DE10335487A1 - Elektrohydraulisches Ventil zum Steuern eines Nockenwellen-Phaseneinstellmechanismus eines Verbrennungsmotors - Google Patents
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Abstract
Ein magnetbetätigtes Ventil hat einen Ventilkörper mit mehreren Öffnungen und einer Spule, die zur Verbindung der Öffnungen in unterschiedlichen Kombinationen miteinander innerhalb des Körpers verschieblich ist. Ein Magnet, der zum Antrieb der Spule angekoppelt ist, hat eine um einen ringförmigen Spulenkörper mit einem Rohr aus einem elektrisch leitenden nicht magnetischen Metall innerhalb des Spulenkörpers gewickelte Spule. Ein erstes Polstück erstreckt sich in ein Ende des Rohrs und ein zweites Polstück erstreckt sich in ein anderes Ende des Rohrs. Eine separate Buchse ist in einer Ausnehmung in jedem Polstück angeordnet. Jede Buchse hat einen rohrförmigen Körper mit einem ersten Endabschnitt, der einen größeren Außendurchmesser als ein zweiter Endabschnitt hat, und mit einem zweiten Endabschnitt, der einen geringeren inneren Durchmesser als der erste Endabschnitt hat. Der Magnet umfasst ferner einen Anker, der innerhalb der Buchsen verschieblich aufgenommen ist und an die Spule angreift.
Description
- Hintergrund der Erfindung
- 1. Gebiet der Erfindung
- Die vorliegende Erfindung betrifft hydraulische Steuerventile zum Steuern der Strömung eines Fluids in Verbrennungsmotoren und speziell elektrohydraulische Ventile zum Bestätigen eines Mechanismus, der die Phasenbeziehung zwischen einer Nockenwelle und einer Kurbelwelle des Motors variiert.
- 2. Beschreibung relevanten Standes der Technik
- Verbrennungsmotoren haben mehrere Zylinder, die Kolben enthalten, welche mit einer Kurbelwelle verbunden sind. Jeder Zylinder hat zwei oder mehr Ventile zum Steuern der Strömung eines Kraftstoffgemisches in den Zylinder und der Strömung von Abgasen aus diesem. Traditionell wurden die Ventile durch eine Nockenwelle gesteuert, die wiederum mechanisch so verbunden war, dass sie sich mit der Drehung der Kurbelwelle drehte. Zahnräder, Ketten oder Riemen wurden zur Kopplung der Nockenwelle mit der Kurbelwelle so angewandt, dass diese beiden unisono rotieren würden. Es ist wichtig, dass die Ventile zu den richtigen Zeiten während des Verbrennungszyklus innerhalb jedes Zylinders öffnen und schliessen. Bislang war diese zeitliche Beziehung durch die mechanische Kopplung zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle festgelegt.
- Die Einstellung der Nockenwellen-Zeitsteuerung war häufig ein Kompromiss, der den besten Gesamtbetrieb bei allen Motorbetriebsdrehzahlen hervorbrachte. Jedoch wurde beobachtet, dass die optimale Motorfunktionsleistung erzielt werden könnte, falls die Ventilzeitsteuerung als Funktion der Motordrehzahl, Motorlast und anderen Faktoren variiert würde. Mit dem Aufkommen computerisierter Motorsteuerung wurde es möglich, die optimale Motorventil-Zeitsteuerung oder -synchronisierung auf der Grundlage der Betriebsbedingungen festzulegen, die zu jedem gegebenen Punkt und Zeitpunkt auftreten. Gemäss
1 bestimmt der Motorcomputer die optimale Ventilzeiteinstellung oder -zeitsteuerung und gibt ein Signal an ein Elektrohydraulik-Ventil10 , das die Strömung unter Druck gesetzten Motoröls von einer Pumpe zu einem Nockenphasen-Einstellmechanismus12 steuert. Der Einstellmechanismus12 koppelt die Nockenwelle14 an eine Riemenscheibe oder einen anderen Mechanismus, der mit der Motorkurbelwelle verbunden ist. Durch Steuern der Beaufschlagung einer zweier Öffnungen18 oder19 des Einstellmechanismus mit Motoröl kann die Phasenbeziehung zwischen der sich drehenden Riemenscheibe16 und der Nockenwelle14 variiert werden. Beispielsweise rückt die Beaufschlagung der ersten Öffnung18 mit Motoröl von der Pumpe und der Auslass von Motoröl aus der zweiten Öffnung19 zum Tank die Ventilzeiteinstellung vor. Dahingegen verzögern eine Verbindung der zweiten Öffnung19 des Einstellmechanismus12 mit der Pumpe und eine Kopplung der ersten Öffnung18 zum Tank die Ventileinstellung. Das Hydraulikventil10 ist eine Proportionalventil, das es ermöglicht, dass das Ausmass, mit dem die Zylinderventile vorgerückt, beziehungsweise beschleunigt oder verzögert werden, proportional mit der Zumessung der Strömung vom Motoröl zu und vom Einstellmechanismus12 variiert wird. Ein Sensor15 liefert ein elektrisches Signal, das die Winkelphase der Nockenwelle anzeigt. - Ein Schlüssel zum Betrieb der variablen Nockenwelle sind die richtige Steuerung des Motoröls zu den beiden Öffnungen oder Schlitzen
18 und19 und eine exakte Zumessung des Motoröls. Daher wir das Steuerventil10 zu einem kritischen Element hinsichtlich des korrekten Betriebs des Motors. - Zusammenfassung der Erfindung
- Ein hydraulisches Steuerventil umfasst einen rohrförmigen Ventilkörper, der eine Längsbohrung durch sich aufweist, die an einem Ende des Ventilkörpers eine Auslassöftnung bildet. Eine erste Öffnung, eine zweite Öffnung und eine Einlassöffnung (Zulaufquerschnitt) erstrecken sich transversal durch den Körper und kommunizieren mit der Längsbohrung. Eine Spule beziehungsweise ein Steuerkolben ist innerhalb der Bohrung des Ventilkörpers verschieblich aufgenommen und weist eine Ausnehmung oder Öffnung auf, die sich von einem Ende der Spule, das proximal zu dem einen Ende des Ventilkörpers liegt, zu einem Punkt proximal einem entgegengesetzten der Spule erstreckt. Die Spule umfasst eine Auskerbung oder Einschnürung in einer Aussenfläche. Eine Feder spannt die Spule weg von dem einen Ende des Ventilkörpers vor.
