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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Proportional-Magnetventil, das ein Ventilelement
durch Anlegen eines Stroms an eine Elektromagnetwicklung verschiebt,
und einen Ausgangsdruck entsprechend dem Wert des angelegten Stroms
zur Verfügung stellt,
sowie ein Steuerverfahren für
das Proportional-Magnetventil.
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Wenn
bei einem herkömmlichen
Proportional-Magnetventil ein starker Strom, der einen üblichen
Arbeitsstrombereich überschreitet,
an eine Elektromagnetwicklung angelegt wird, oder wenn beispielsweise
ein hoher Druck zeitweilig auf ein Ventilelement infolge einer Schwankung
des Eingangsdrucks einwirkt, wird ein Kolben so verschoben, dass er
den üblichen
Betriebsbereich überschreitet.
In diesem Fall tritt, wenn eine Endoberfläche des Kolbens so angezogen
wird, dass sie direkt eine Endoberfläche eines Kerns berührt, eine
Fehlfunktion des Kolbens auf, und wird der Ausgangsdruck instabil.
Angesichts dieser Schwierigkeit wird ein aus unmagnetischem Material
bestehender Anschlag zwischen der Endoberfläche des Kolbens und der Endoberfläche des
Kerns angeordnet (vgl. beispielsweise die JP 61-63088 A).
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Bei
dem voranstehend geschilderten, herkömmlichen Proportional-Magnetventil
ist allerdings der Anschlag zwischen dem Kolben und dem Kern angeordnet,
so dass die Anzahl an Bauteilen und die Anzahl an Zusammenbauschritten
erhöht
werden, was zu einem Kostenanstieg führt. Weiterhin tritt die Schwierigkeit
auf, dass Variationen der Eigenschaften der magnetischen Anziehungskraft
auftreten.
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Die
vorliegende Erfindung wurde zur Lösung der voranstehend geschilderten
Probleme entwickelt, und stellt ein Proportional-Magnetventil zur
Verfügung,
mit welchem eine Verringerung der Anzahl an Bauteilen und eine Stabilität der Eigenschaften
der magnetischen Anziehungskraft ermöglicht wird.
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Bei
einem Proportional-Magnetventil gemäß der vorliegenden Erfindung
ist eine Feder so eingestellt, dass ein Raum zwischen dem Kolben
und einer Anziehungsoberfläche
eines Kerns aufrecht erhalten wird, wenn die Feder vollständig zusammengedrückt ist.
Bei dieser Konstruktion wir die Feder vollständig zusammengedrückt, bevor
der Kolben gegen die Anziehungsoberfläche anstößt. Der Kolben berührt daher
nicht direkt die Anziehungsoberfläche.
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Weiterhin
ist bei einem Proportional-Magnetventil gemäß der vorliegenden Erfindung
ein Lager vorgesehen, das einen Verlängerungsabschnitt aufweist,
der sich in Axialrichtung einer Stange erstreckt, und die Verschiebung
eines Kolbens zur Seite eines Kerns hin einstellt, wobei dann, wenn
der Kolben gegen eine Endoberfläche
des Verlängerungsabschnitts
anstößt, ein
Raum zwischen dem Kolben und einer Anziehungsoberfläche des
Kerns aufrecht erhalten wird. Bei dieser Konstruktion berührt der Kolben
nicht direkt eine Anziehungsoberfläche, selbst wenn der Kolben
so weit verschoben wird, dass dies den üblichen Betriebsbereich überschreitet.
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Weiterhin
ist bei einem Proportional-Magnetventil gemäß der vorliegenden Erfindung
ein Belastungeinstellteil vorgesehen, das einen Anlageabschnitt
aufweist, gegen den eine Endoberfläche einer Stange anstößt, und
die Verschiebung des Kolbens zur Seite eines Kerns hin einstellt,
wobei dann, wenn die Endoberfläche
der Stange gegen den Anlageabschnitt anstößt, ein Raum zwischen dem Kolben
und einer Anziehungsoberfläche
des Kerns aufrecht erhalten wird. Bei dieser Konstruktion berührt der
Kolben nicht direkt eine Anziehungsoberfläche, selbst wenn der Kolben
so weit verschoben wird, dass dies den üblichen Betriebsbereich überschreitet.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele
näher erläutert, aus
welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt:
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1 eine Querschnittsansicht
eines Proportional-Magnetventils
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2 eine vergrößerte Querschnittsansicht eines
in 1 gezeigten Abschnitts
II;
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3 eine Querschnittsansicht
eines Proportional-Magnetventils
gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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4 eine vergrößerte Querschnittsansicht eines
in 3 gezeigten Abschnitts
IV;
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5 eine Querschnittsansicht
eines Proportional-Magnetventils
gemäß einer
dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung; und
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6 eine vergrößerte Querschnittsansicht eines
in 5 gezeigten Abschnitts
VI.
