DE112021001012T5

DE112021001012T5 - Öl-Solenoid-Ventil mit Echtzeit-Überwachung der Kolbenposition

Info

Publication number: DE112021001012T5
Application number: DE112021001012.3T
Authority: DE
Inventors: Kabir Bhandari; Amardip Kumar; Kumar Abhishek; Sudhir Pattnaik
Original assignee: Padmini VNA Mechatronics Pvt Ltd
Current assignee: Padmini VNA Mechatronics Pvt Ltd
Priority date: 2020-02-13
Filing date: 2021-02-15
Publication date: 2022-12-01
Also published as: WO2021161284A1; US20230078232A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt ein System bereit, um die Kolbenposition in einem Öl-Solenoid-Ventil in Echtzeit zu erfassen. Insbesondere stellt die vorliegende Erfindung einen Positionssensor bereit, der in das Öl-Solenoid-Ventil eingebettet ist, um eine Kolbenposition in Echtzeit durch Abwärtsbewegung des Kolbens zu erfassen, und das in einem Automobil zum Kühlen eines Turboladers eine Anwendung aufweist.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt ein System bereit, um die Kolbenposition in einem Öl-Solenoid-Ventil in Echtzeit zu erfassen. Insbesondere stellt die vorliegende Erfindung einen Positionssensor bereit, der in das Öl-Solenoid-Ventil eingebettet ist, um eine Kolbenposition in Echtzeit durch Abwärtsbewegung des Kolbens zu erfassen, und das in einem Automobil zum Kühlen eines Turboladers eine Anwendung aufweist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Eine Solenoid-Vorrichtung ist eine elektromechanische Steuereinheit, die den Flüssigkeitsstrom sperrt oder ermöglicht, wenn sie elektrisch erregt oder entregt wird. Sie besteht aus mehreren Teilen, wie beispielsweise Solenoid-Spule, Spulenkörper, beweglicher Kern, Kernrohr, Ventilkörper usw, ist aber nicht darauf beschränkt. Die magnetische Spule des Solenoids ist radial relativ zur Achse des Magneten angeordnet, da sich der Fluss des Permanentmagneten auch radial relativ zur Bewegungsachse des Ventilkegels und durch die Armatur erstreckt. Es gibt mehrere Bereiche, in denen ein Solenoid-Ventil nützlich ist, beispielsweise in pneumatischen und hydraulischen Systemen, um Zylindern oder größeren Industrieventile zu steuern; auch in automatischen Bewässerungssystemen werden Solenoid-Ventile mit einer automatischen Steuerung verwendet.
Viele Solenoid-Ventile dieser Art stellen keine Mittel bereit, um den tatsächlichen Zustand des Betätigungselements zu ermitteln. Mit anderen Worten, wenn ein elektrischer Strom an die Spule des Solenoids bereitgestellt wird, um den Kolben in die eine oder andere Position zu bewegen, ist kein Mittel problemlos verfügbar, um zu bestimmen, ob der Kolben tatsächlich auf das Magnetfeld reagiert hat. Bei Solenoid-Ventilen, die so konfiguriert sind, um eine Hin- und Herbewegung bereitzustellen, bei der eine Betätigung des Solenoids dazu führt, dass sich der Kolben in eine erste und in eine zweite Position bewegt, nachdem die Solenoid-Spule deaktiviert wurde, ist es besonders wichtig, die tatsächliche Position des Kolbens bestimmen zu können. Die Mittel, die tatsächliche Position des Kolbens zu bestimmen, sind wichtig, weil mehrere Störungen möglicherweise dazu führen können, dass sich der Kolben in einer anderen als der vorgesehenen Position befindet. Beispielsweise kann die Solenoid-Spule durch den erwarteten Stromfluss durch ihren Leiter nicht tatsächlich betätigt werden. Dies könnte durch einen Drahtbruch oder eine Unterbrechung im Stromkreis des Solenoids verursacht werden. Sogar wenn der Solenoid ordnungsgemäß funktioniert und der Kolben sich in die vorgesehene Richtung bewegt, könnte ein nachfolgender Schlag auf das Gerät möglicherweise Schäden an einem beliebigen der integrierten Teile verursachen, was zu einem nicht ordnungsgemäßen Betrieb des Systems führt.