- Ein Stellglied umfasst eine Magnetspule, die auf einem ringförmigen Spulenkörper mit einem Rohr eines elektrisch leitenden, nicht magnetischen Metalls innerhalb des Spulenkörpers, gewickelt ist. Ein erstes Polstück des Stellgliedes oder Aktors erstreckt sich in ein Ende des Rohrs und eine zweites Polstück erstreckt sich in ein anderes Ende des Rohrs. Eine erste Buchse liegt in einer Öffnung im ersten Polstück und eine zweite Buchse in einer weiteren Öffnung im zweiten Polstück. Jede Buchse, die erste und zweite Buchse, weist einen rohrförmigen Körper mit einem ersten Endabschnitt mit einem grösseren Aussendurchmesser als dem eines zweiten Endabschnitts auf. Der Aussendurchmesser des ersten Endabschnitts greift an das jeweilige Polstück. Der zweite Endabschnitt jeder Buchse hat einen kleineren inneren Durchmesser als der erste Abschnitt. Das Stellglied umfasst auch einen Anker, der in der ersten und zweiten Buchse verschieblich aufgenommen ist und an die Spule beziehungsweise den Steuerkoben angreift.
- Abhängig von der Gesamtkraft, die aus der Wechselwirkung von Kräften von der Feder und dem Anker resultiert, bewegt sich die Spule in mehrere Positionen innerhalb des Ventilkörpers. In einer ersten Position sieht die Spuleneinschnürung einen ersten Fluidweg zwischen der ersten Öffnung und der Einlassöffnung vor und es ist eine zweiter Fluidweg zwischen der zweiten Öffnung und der Auslassöffnung vorgesehen. Befindet sich die Spule bei einer zweiten Position, sieht die Einschnürung einen vierten Fluidweg zwischen der Einlassöffnung und der zweiten Öffnung vor und die Öffnung oder Ausnehmung sieht einen fünften Weg zwischen der ersten Öffnung und der Auslassöffnung vor.
- In einer Zwischenposition der Spule zwischen der ersten und zweiten Position ist die Auslassöffnung von der ersten und zweiten Öffnung abgetrennt. Die Einschnürung kann so hergestellt sein, dass sie eine verschiedener Abmessungen aufweist, um die in der Zwischenposition vorgesehene Verbindung zu ändern. Eine relativ kurze Einschnürung erstreckt sich, während sie angrenzend an die Einlassöffnung liegt, nicht zu einer der ersten oder zweiten Öffnungen. Daher sind die erste und zweite Öffnung in der Zwischenposition geschlossen. Eine relativ lange Einschnürung bildet einen dritten Fluidweg, der gleichzeitig die erste Öffnung, die zweite Öffnung und die Einlassöffnung verbindet, wenn die Spule sich in der Zwischenposition befindet.