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Erste Ausführungsform
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Ein
Proportional-Magnetventil gemäß einer ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist eine Hydraulikschaltung für ein elektronisch
geregeltes Automatikgetriebe für
Kraftfahrzeuge (nachstehend einfach bezeichnet als "Automatikgetriebe"), und wird dazu
verwendet, den Betriebsöldruck
in einem Betätigungsabschnitt
des Automatikgetriebes zu ändern.
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1 ist eine Querschnittsansicht
des Proportional-Magnetventils
gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Es wird darauf hingewiesen, dass in
dieser Zeichnung ein Proportional-Magnetventil des normalerweise
hochgeschalteten Typs dargestellt ist. Eine Wicklung 1 ist
in einem aus Metall bestehenden, zylindrischen Gehäuse 2 aufgenommen,
und eine Klemme 3 zum Verbinden der Wicklung 1 mit
einer Stromversorgung ist außerhalb
des Gehäuses 2 angeordnet.
Weiterhin sind die Wicklung 1 und die Klemme 3 in
einen Harzabschnitt 4 eingeformt, und geht ein Kolbenaufnahmenocken 4a durch
einen hohlen Abschnitt der Wicklung 1 hindurch, erstreckt
sich in Axialrichtung der Wicklung 1, und ist in dem Harzabschnitt 4 vorgesehen.
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Mit
einem Endabschnitt des Harzabschnitts 4 ist ein aus Metall
bestehender Kern 5 verbunden. Dieser Kern 5 weist einen
Zylinderabschnitt 5a auf, der in einen Endabschnitt des
Kolbenaufnahmelochs 4a eingeführt ist, sowie einen Flanschabschnitt 5b, der
gegen eine Endoberfläche
des Harzabschnitts 4 anstößt. Der Flanschabschnitt 5b ist
mit dem Gehäuse 2 an
dem Außenumfang
seiner Verbindungsoberfläche
mit dem Gehäuse 2 verschweißt.
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In
den Zylinderabschnitt 5a ist ein erstes, normales Lager 6 eingefügt. Weiterhin
sitzt ein zylindrisches Belastungseinstellteil (Federstift) 7 im Presssitz
in dem Zylinderabschnitt 5a.
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Mit
dem anderen Endabschnitt des Harzabschnittes 4 ist ein
aus Metall bestehendes Führungsteil 8 verbunden.
Dieses Führungsteil 8 weist
einen ringförmigen
Flanschabschnitt 8a auf, der gegen eine Endoberfläche des
Harzabschnitts 4 anliegt, einen zylindrischen Passabschnitt 8b,
der von dem Flanschabschnitt 8a vorspringt, und einen zylindrischen Ventilführungsabschnitt 8c,
der von einem Endabschnitt des Passabschnitts 8b ausgeht.
Der Flanschabschnitt 8a ist mit dem Gehäuse 2 an dem Außenumfang
seiner Verbindungsoberfläche
mit dem Gehäuse 2 verschweißt. Der
Durchmesser des Ventilführungsabschnitts 8c ist
kleiner als der Durchmesser des Passabschnitts 8b.
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In
dem Ventilführungsabschnitt 8c ist
ein zweites, normales Lager 9 befestigt. In das erste normale
Lager 6 und das zweite normale Lager 9 ist eine Stange 10 gleitbeweglich
eingeführt.
Diese Stange 10 ist innerhalb des Kerns 5, des
Kolbenaufnahmeloches 4a, und des Führungsteils 8 so angeordnet, dass
sie sich in Axialrichtung der Wicklung 1 hin- und herbewegen
kann.
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Am
mittleren Abschnitt der Stange 10 ist ein zylindrischer
Kolben 11 befestigt. Die Stange 10 sitzt daher
im Presssitz in dem Kolben 11. Eine Feder 12 ist
zwischen dem Kolben 11 und dem ersten normalen Lager 6 angeordnet.
Der Kolben 11 kann sich zusammen mit der Stange 10 innerhalb
des Kolbenaufnahmeloches 4a hin- und herbewegen. In dem
Zylinderabschnitt 5a des Kerns 5 ist eine Anziehungsoberfläche 5c gegenüberliegend
der Endoberfläche
des Kolbens 11 vorgesehen.
