auch der Regeldruck an der Angriffsfläche 126 des Ankers 22 wieder ab, bis der Anker 22 wieder auf den Ankersitz 81 sinkt und die fluidische Verbindung des teuerdruckanschlusses 96 zum Einlassanschluss 98 hergestellt wird, bis der Regeldruck wieder so hoch ist, dass ein Kräftegleichgewicht zwischen den hydraulischen Kräften und den Federkräften erzielt wird, wodurch der Steuerdruckanschluss 96 wieder verschlossen wird. Es sei bemerkt, dass die Kraft, welche notwendig ist, um den Regelschieber 84 in seine verschließende Stellung zu verschieben von der Federkraft abhängig ist, die über die Einstellschraube 50 eingestellt werden kann.
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Zur Einstellung eines gewünschten Regeldruckes kann der elektromagnetische Kreis 14 durch Bestromung der Spule 18 aktiviert werden. Die entstehende elektromagnetische Kraft wirkt auf den Anker 22 in Richtung der Aktoreinheit 10, so dass für die den Steuerdruckanschluss 96 verschließende Position ein Kräftegleichgewicht zwischen den hydraulischen Kräften, den Federkräften und der elektromagnetischen Kraft am Anker 22 vorliegen muss. Wird ein höherer Druck von der Motorsteuerung gefordert wird der Strom in der Spule 18 reduziert, so dass die Magnetkraft sinkt und die Federkraft die hydraulische Kraft und die Magnetkraft übersteigt. Der Regelschieber 84 wird in seine die fluidische Verbindung zwischen Einlassanschluss 98 und Steuerdruckanschluss 96 freigebende Stellung verschoben, wodurch wiederum der Förderdruck und damit der Regeldruck steigen bis die hydraulische Kraft an der Angriffsfläche 126 des Ankers 22 erneut so hoch wird, dass der Steuerdruckanschluss 96 erneut verschlossen wird.
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Bei kleinen Drehzahlen des Verbrennungsmotors 118 und somit geringerem geforderten Regeldruck wird die Stromzufuhr zur Spule 18 erhöht und die Verbindung des Steuerdruckanschlusses 96 zum Auslassanschluss 94 geöffnet, bis der hydraulische Druck an der Angriffsfläche 126 des Ankers 22 so klein wird, dass der Regelschieber 84 wieder in seine den Steuerdruckanschluss 96 verschließende Position verschoben wird.
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Aus alledem folgt, dass die Stromzufuhr im Wesentlichen entgegengesetzt proportional zum geforderten Öldruck erfolgen muss. Durch die Durchgangslängsbohrung 82 und dem daraus folgenden Druckausgleich im Ventilraum 86 und im Aktorraum 76 wirken auch keine sich ändernden zusätzlichen Kräfte auf den Regelschieber 84, da immer Atmosphärendruck auf beiden Seiten der Anker 22 und Regelschieber 84 Einheit wirkt.
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Des Weiteren ist ersichtlich, dass der zusätzliche Regeldruckanschluss 100 dazu führt, dass der Förderdruck der Ölpumpe 112 immer abhängig von dem zurückgeführten Regeldruck am Einlass des Verbrennungsmotors 118 ist und somit lediglich indirekt abhängig vom Förderdruck der Pumpe. Andererseits wird der Pumpe zur Verstellung immer der höchstmögliche Pumpenauslassdruck zur Verfügung gestellt, so dass eine zuverlässige Verstellung des Förderdrucks sichergestellt wird, welche unabhängig vom Druckverlust an den Aggregaten 116 ist. Damit wird eine optimierte Ölversorgung des Verbrennungsmotors sichergestellt.
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Die gleichen Vorteile werden auch mit einer Ausführung gemäß der 2 erzielt, die sich dadurch von der Ausführung gemäß der 1 unterscheidet, dass auf die Nachstellfeder 92 und die Spannbuchse 88 am Auslassanschluss 94 verzichtet wird, indem der Regelschieber 84 in eine entsprechende Öffnung 128 des Ankers 22 eingepresst wird. Die Funktionsweise dieser Ventilvorrichtung ist identisch zur Vorbeschriebenen, wobei die Federkraft des Federelementes 64 verringert werden kann, da keine entgegengesetzte weitere Federkraft wirkt. Durch diese Ausführung wird ein ungewolltes Lösen des Regelschiebers 84 vom Anker 22 verhindert, was zu einer plötzlichen Vergrößerung der Angriffsfläche 126 des Ankers 22 und damit zu einem ungewollten Öffnen führen könnte.
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Die Ventilvorrichtung gemäß der 3 unterscheidet sich von den beiden anderen Ausführungsbeispielen dadurch, dass auf die Durchgangslängsbohrung 82 im Anker 22 und im Regelschieber 84 verzichtet wird und stattdessen eine Längsbohrung 130 in der Einstellschraube 50 und der Kernschraube 48 ausgebildet wird. Des Weiteren wird an dem zum Auslassanschluss 94 entgegengesetzten Ende der Ventilvorrichtung ein zweiter Auslassanschluss 132 ausgebildet, so dass über die Längsbohrung 130 wiederum ein Anschluss zum Aktorraum 76 hergestellt wird. Der zweite Auslassanschluss 132 ist dann wiederum mit der Ölwanne 108 zu verbinden, wodurch erneut an beiden Seiten des Ankers 22 beziehungsweise des Regelschiebers 84 ein gleicher Druck 5 anliegt. Diese Ausführung ist besonders geeignet, wenn die Ventilvorrichtung direkt in der Ölwanne 108 angeordnet wird, da in diesem Fall auf Anschlussleitungen zu den beiden Auslassanschlüsse 94, 132 verzichtet werden kann.
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Es sollte deutlich sein, dass sich diese Ventilvorrichtungen auch für andere Hydraulikkreisläufe eignen. Konstruktive Änderungen der Ventilvorrichtung im Vergleich zum dargestellten Ausführungsbeispiel, wie beispielsweise eine einstückige Ausbildung von Anker und Regelschieber oder auch eine unterschiedliche Aufteilung der Gehäuse und ähnliches sind ebenfalls denkbar, ohne den Schutzbereich des Hauptanspruchs zu verlassen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 112008000978 T5 [0004]
- DE 102010025171 A1 [0005]
- EP 2031475 A2 [0006]