- Kurzbeschreibung der Zeichnungen
-
1 ist eine schematische Darstellung eines Einstellsystems mit variablem Nocken, in welchem das vorliegende Hydraulikventil eingesetzt werden kann; -
2 ist eine Ansicht im Längsschnitt durch eine Elektrohydraulikventil nach der Erfindung; -
3 ist eine Querschnittsansicht durch das Elektrohydraulikventil längs einer Linie3-3 in2 ; -
4 ist eine Querschnittsansicht einer Buchse im Elektrohydraulikventil;5 ist eine Ansicht von oben auf die Buchse; -
6 ist eine Querschnittsansicht einer alternativen Buchse; -
7 ist eine isometrische Ansicht einer Teilanordnung mit Gehäuse und Stellglied des Elektrohydraulikventils; und -
8 ist eine Querschnittsansicht einer alternativen Ventilspule für das Elektrohydraulikventil. - Detaillierte Beschreibung des Erfindung
- Gemäss
2 ist ein elektrohydraulisches Steuerventil30 dargestellt, welches in eine Öffnung32 in einem Verteiler34 eines variablen Nockenphasen-Einstellmechanismus eingesetzt ist. Die Öffnungen oder Schlitze18 und19 des Nockenphasen-Einstellmechanismus12 , der in1 dargestellt ist, sind jeweils mit zwei Passagen20 und21 verbunden, die sich durch den Verteiler34 erstrecken, wobei diese Passagen mit der Öffnung32 kommunizieren. Eine Zufuhrpassage22 erstreckt sich zwischen der Ölpumpe und der Verteileröffnung oder Verteilerausnehmung32 , während eine Rückführpassage23 am inneren Ende der Öffnung32 zur Ölwanne des Motors führt. - Das Elektrohydraulikventil
30 hat einen rohrförmigen Ventilkörper40 mit einer Längsbohrung42 und transversalen Öffnungen, die Schlitze oder Öffnungen zwischen den Verteilerpassagen und der Längsbohrung vorsehen. Speziell zeigt eine erste Öffnung24 eine Verbindung zur ersten Passage18 und eine zweite Öffnung25 kommuniziert mit der zweiten Passage21 . Eine Einlassöffnung26 (auch Zulauf genannt) im Ventilkörper ist der Zufuhrpassage22 zugeordnet und eine Auslassöffnung27 (auch Ausfluss genannt) öffnet sich in die Rückführpassage23 . - Eine Spule beziehungsweise eine Steuerkolben
44 ist verschieblich innerhalb der Bohrung42 des Ventilkörpers40 aufgenommen und weist eine äussere ringförmige Auskerbung beziehungsweise Einschnürung46 auf, die in selektiven Positionen der Spule einen Fluidweg zwischen verschiedenen der Öffnungen und so zwischen den Verteilerpassagen vorsieht. Eine mittige Ausnehmung oder Öffnung48 erstreckt sich zwischen den entgegengesetzten Enden der Spule44 . Eine Feder50 spannt das inwärtige Ende der Spule44 weg vom inneren Ende52 des Ventilkörpers40 . Das auswärtige Ende der Ventilspule44 hat einen Kopf54 . - Das Ventil
30 umfasst ferner ein elektrisches Stellglied56 , welches eine Magnetspule58 umfasst, die auf einem nicht magnetischen Spulenkörper60 , der vorzugsweise aus einem Kunststoff gefertigt ist, aufgewickelt ist. Die Spule wird durch ein pusbreitenmoduliertes (PWM) Signal angesteuert, das ein Tastverhältnis aufweist, das zur Positionierung der Spule44 im Ventilkörper40 variiert wird. Ein Futterrohr62 aus Kupfer oder Messing streckt sich innerhalb und im wesentlichen längs der gesamten Längenausdehnung des Spulenkörpers60 . Das Futter- oder Einsatzrohr62 wirkt als Schutz- oder Abschirmspule, wodurch die Eingangsimpedanz-Charakteristik der Magnetspule58 mehr wie ein Widerstand und weniger wie ein Induktor ist. Infolgedessen linearisiert, wenn eine Klemm/Unterdrückungsdiode in der elektronischen Schaltung verwendet wird, die die Magnetspule58 ansteuert, das Futterrohr62 die Beziehung zwischen dem Tastverhältnis des PWM Steuersignals und dem RMS Strom dieses Signals. - Dies verbessert die Steuerbarkeit des Magnetstroms und so die Position des An kers
72 und der Ventilspule44 . Ein magnetisch leitendes C-Polstück64 hat einen zylindrischen Abschnitt66 , der sich in ein Ende des Spulenkörpers und des Kupferrohres erstreckt. Ein O-Ring65 sieht eine fluiddichte Abdichtung zwischen dem C-Polstück64 und dem Futterrohr62 vor. Das C-Polstück64 hat einen Flansch68 , der vom zylindrischen Abschnitt66 nach aussen vorsteht, wobei er sich über das auswärtige Ende des Ventilkörpers40 erstreckt. Ein End-Polstück70 erstreckt sich in das entgegen gesetzte Ende des Spulenkörpers60 und weist ein inneres Ende innerhalb des Spulenkörpers auf, das vom C-Polstück66 beabstandet ist. Ein Abstandsstück69 aus nicht magnetischem Material ist zwischen den beiden Polstücken68 und70 vorgesehen. Ein weiteren O-Ring71 sieht eine fluiddichte Abdichtung zwischen dem End-Polstück70 und dem Futterrohr62 innerhalb des Spulenkörpers vor. - Ein beweglicher Anker