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In
den Ventilführungsabschnitt 8c ist
ein kugelförmiges
Ventilelement 14 eingeführt,
gegen welches ein Abschnitt an der Spitze der Stange 10 anstößt. Die
Belastung der Feder 12, welche den Kolben 11 zum
Ventilelement 14 hin vorspannt, wird durch Änderung
der Position des Belastungseinstellteils 7 eingestellt.
An dem Passabschnitt 8b ist ein Gehäuse 16 befestigt,
welches einen Flußweg
für Öl ausbildet.
Das Gehäuse 16 ist
mit dem Flanschabschnitt 8a am Außenumfang seiner Verbindungsoberfläche mit
dem Flanschabschnitt 8a verschweißt.
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Weiterhin
weist das Gehäuse 16 eine
Eingangsöffnung 16a auf, über welche
das Öl
zugeführt wird,
eine Ausgangsöffnung 16b,
die mit der Eingangsöffnung 16a in
Verbindung steht, und eine Auslassöffnung 16c, von welcher
ein Teil des durch die Eingangsöffnung 16a zugeführten Öls abgegeben wird.
Weiterhin ist zwischen der Eingangsöffnung 16a und der
Auslassöffnung 16c sowie
zwischen der Ausgangsöffnung 16b und
der Auslassöffnung 16c ein
Sitzabschnitt 16d vorgesehen, mit welchem das Ventilelement 14 in
Berührung
bzw. außer
Berührung versetzt
wird.
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Das
Gehäuse 2,
der Kern 5, das Führungsteil 8 und
der Kolben 11 bilden zusammen eine magnetische Schaltung.
Der Kern 5 dient als magnetischer Anziehungsabschnitt für den Kolben 11.
Ein Ventilantriebsabschnitt 20 bei dieser ersten Ausführungsform umfasst
die Wicklung 1, das Gehäuse 2,
die Klemme 3, den Harzabschnitt 4, den Kern 5,
das erste normale Lager 6, das Belastungseinstellteil 7,
das Führungsteil 8,
das zweite normale Lager 9, die Stange 10, den
Kolben 11 und die Feder 12.
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2 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht
des in 1 gezeigten Abschnitts
II. Die Feder 12 ist so eingestellt, dass ein Raum zwischen
dem Kolben 11 und der Anziehungsoberfläche 5c des Kerns 5 aufrecht
erhalten bleibt, wenn die Feder 12 vollständig zusammengedrückt ist.
Die 1 und 2 zeigen jeweils einen Zustand,
in welchem die Feder 12 vollständig zusammengedrückt ist,
und das Ausmaß des Öffnens des
Ventilelements 14 wird innerhalb eines Bereichs geändert, der
kleiner ist als jener, der in den Zeichnungen dargestellt ist, im
Normalbetrieb.
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Als
nächstes
wird der Betriebsablauf bei dieser Ausführungsform geschildert. In
einem Zustand, in welchem die Wicklung 1 nicht erregt ist,
wird der Kolben 11 zur Seite des Ventilelements 14 hin
durch die Federkraft der Feder 12 gedrückt. Daher wird das Ventilelement 14 gegen
den Sitzabschnitt 16d durch die Stange 10 angedrückt, und
ist der Ölflußweg zu der
Auslassöffnung 16c verschlossen.
Daher wird Öl unter
hohem Druck von der Auslassöffnung 16b geliefert.
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Wenn
die Wicklung 1 erregt ist, und die elektromagnetische Kraft,
die den Kolben 11 anzieht, ein vorbestimmtes Ausmaß überschreitet,
werden der Kolben 11 und die Stange 10 entgegengesetzt
zur Kraft der Feder 12 in eine Richtung verschoben, in welcher
ihre Entfernung zum Sitzabschnitt 16d zunimmt. Hierbei
wirken eine Andruckkraft, die durch die Stange 10 ausgeübt wird
(die Kraft, die durch Abziehen der elektromagnetischen Kraft, die
proportional zum Wert des an die Wicklung 1 angelegten Stroms
erzeugt wird, von der Zusammendrückbelastung
der Feder 12 erhalten wird) sowie eine Fluidkraft, die
von dem Druck herrührt,
der von der Auslassöffnung 16b abgegeben
wird, auf das Ventilelement 14 ein, so dass das Ventilelement 14 zu
einer Position verschoben wird, in welcher ein Gleichgewicht zwischen
der Andruckkraft und der Fluidkraft vorhanden ist. Daher wird ein
Ausgangsdruck proportional zum Stromwert von der Ausgangsöffnung 16b erhalten.