In der heutigen Zeit sind verschiedene Systeme und Verfahren entwickelt worden, um die Kolbenposition des Solenoid-Ventils zu erfassen, aber es gibt kein System oder ein Verfahren zum Echtzeit-Überwachen der Kolbenposition in einem Öl-Solenoid-Ventil.
Daher besteht die Notwendigkeit, ein zuverlässiges System zu entwickeln, das eine Echtzeit-Überwachung der Kolbenposition in einem Öl-Solenoid-Ventil bereitstellt, indem der Positionssensor auf verschiedene Gaußwerte programmiert wird, die während der Abwärtsbewegung des Kolbens erhalten werden.
AUFGABE DER ERFINDUNG
Das Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Öl-Solenoid-Ventils bereitzustellen, das mit mindestens einem Permanentmagneten ausgestattet ist, um eine Rückmeldung der Kolbenposition bereitzustellen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein System zum Überwachen des Kolbenwegs in einem Öl-Solenoid-Ventil durch einen I.C. bereitzustellen, der mit einem Permanentmagneten ausgestattet ist.
Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein System zu entwickeln, das eine automatische Regelung der Kolbenposition in einem erregten Zustand durch Messen der Gaußwerte des Permanentmagneten bei der Abwärtsbewegung des Kolbens in einem Öl-Solenoid-Ventil bereitstellt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt ein System zur Echtzeit-Überwachung der Kolbenposition in einem Öl-Solenoid-Ventil bereit. Insbesondere stellt die vorliegende Erfindung ein Öl-Solenoid-Ventil, das einen Hall-Sensor mit I.C. (integrierter Schaltkreis) aufweist, bereit, um die Kolbenposition gemäß den unterschiedlichen Gaußwerten zu messen, die durch die Abwärtsbewegung des mit einem Permanentmagneten vereinten Kolbens erhalten werden.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Öl-Solenoid-Ventil mit Echtzeit-Überwachung der Kolbenposition einen Ventilkörper, einen Permanentmagneten, einen Hall-Sensor-basierten I.C., einen beweglichen Kern, einen Führungsstift, einen Kolben, einen Spulenkörper, eine Buchse, mindestens eine Feder, eine Einlassöffnung, eine Auslassöffnung und eine fixe Hülse; wobei der Kolben, bevorzugt ein Messingkolben, beweglich ist und durch den Führungsstift mit dem beweglichen Kern verbunden ist; der Führungsstift ein beweglicher Teil ist und zwischen dem beweglichen Kern und dem Kolben gekoppelt ist; und der bewegliche Kern durch den Führungsstift zwischen dem Permanentmagneten und dem Kolben gekoppelt ist. Der bewegliche Kern beginnt sich während der Erregung des Solenoid-Ventils zusammen mit dem Kolben durch den Führungsstift in Abwärtsrichtung zu bewegen. Der Hall-Sensorbasierte I.C. misst die Position des Kolbens, indem unterschiedliche Gaußwerte erfasst werden, die der Abwärtsbewegung des Permanentmagneten verbunden mit dem Kolben entsprechen, und erzeugt eine Ausgaberückmeldung in einer digitalen oder analogen Form.
Figurenliste
Ein vollständiges Verständnis des Systems und Verfahrens der vorliegenden Erfindung kann durch Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen gewonnen werden:

1 zeigt ein schematisches Diagramm des Öl-Solenoid-Ventils im erregten Zustand des Solenoid-Ventils gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt ein schematisches Diagramm des Öl-Solenoid-Ventils im entregten Zustand des Solenoid-Ventils gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Zum besseren Verständnis vieler Aspekte der Erfindung wird auf die nachstehenden Zeichnungen verwiesen. Die Komponenten in den Zeichnungen sind nicht unbedingt maßstabsgetreu gezeichnet. Stattdessen wird Wert daraufgelegt, die Komponenten der vorliegenden Erfindung deutlich darzustellen. Darüber hinaus bezeichnen gleiche Bezugszahlen entsprechende Teile in den verschiedenen Ansichten der Zeichnungen. Vor der Erläuterung mindestens einer Ausführungsform der Erfindung ist zu verstehen, dass die Ausführungsformen der Erfindung in ihrer Anwendung nicht auf die Konstruktionsdetails und die Anordnung der Komponenten beschränkt sind, die in der folgenden Beschreibung aufgeführt oder in den Zeichnungen dargestellt sind. Die Ausführungsformen der Erfindung sind in der Lage auf verschiedene Weise praktiziert und ausgeführt zu werden. Außerdem dienen die hier verwendeten Ausdrücke und Begriffe nur der Beschreibung und sind nicht als einschränkend zu betrachten.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Echtzeit-Überwachung der Kolbenposition in einem Öl-Solenoid-Ventil durch Verwenden eines Hall-Sensor-basierten integrierten Schaltkreises (I.C.) bereit. Insbesondere wird die Kolbenposition kontinuierlich überwacht, indem der Sensor auf verschiedene Punkte von Gaußwerten programmiert wird, die der Abwärtsbewegung des Kolbens entsprechen.