72 des Stellgliedes56 ist innerhalb des Spulenkörpers vorgesehen und umfasst einen Ankerzylinder74 aus magnetischem Material mit einer Öffnung oder Ausnehmung, durch die ein Stossstift76 im Presssitz eingepasst ist. Der Stoss- oder Schubstift76 ragt durch eine mittige Ausnehmung im C-Polstück64 und wird darin durch eine erste Buchse78 verschieblich gehalten. Der Kopf54 der Ventilspule44 stösst an das innere Ende des Schubstifts76 . Der Schubstift76 erstreckt sich auch in eine Ausnehmung im End-Polstück70 , in welchem der Schubstift durch eine zweite Buchse79 gelagert ist. - Die erste und zweite Buchse
78 und79 sind aus Aluminiumbronze gefertigt und weisen gleiche rohrförmige Konstruktionen auf, wobei die zweite Buchse in den4 und5 im Detail gezeigt ist. Speziell umfasst die zweite Buchse79 einen rohrförmigen Körper80 , der sich von einem Flansch81 erstreckt, welcher verhindert, dass der Ankerzylinder74 das End-Polstück70 streift. Ein Paar Schlitze77 erstrecken sich längs der Aussenfläche des Körpers80 , um für Fluid, das durch die Bewegung des Ankers72 verschoben wird, Wege zur Belüftung zwischen beiden Seiten der Buchse79 vorzusehen. Der rohrförmige Körper80 weist einen Endabschnitt82 mit vergrössertem Aussendurchmesser auf, wobei dieser Endabschnitt die Innenseite der Ausnehmung im End-Polstück70 berührt. Der Innendurchmesser des ersten Endabschnitts82 ist wesentlich grösser als der Aussendurchmesser des Schubstiftes76 , so dass zwischen diesen Kompo nenten kein Kontakt auftritt. Das entgegengesetzte Ende des rohrförmigen Körpers80 von der Buchse weist einen zweiten Endabschnitt83 geringeren Innendurchmessers auf, wobei dieser Abschnitt die Aussenfläche des Schubstiftes76 berührt. Die beiden Abschnitte82 und83 unterschiedlichen Durchmessers sind in Längsrichtung auf der zweiten Buchse79 beabstandet, das heisst, der erste Endabschnitt82 erstreckt sich nicht in den zweiten Endabschnitt83 . Daher deformieren radial gerichtete Kräfte, die auf die Buchse ausgeübt werden, wenn diese in die Ausnehmung im End-Polstück70 gedrückt wird, die Buchse nicht bis zu einem solchen Ausmass, dass ein Kontakt mit dem Schubstift76 erfolgt. Derartige Kompressionskräfte sind auf den ersten Endabschnitt82 grösseren Durchmessers begrenzt und werden nicht auf den zweiten Endabschnitt83 übertragen, der sich in Kontakt mit dem Schubstift76 befindet. Dies erleichtert den Zusammenbau des Ventils ohne die Gefahr, dass eine Deformation der Buchse die darauffolgende Bewegung des Schubstifts76 nachteilig beeinflussen könnte. Diese Kraft-Trennfunktion wird auch durch die alternative Auslegung der in6 gezeigten zweiten Buchse vorgesehen. In dieser Alternative hat der erste Endabschnitt84 einen geringeren inneren Durchmesser, der sich an die Aussenfläche des Schubstiftes76 legt, und der zweite Endabschnitt85 des rohrförmigen Körpers80 hat den grösseren Aussendurchmesser, der die Innenfläche der Polstück-Ausnehmung berührt. - Um das elektrische Stellglied
56 ist eine Kunststoffhülle86 geformt und ragt nach aussen über dieses hinaus. Ein elektrischer Verbinder88 ist am abgewandten beziehungsweise fernen Ende des vorstehenden Abschnittes der Hülle ausgebildet. Der elektrische Verbinder88 weist ein Paar Anschlüsse87 auf, die durch eine federnde Dichtung89 ragen und mit der Magnetspule58 über Drähte59 verbunden sind. Die federnde oder nachgiebige Dichtung89 sieht eine Dichtung vor, die verhindert, dass Wasser in das Ventil zwischen den Anschlüssen87 und dem Kunststoffkörper86 eintritt, und die auch verhindert, dass unter Druck stehendes Öl, das längs der Drähte59 wandern kann, aus dem Ventil austritt. - Gemäss den
2 und3 erstreckt sich ein äusseres Metallgehäuse90 um denjenigen Abschnitt der Kunststoffhülle86 , der das elektrische Stellglied56 einkapselt. Das untere Ende des äusseren Gehäuses90 in der Orientierung des Ventils in2 greift dicht an den Aussendurchmesser des Flansches68 am C-Polstück64 und ist bei 91 um die obere Kante des rohrförmigen Ventilkörpers40 herumgefalzt. Das obere Ende des äusseren Gehäuses90 weist eine mittige Ausnehmung92 auf, durch die sich das End-Polstück70 erstreckt, wie in7 zu sehen ist. Die Kante dieser mittigen Ausnehmung92 weist mehrere Einschnitte94 auf, bei denen das Material der Hülle oder Einfassung gegen das End-Polstück70 gedrückt wird, um diese beiden Komponenten miteinander zu verstemmen. Die dichte Anlage des C-Polstücks64 am äusseren Gehäuse90 sieht einen hochleitenden Flusspfad für das Magnetstellglied vor und hält ferner diese Komponenten während der darauffolgenden Schritte des Zusammenbaus zusammen. - Hier gemachte Bezugnahmen auf Richtungsbeziehungen und Bewegungsrichtungen wie obere und untere oder abwärts und aufwärts beziehen sich auf die Beziehung und Bewegung der Komponenten in der in den Zeichnungen dargestellten Lage, welche nicht die Lage der Komponenten sein kann, wenn diese am Motoraufbau befestigt sind.