Es wird darauf hingewiesen, dass im normalen Arbeitsbereich der
Kolben 11 nicht die Anziehungsoberfläche 5c des Kerns 5 berührt.
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In
der Hydraulikschaltung für
ein Automatikgetrieb, in welcher dieses Proportional-Magnetventil angeordnet
ist, wird das Öl,
das sich in einer Ölwanne
angesammelt hat, also ein Automatikgetriebefluid, von einer Ölpumpe gepumpt.
Die Ölpumpe
wird synchron mit einer Antriebsmaschine angetrieben. Das Automatikgetriebefluid,
das von der Ölpumpe
gepumpt wird, wird auf einen vorbestimmten Druck durch einen Regler
oder dergleichen eingestellt, und dann unter Druck der Eingangsöffnung 16a zugeführt.
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Durch
den Ausgangsdruck von der Ausgangsöffnung 16b wird dann
das Öffnen
und Schließen
eines Steuerventils gesteuert, und wird eine Kupplung gesteuert,
wodurch ein Schaltvorgang durchgeführt wird. Weiterhin wird das
Automatikgetriebefluid, das von der Auslassöffnung 16c abgelassen
wird, wieder durch die Ölwanne
zurückgewonnen.
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Wenn
ein hoher Strom, der einen normalen Arbeitsstrombereich überschreitet,
an die Wicklung 1 angelegt wird, oder wenn ein hoher Druck
zeitweilig auf das Ventilelement 14 infolge einer Schwankung des
Eingangsdrucks ausgeübt
wird, wird der Kolben 11 so verschoben, dass er den üblichen
Betriebsbereich überschreitet.
Allerdings wird die Feder 12 vollständig zusammengedrückt, bevor
der Kolben 11 gegen die Anziehungsoberfläche 5c anstößt, so dass eine
Situation verhindert wird, in welcher der Kolben 11 so
stark angezogen wird, dass er direkt die Anziehungsoberfläche 5c berührt. Hierdurch
wird ermöglicht,
einen stabilisierten Ausgangsdruck zu erzielen. Weiterhin ist es
nicht erforderlich, ein zusätzliches Bauteil
zwischen dem Kolben 11 und der Anziehungsoberfläche 5c vorzusehen,
was es wiederum ermöglicht,
die Anzahl an Bauteilen und die Anzahl an Zusammenbauschritten zu
verringern, was zur Kosteneinsparung beiträgt. Weiterhin wird ermöglicht,
die Eigenschaften der magnetischen Anziehungskraft zu stabilisieren.
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Zweite Ausführungsform
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Als
nächstes
wird eine zweite Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschrieben. 3 ist eine Querschnittsansicht eines
Proportional-Magnetventils gemäß der zweiten
Ausführungsform,
wogegen 4 eine vergrößerte Querschnittsansicht eines
in 3 gezeigten Abschnitts
IV ist. In diesen Zeichnungen ist das erste normale Lager 6,
das als Lager dient, mit einem zylindrischen Verlängerungsabschnitt 6a versehen,
der sich in Axialrichtung der Stange 10 erstreckt, und
die Verschiebung des Kolbens 11 zur Seite des Kerns 5 hin
einstellt. Durch diesen Verlängerungsabschnitt 6a wird,
wenn der Kolben 11 gegen eine Endoberfläche des Verlängerungsabschnitts 6a anstößt, ein
Raum zwischen dem Kolben 11 und der Anziehungsoberfläche 5c des Kerns 5 beibehalten.
Hierbei besteht das erste, normale Lager 6 aus einem unmagnetischen
Material. Weiterhin ist der Innendurchmesser des Verlängerungsabschnitts 6a größer als der
Innendurchmesser des Hauptkörperabschnitts
des ersten normalen Lagers 6. Weiterhin wird, selbst wenn
der Kolben 11 gegen die Endoberfläche des Verlängerungsabschnitts 6a anstößt, die
Feder 12 nicht vollständig
zusammengedrückt.
Im übrigen
ist die Konstruktion ebenso wie bei der ersten Ausführungsform.