In einer Hauptausführungsform, die sich auf 1 bezieht, ist eine Schnittansicht eines Öl-Solenoid-Ventils (1) im erregten Zustand gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das Öl-Solenoid-Ventil (1) umfasst einen Ventilkörper (2), der einen axialen Hohlraum zur Unterbringung der gesamten Ventilanordnung aufweist; wobei ein beweglicher Kern (4) und ein Kolben (7) im Innendurchmesser eines Spulenkörpers (5) angeordnet ist; ein Führungsstift (6) ein bewegliches Teil ist, das zwischen dem beweglichen Kern (4) und dem Kolben (7) gekoppelt ist; ein Permanentmagnet (3) auf dem beweglichen Kern (4) montiert ist; eine Einlassöffnung (8) an der Unterseite bereitgestellt ist und eine Auslassöffnung (9) an einer radialen Oberfläche der fixen Hülse (11) bereitgestellt ist und ein Hall-Sensor mit I.C. (12) im Inneren des Ventilkörpers (2) befestigt ist. Zwischen der fixen Hülse (11) und dem Kolben (7) ist eine Buchse (13) bereitgestellt.
Die fixe Hülse (11) ist an der Unterseite des Ventilkörpers (2) angebracht und besteht aus einem Material, das Metall, Kunststoff oder dergleichen enthält, aber nicht darauf beschränkt ist. Der Kolben (7) ist an der Oberseite mit einem Führungsstift (6) verbunden und wird in der Mitte von einer Druckfeder (10) gestützt. Wenn das Solenoid-Ventil erregt wird, bewegt sich der bewegliche Kern (4) zusammen mit dem Permanentmagneten (3) nach unten gegen die Feder (10), wobei der Permanentmagnet (3) seine Position ändert und an unterschiedlichen Positionen unterschiedliche Gaußwerte erzeugt. Der Hall-Sensor mit I.C. (12), der mit unterschiedlichen Gaußwerten kodiert ist, erfasst ferner die Position des Kolbens (7) und erzeugt die Ausgabe in digitaler oder analoger Form und meldet die erfasste Kolbenposition an die Motorsteuereinheit zurück, um die Pumpe ein- oder auszuschalten. Der Kolben (7) besteht aus einem Material wie Messing, Kupfer, Stahl, Kunststoff oder dergleichen, ist aber nicht darauf beschränkt, und der bewegliche Kern (4) besteht aus einem Material wie Kunststoff, Nichtmetallen oder dergleichen, ist aber nicht darauf beschränkt.
2, auf die sich jetzt bezogen wird, zeigt eine Schnittdarstellung des Öl-Solenoid-Ventils (1) in entregtem Zustand gemäß der vorliegenden Erfindung. Wenn das Öl-Solenoid-Ventil (1) entregt ist, kehrt die Feder (10) in ihre ursprüngliche Position zurück, wodurch der Kolben (7) aufwärtsbewegt wird. Der Führungsstift (4) bewegt sich ebenfalls in die Aufwärtsrichtung, da dies mit dem Kolben (7) verbunden ist, was die Position des Permanentmagneten (3) verändert. Veränderungen des Permanentmagneten (3) erzeugen unterschiedliche Gaußwerte, und der Hall-Sensor mit I.C. (12), der mit unterschiedlichen Gaußwerten kodiert ist, erfasst die Kolbenposition in Echtzeit.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Echtzeitmessung der Kolbenposition bereit, um die Endpositionen während eines Ein- und Ausschaltzustands zu gewährleisten und eine Rückmeldung an die Motorsteuereinheit bereitzustellen. Während des Erregungszustandes des Solenoid-Ventils beginnt der bewegliche Kern sich mit dem Kolben in Abwärtsrichtung zu bewegen. Der Permanentmagnet bewegt sich ebenfalls abwärts, da er mit dem beweglichen Kern ausgestattet ist. Die Bewegung des Kolbens zusammen mit dem Magneten und dem beweglichen Kern durch den Führungsstift erzeugt den Gaußwert. Der erzeugte Gaußwert ist an einer unterschiedlichen Position des Kolbens unterschiedlich, d.h. 0,1 mm inkrementeller Kolbenweg erzeugt an jedem Punkt den unterschiedlichen Gaußwert.