- Gemäss
4 , auf die wiederum Bezug genommen wird, wird während der Fabrikation des Ventils30 das Stellglied76 in eine Form gesetzt, in die für die Hülle86 verflüssigter Kunststoff eingespritzt wird. Der verflüssigte Kunststoff wird in den Spalt zwischen dem äusseren Gehäuse90 und der Teilanordnung aus Spulenkörper/Magnetspule hineingedrückt, wo der Kunststoff dann eine Bondierung zum Spulenträger60 bewirkt, um die Magnetspule58 einzukapseln. Daher liefert die angegossene Hülle86 bei Aushärtung eine hermetische Abdichtung, die einen Durchtritt von Wasser zur Magnetspule58 und das Hervorrufen eines Kurzschlusses zum freiliegenden äusseren Gehäuse90 verhindert. - Wenn das elektrohydraulische Steuerventil
30 nicht durch elektrischen Strom aktiviert ist, der von der Magnetspule58 zugeführt wird, drückt die Feder50 die Spule44 in eine Position, bei der die ringförmige Einschnürung46 einen Fluidweg zwischen der Einlassöffnung26 und ersten Öffnung24 vorsieht, welche zur ersten Verteilerpassage18 führt. In diesem aberregten Zustand ist das innere Ende der Spule44 nach oben zurückgezogen, wodurch ein Weg zwischen der Auslassöffnung27 und der zweiten Öffnung21 geöffnet wird, welche mit der zweiten Verteilerpassage19 kommuniziert. Unter Druck stehendes Motoröl wird nun durch die Öffnung18 des Nockenphasen-Einstellmechanismus12 gespeist und Öl wird von der zweiten Öffnung20 dieses Mechanismus zur Ölwanne gezogen, wodurch die Ventilzeitsteuerung vorgerückt wird. - Aus dem aberregten Zustand ruft das Anlegen eines elektrischen Stroms relativ geringer Grösse an die Solenoid-Spule
58 eine Bewegung des Ankerzylinders74 und des Schubstiftes76 zum Ventilkörper40 hervor. Diese Bewegung bewegt auch die Spule44 , wodurch die Grösse der Fluidwege, die unmittelbar weiter oben erläutert wurden, reduziert wird. Dies reduziert die Motorölströmung zum Nockenphasen-Einstellmechanismus12 , was wiederum die Rate reduziert, mit der die Ventilzeitsteuerung oder Ventilzeiteinstellung geändert wird. - Das Anlegen eines elektrischen Stroms grösserer Amplitude an die Magnetspule
58 bewegt gegebenenfalls die Spule44 in2 in eine Zwischenposition nach unten, bei der der Weg zwischen der zweiten Öffnung25 und der Auslassöffnung27 über die mittige Ausnehmung48 der Spule geschlossen wird. Die ringförmige Spuleneinschnürung46 erstreckt sich nun zwischen der ersten Öffnung24 und der zweiten Öffnung25 , wodurch unter Druck stehendes Motoröl, das an der Einlassöffnung26 aufgenommen wird, sowohl zur ersten als auch zweiten Öffnung24 und25 geführt wird, die mit dem Nockenphasen-Einstellmechanismus12 verbunden sind. Dies stoppt eine Bewegung des Nockenphasen-Einstellmechanismus12 , wobei die Beziehung zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle des Motors festgelegt wird. - Eine alternative Spule beziehungsweise ein alternativer Steuerkolben
45 ist in8 gezeigt, wobei hier die Einschnürung47 in der äusseren Oberfläche kürzer als die Einschnürung46 in der Spule44 der2 ist. Wenn die Spule sich in die Zwischenposition in der Bohrung32 bewegt, so wird deshalb weder die erste noch die zweite Öffnung24 oder25 mit der Einlassöffnung26 verbunden. In der Zwischenposition ist die kurze Einschnürung47 über der Einlassöffnung26 zentriert und die beiden Enden fallen in die Bereiche zwischen der Einlassöffnung und der ersten und zweiten Öffnung. Ferner ist auch die Auslassöffnung27 von der ersten und zweiten Öffnung24 und25 getrennt. Diese alternative Spule45 sieht eine aussermittige, dezentrierte Position vor, in der kein Fluid zum oder vom Nockenphasen-Einstellmechanismus12 strömen kann. Anderenfalls sieht die alternative Spule45 die selben Fluidwegverbindungen wie das erste Ausführungsbeispiel einer Spule44 vor. - Gemäss
2 , auf die wieder Bezug genommen wird, bewegt ein Anlegen einer noch grösseren Amplitude eines elektrischen Stroms an die Magnetspule58 eventuell die Spule44 weiter nach unten in eine Position, in der die erste Öffnung24 mit der zentralen Ausnehmung48 über die Spule44 kommuniziert. Dies öffnet einen Fluidweg zwischen der ersten Öffnung24 und der Auslassöffnung27 . In dieser Position sieht die ringförmige Einschnürung46 der Spule einen Weg zwischen der Einlassöffnung26 und nur der zweiten Öffnung25 vor, die zur zweiten Öffnung19 des Nockenphasen-Einstellmechanismus12 führt. Dies führt unter Druck gesetztes Motoröl zur zweiten Öffnung19 des Mechanismus und zieht das Öl von der ersten Öffnung18 des Mechanismus zur Ölwanne hin ab, wodurch die Phasenbeziehung zwischen der Nockenwelle und der Kurbelwelle retardiert wird. Die Grösse der Öffnungen zwischen diesen Passagen wird durch Steuern der Amplitude des elektrischen Stromes variiert, welcher an die Magnetspule58 angelegt wird, um die Motorölströmung zuzumessen und so die Rate, mit der sich die Ventilzeiteinstellung ändert, zu steuern. - Die vorausgehende Beschreibung war primär auf bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung gerichtet. Obgleich ein gewisses Augenmerk auf verschiedenen Alternativen innerhalb des Umfangs der Erfindung gerichtet wurde, wird vorausgesetzt, dass die Fachleute auf diesem Gebiet wahrscheinlich weitere Alternativen realisieren werden, die nun aus der Offenbarung von Ausführungsbeispielen der Erfindung offensichtlich werden. Entsprechend sollte der Umfang der Erfindung sich aus den folgenden Ansprüchen bestimmen und nicht auf die obige Offenbarung eingeschränkt sein.