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Wie
voranstehend geschildert, ist das erste normale Lager 6 mit
dem Verlängerungsabschnitt 6a versehen,
so dass selbst dann, wenn der Kolben 11 so weit verschoben
wird, dass er den üblichen
Betriebsbereich überschreitet,
eine Situation verhindert wird, in welcher der Kolben 11 so
stark angezogen wird, dass er direkt die Anziehungsoberfläche 5c berührt. Hierdurch
wird ermöglicht,
einen stabilisierten Ausgangsdruck zu erzielen. Weiterhin ist es
nicht erforderlich, ein zusätzliches
Bauteil zwischen dem Kolben 11 und der Anziehungsoberfläche 5c bereitzustellen,
was es wiederum ermöglicht,
die Anzahl an Bauteilen und die Anzahl an Zusammenbauschritten zu
verringern, was zur Kosteneinsparung beiträgt. Weiterhin wird ermöglicht,
die Eigenschaften der magnetischen Anziehungskraft zu stabilisieren.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass bezüglich der zweiten Ausführungsform
ein Fall beschrieben wurde, bei welchem ein zylindrischer Verlängerungsabschnitt 6a vorgesehen
ist, jedoch auch mehrere, stangenförmige Verlängerungsabschnitte in gleichmäßigen Abständen in
Umfangsrichtung des ersten normalen Lagers 6 vorhanden
sein können.
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Weiterhin
ist in 4 der Verlängerungsabschnitt 6a innerhalb
der Feder 12 angeordnet, obwohl dieser Abschnitt 6a auch
außerhalb
der Feder 12 vorhanden sein kann.
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Dritte Ausführungsform
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Als
nächstes
wird eine dritte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschrieben. 5 ist eine Querschnittsansicht eines
Proportional-Magnetventils gemäß der dritten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. 6 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht
eines Abschnitts VI von 5. In
diesen Zeichnungen ist das Belastungseinstellteil 7 mit
dem Anlageabschnitt 7a versehen, der die Verschiebung des
Kolbens 11 zur Seite des Kerns 5 durch Anlage
gegen die Endoberfläche
der Stange 10 einstellt. Wenn der Anlageabschnitt 7a gegen
die Endoberfläche
der Stange 10 anstößt, bleibt
ein Raum zwischen dem Kolben 11 und einer Anziehungsoberfläche des
Kerns 5 vorhanden. Auch wenn der Anlageabschnitt 7a gegen
die Stange 10 anstößt, wird
die Feder 12 nicht vollständig zusammengedrückt. Im übrigen ist
die Konstruktion ebenso wie bei der ersten Ausführungsform.
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Wie
voranstehend geschildert ist das Belastungseinstellteil 7 mit
dem Anlageabschnitt 7a versehen, so dass selbst dann, wenn
der Kolben 11 so weit verschoben wird, dass dies den üblichen
Betriebsbereich überschreitet,
eine Situation verhindert wird, in welcher der Kolben 11 so
stark angezogen wird, dass er direkt die Anziehungsoberfläche 5c berührt. Hierdurch
wird ermöglicht,
einen stabilisierten Ausgangsdruck zu erzielen. Weiterhin ist es
nicht erforderlich, ein zusätzliches
Bauteil zwischen dem Kolben 11 und der Anziehungsoberfläche 5c vorzusehen,
was es wiederum ermöglicht,
die Anzahl an Bauteilen und die Anzahl an Zusammenbauschritten zu
verringern, was zur Kosteneinsparung beiträgt. Weiterhin wird ermöglicht,
die Eigenschaften der magnetischen Anziehungskraft zu stabilisieren.
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In
diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass zwar bei der dritten
Ausführungsform der
Anlageabschnitt 7a so vorgesehen ist, dass ein Endabschnitt
des zylindrischen Belastungseinstellteils 7 vollständig geschlossen
wird, jedoch insoweit, als die Verschiebung der Stange 10 eingestellt
werden kann, nur ein Stufenabschnitt auf der Innenoberfläche des
Belastungseinstellteils 7 vorhanden sein muss.
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Weiterhin
wurde bei der ersten bis dritten Ausführungsform ein Proportional-Magnetventil
des normalerweise hochgeschalteten Typs beschrieben, dessen Ausgangsdruck
hoch ist, wenn keine Stromversorgung erfolgt, und dessen Ausgangsdruck
entsprechend einer Zunahme des angelegten Stroms abnimmt. Allerdings
ist die vorliegende Erfindung auch bei einem Proportional-Magnetventil
des normalerweise niedrig geschalteten Typs einsetzbar, dessen Ausgangsdruck
ohne Stromversorgung niedrig ist, und entsprechend einer Zunahme
des angelegten Stroms ansteigt.
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Weiterhin
wurde bei der ersten bis dritten Ausführungsform ein Proportional-Magnetventil
beschrieben, das in einer Hydraulikschaltung für ein Automatikgetriebe angeordnet
ist, jedoch kann die vorliegende Erfindung auch bei einem Proportional-Magnetventil
für jeden
gewünschten
Einsatz verwendet werden.