- Die Erfindung kann wie folgt zusammengefasst werden: Ein magnetgetätigtes Ventil hat einen Ventilkörper mit mehreren Öffnungen und eine innerhalb des Körpers verschiebliche Spule zur Untereinander-Verbindung der Öffnungen in unterschiedlichen Kombinationen. Ein Magnet, der zum Antrieb der Spule angekoppelt ist, hat eine auf einem ringförmigem Spulenkörper mit einem Rohr eines elektrisch leitenden, nicht magnetischen Metalls innerhalb des Spulenkörpers gewickelte Spule. Ein erstes Polstück erstreckt sich in ein Ende des Rohrs und ein zweites Polstück erstreckt sich in ein anderes Ende des Rohrs. Eine separate Buchse liegt in einer Ausnehmung in jedem Polstück. Jede Buchse hat einen rohrförmigen Körper mit einem ersten Endabschnitt, der einen grösseren äusseren Durchmesser als ein zweiter Endabschnitt aufweist, und mit dem zweiten Endabschnitt, der einen kleineren inneren Durchmesser als der erste Endabschnitt aufweist. Der Magnet umfasst ferner einen Anker, der innerhalb der Buchsen verschieblich aufgenommen ist und an die Spule angreift.
Claims (23)
- Elektrohydraulisches Ventil zum Steuern eines Verbrennungsmotors, welches elektrohydraulische Steuerventil aufweist: einen rohrförmigen Ventilkörper, aufweisend eine Längsbohrung durch sich, die eine Auslassöffnung an einem Ende des Ventilkörpers bildet, und aufweisend eine erste Öffnung, eine zweite Öffnung und eine Einlassöffnung, die sich transversal durch den Körper in Kommunikation mit der Längsbohrung erstrecken; eine innerhalb der Bohrung des Ventilkörpers verschieblich aufgenommene Spule, die eine Ausnehmung aufweist, die sich von einem Ende der Spule, das proximal zu dem einen Ende des Ventilkörpers liegt, zu einem Punkt proximal an einem entgegengesetzten Ende der Spule erstreckt, wobei die Spule eine Einschnürung in einer äusseren Oberfläche aufweist; eine Feder, die die Spule weg von dem einen Ende des Ventilkörpers drückt; und ein Stellglied, das eine auf einem ringförmigen Spulenkörper gewickelte Magnetspule aufweist, ein erstes Polstück, das sich in ein Ende des Spulenkörpers erstreckt und eine erste Ausnehmung aufweist, eine zweites Polstück, das sich in ein anderes Ende des Spulenkörpers erstreckt und eine zweite Ausnehmung aufweist, wobei das Stellglied ferner einer erste Buchse in der ersten Ausnehmung und eine zweite Buchse in der zweiten Ausnehmung aufweist, wobei jede, die erste und die zweite Buchse, einen rohrförmigen Körper mit einem ersten Endabschnitt aufweist, der einen grösseren Aussendurchmesser als ein zweiter Endabschnitt aufweist, und wobei der zweite Endabschnitt einen kleineren Innendurchmesser als der erste Endabschnitt aufweist, das Stellglied zusätzlich einen Anker aufweist, der in der ersten und zweiten Buchse verschieblich aufgenommen ist und sich gegen die Spule legt; wobei ansprechend auf Kräfte von der Feder und dem Anker sich die Spule in eine einer ersten Position, in der die zweite Öffnung in Fluidkommunikation mit der Auslassöffnung ist und die erste Öffnung in Fluidkombination mit der Einlassöffnung über die Einschnürung ist, und einer zweiten Position bewegt, in der die Einlassöffnung in Fluidkommunikation mit der zweiten Öffnung über die Einschnürung ist und die Ausnehmung einen Fluidweg zwischen der ersten Öffnung und der Auslassöffnung vorsieht.
- Elektrohydraulisches Ventil nach Anspruch 1, ferner aufweisend die Spule mit einer Zwischenposition zwischen der ersten Position und der zweiten Position, worin in der Zwischenposition die Einschnürung ein Verbindung zwischen der ersten Öffnung, der zweiten Öffnung und der Einlassöffnung vorsieht.
- Elektrohydraulisches Ventil nach Anspruch 1, in welchem die Spule eine Zwischenposition zwischen der ersten Position und der zweiten Position aufweist, wobei in der Zwischenposition die erste Öffnung und die zweite Öffnung von der Einlassöffnung und der Auslassöffnung abgetrennt sind.
- Elektrohydraulisches Ventil nach Anspruch 1, ferner aufweisend: ein Metallgehäuse welches um das Stellglied vorgesehen ist und am Ventilkörper befestigt ist; und eine Hülle aus einem Kunststoff, die sich zwischen dem Metallgehäuse und dem Stellglied erstreckt und hermetisch am Spulenkörper abgedichtet ist, wobei das Gehäuse einen Abschnitt aufweist, der sich aus dem Gehäuse heraus erstreckt und einen darin ausgebildeten elektrischen Anschluss aufweist.
- Elektrohydraulisches Ventil nach Anspruch 4, in welchem das Metallgehäuse mit dem ersten Polstück verstemmt ist.
- Elektrohydraulisches Ventil nach Anspruch 4, in welchem der Abschnitt des Gehäuses einen darin ausgebildeten elektrischen Verbinder aufweist.
- Elektrohydraulisches Ventil nach Anspruch 4, in welchem der Abschnitt des Gehäuses einen elektrischen Verbinder aufweist, der einen elektrischen Anschluss und eine Dichtung hat, die eine Grenzfläche zwischen dem elektrischen Anschluss und dem Gehäuse abdichtet.
- Elektrohydraulisches Ventil nach Anspruch 4, in welchem die Hülle durch Einspritzen des Kunststoffes zwischen dem Metallgehäuse und dem Stellglied ausgebildet ist.
- Elektrohydraulisches Ventil nach Anspruch 1, in welchem das Stellglied ferner ein Rohr aus einem elektrisch leitenden, nicht magnetischen Metall zwischen dem Spulenkörper und jedem, dem ersten und zweiten Polstück, aufweist.
- Elektrohydraulisches Ventil nach Anspruch 9, in welchem das Rohr des Stellglieds aus einem Material gebildet ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Kupfer und Bronze besteht.
- Elektrohydraulisches Ventil nach Anspruch 1, in welchem die erste und zweite Buchse aus einer Aluminiumbronze-Legierung gebildet sind.
- Elektrohydraulisches Ventil zum Steuern eines Verbrennungsmotors, welches elektrohydraulische Steuerventil aufweist: einen rohrförmigen Ventilkörper, aufweisend eine Längsbohrung durch sich, die eine Auslassöffnung an einem Ende des Ventilkörpers bildet, und aufweisend eine erste Öffnung, eine zweite Öffnung und eine Einlassöffnung, die sich transversal durch den Körper in Kommunikation mit der Längsbohrung erstrecken; eine innerhalb der Bohrung des Ventilkörpers verschieblich aufgenommene Spule, die eine Ausnehmung aufweist, die sich von einem Ende der Spule, das proximal zu dem einen Ende des Ventilkörpers liegt, zu einem Punkt proximal an einem entgegengesetzten Ende der Spule erstreckt, wobei die Spule eine Einschnürung in einer äusseren Oberfläche aufweist; eine Feder, die die Spule weg von dem einen Ende des Ventilkörpers drückt; und ein Stellglied, das eine auf einem ringförmigen Spulenkörper mit einem Rohr aus einem elektrisch leitenden, nicht magnetischen Metall innerhalb des Spulenkörpers, gewickelte Magnetspule aufweist, ein erstes Polstück, das sich in ein Ende des Rohrs erstreckt und eine erste Ausnehmung aufweist, ein zweites Polstück, das sich in ein anderes Ende des Rohrs erstreckt und eine zweite Aus nehmung aufweist, wobei das Stellglied ferner einer erste Buchse in der ersten Ausnehmung und eine zweite Buchse in der zweiten Ausnehmung aufweist, wobei jede, die erste und die zweite Buchse, einen rohrförmigen Körper mit einem ersten Endabschnitt aufweist, der einen grösseren Aussendurchmesser als ein zweiter Endabschnitt aufweist, und wobei der zweite Endabschnitt einen kleineren Innendurchmesser als der erste Endabschnitt aufweist, das Stellglied zusätzlich einen Anker aufweist, der in der ersten und zweiten Buchse verschieblich aufgenommen ist und sich gegen die Spule legt; wobei ansprechend auf Kräfte von der Feder und dem Anker sich die Spule in eine erste Position bewegt, in der ein erster Fluidweg zwischen der zweiten Öffnung und der Auslassöffnung vorgesehen ist und in der die Einschnürung einen zweiten Fluidweg zwischen der ersten Öffnung und der Einlassöffnung vorsieht, und in eine zweite Position, in der die Einschnürung einen dritten Fluidweg zwischen der Einlassöffnung und der zweiten Öffnung vorsieht und in der die Ausnehmung einen vierten Weg zwischen der ersten Öffnung und der Auslassöffnung vorsieht.
- Elektrohydraulisches Ventil nach Anspruch 12, in welchem die Spule eine Zwischenposition zwischen der ersten Position und der zweiten Position hat und in der Zwischenposition die Einschnürung eine Verbindung zwischen der ersten Öffnung, der zweiten Öffnung und der Einlassöffnung vorsieht.
- Elektrohydraulisches Ventil nach Anspruch 12, in welchem die Spule eine Zwischenposition zwischen der ersten Position und der zweiten Position aufweist, wobei in der Zwischenposition die erste Öffnung und die zweite Öffnung von der Einlassöffnung und der Auslassöffnung abgetrennt sind.
- Elektrohydraulisches Ventil nach Anspruch 12, ferner aufweisend: ein Metallgehäuse, welches um das Stellglied vorgesehen ist und am Ventilkörper befestigt ist; und eine Hülle aus einem Kunststoff, die sich zwischen dem Metallgehäuse und dem Stellglied erstreckt und hermetisch am Spulenkörper abgedichtet ist, wobei das Gehäuse einen Abschnitt aufweist, der sich aus dem Gehäuse heraus erstreckt und einen darin ausgebildeten elektrischen Anschluss aufweist.
- Elektrohydraulisches Ventil nach Anspruch 12, in welchem das Rohr des Stellglieds aus einem Material gebildet ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Kupfer und Bronze besteht.
- Elektrohydraulisches Ventil nach Anspruch 12, in welchem die erste und zweite Buchse aus einer Aluminiumbronze-Legierung gebildet sind.
- Elektrohydraulisches Ventil zum Steuern eines Verbrennungsmotors, welches elektrohydraulische Steuerventil aufweist: einen rohrförmigen Ventilkörper, aufweisend eine Längsbohrung durch sich, die eine Auslassöffnung an einem Ende des Ventilkörpers bildet, und aufweisend eine erste Öffnung, eine zweite Öffnung und eine Einlassöffnung, die sich transversal durch den Körper in Kommunikation mit der Längsbohrung erstrecken; eine innerhalb der Bohrung des Ventilkörpers verschieblich aufgenommene Spule, die eine Ausnehmung aufweist, die sich von einem Ende der Spule, das proximal zu dem einen Ende des Ventilkörpers liegt, zu einem Punkt proximal an einem entgegengesetzten Ende der Spule erstreckt, wobei die Spule eine Einschnürung in einer äusseren Oberfläche aufweist; eine Feder, die die Spule weg von dem einen Ende des Ventilkörpers drückt; und ein Stellglied, das eine auf einem ringförmigen Spulenkörper mit einem Rohr aus einem elektrisch leitenden, nicht magnetischen Metall innerhalb des Spulenkörpers, gewickelte Magnetspule aufweist, ein erstes Polstück, das sich in ein Ende des Rohrs erstreckt und eine erste Ausnehmung aufweist, ein zweites Polstück, das sich in ein anderes Ende des Rohrs erstreckt und eine zweite Ausnehmung aufweist, wobei das Stellglied ferner einer erste Buchse in der ersten Ausnehmung und eine zweite Buchse in der zweiten Ausnehmung aufweist, wobei jede, die erste und die zweite Buchse, einen rohrförmigen Körper mit einem ersten Endabschnitt aufweist, der einen grösseren Aussendurchmesser als ein zweiter Endabschnitt aufweist, und wobei der zweite Endabschnitt einen kleineren Innendurchmesser als der erste Endabschnitt aufweist, das Stellglied zusätz lich einen Anker aufweist, der in der ersten und zweiten Buchse verschieblich aufgenommen ist und sich gegen die Spule legt; ein Metallgehäuse um das Stellglied und am Ventilkörper befestigt; und eine Hülle aus einem Kunststoff, die sich zwischen dem Metallgehäuse und dem Stellglied erstreckt und hermetisch am Spulenkörper abgedichtet ist; wobei ansprechend auf Kräfte von der Feder und dem Anker sich die Spule in eine erste Position bewegt, in der ein erster Fluidweg zwischen der zweiten Öffnung und der Auslassöffnung vorgesehen ist, und in der die Einschnürung einen zweiten Fluidweg zwischen der ersten Öffnung und der Einlassöffnung vorsieht, und in eine zweite Position, in der die Einschnürung einen dritten Fluidweg zwischen der Einlassöffnung und der zweiten Öffnung vorsieht und in der die Ausnehmung einen vierten Weg zwischen der ersten Öffnung und der Auslassöffnung vorsieht.
- Elektrohydraulisches Ventil nach Anspruch 18, in welchem die Spule eine Zwischenposition zwischen der ersten Position und der zweiten Position aufweist, worin in der Zwischenposition die Einschnürung ein Verbindung zwischen der ersten Öffnung, der zweiten Öffnung und der Einlassöffnung vorsieht.
- Elektrohydraulisches Ventil nach Anspruch 18, in welchem die Spule eine Zwischenposition zwischen der ersten Position und der zweiten Position aufweist, wobei in der Zwischenposition die erste Öffnung und die zweite Öffnung von der Einlassöffnung und der Auslassöffnung abgetrennt sind.
- Elektrohydraulisches Ventil nach Anspruch 18, in welchem das Metallgehäuse mit dem ersten Polstück verstemmt ist.
- Elektrohydraulisches Ventil nach Anspruch 18, in welchem das Rohr des Stellglieds aus einem Material gebildet ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Kupfer und Bronze besteht.
- Elektrohydraulisches Ventil nach Anspruch 18, in welchem die erste und zweite Buchse aus einer Aluminiumbronze-Legierung gebildet sind.
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