Der Hallsensor mit I.C. erfasst den erzeugten Gaußwert und erfasst die Position des Kolbens. Die erfasste Position des Kolbens wird kontinuierlich überwacht und in einer digitalen oder analogen Form an das Motorsteuergerät des Automobils rückgemeldet, um die Pumpe automatisch entsprechend ein- oder auszuschalten.
Die vorstehende Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung dient der Veranschaulichung und Beschreibung. Es ist nicht beabsichtigt, erschöpfend zu sein oder die Erfindung auf die genaue offenbarte Form zu begrenzen, und Modifikationen und Variationen sind möglich im Lichte der oben genannten Lehren oder können aus der Praxis der Erfindung erworben werden. Die Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um die Prinzipien der Erfindung und ihre praktische Anwendung zu erläutern und dem Fachmann die Möglichkeit zu geben, die Erfindung in verschiedenen Ausführungsformen und mit verschiedenen Modifikationen, die für die jeweilige Verwendung geeignet sind, zu nutzen.

Claims

Öl-Solenoid-Ventil (1) mit Echtzeit-Überwachung der Kolbenposition, umfassend: einen Ventilkörper (2); einen Permanentmagneten (3), einen Hall-Sensor-basierten integrierten Chip (I.C.) (12), einen beweglichen Kern (4), einen Führungsstift (6), einen Kolben (7), einen Spulenkörper (5), eine Buchse (13), mindestens eine Feder (10), eine Einlassöffnung (8), eine Auslassöffnung (9) und eine fixe Hülse (11); wobei, besagter Kolben (7) beweglich und durch besagten Führungsstift (6) mit besagtem beweglichen Kern (4) verbunden ist; besagter beweglicher Kern (4) durch den Führungsstift (6) zwischen besagtem Permanentmagneten (3) und dem Kolben (7) gekoppelt ist; besagter beweglicher Kern (4) sich mit dem Kolben (7) abwärts bewegt, wenn besagtes Öl-Solenoid-Ventil (1) erregt wird; und besagter Hall-Sensor-basierter I.C. (12) die Position des Kolbens misst (7), indem ein Gauß-Ventil erfasst wird, das der Bewegung des Permanentmagneten (3) verbunden mit dem Kolben (7) entspricht, und eine Ausgabe in digitaler oder analoger Form erzeugt.
Öl-Solenoid-Ventil (1), wie in Anspruch 1 beansprucht, wobei besagter Kolben (7) aus einem Material besteht, das Messing, Kupfer, Stahl, Kunststoff oder dergleichen enthält, aber nicht darauf beschränkt ist.
Öl-Solenoid-Ventil (1), wie in Anspruch 1 beansprucht, wobei die Einlassöffnung (8) an einer Unterseite und die Auslassöffnung (9) an einer radialen Oberfläche der fixen Hülse (11) bereitgestellt ist.
Öl-Solenoid-Ventil (1), wie Anspruch 1 beansprucht, wobei die Buchse (13) zwischen der fixen Hülse (11) und dem Kolben (7) bereitgestellt ist.
Öl-Solenoid-Ventil (1), wie in Anspruch 1 beansprucht, wobei die fixe Hülse (11) aus einem Material besteht, das Metall, Kunststoff oder dergleichen enthält, aber nicht darauf beschränkt ist.
Öl-Solenoid-Ventil (1), wie in Anspruch 1 beansprucht, wobei der bewegliche Kern (4) aus einem Material besteht, wie Kunststoff, Nichtmetallen oder dergleichen, aber nicht darauf beschränkt ist.
Öl-Solenoid-Ventil (1), wie in Anspruch 1 beansprucht, wobei besagte erzeugte Ausgabe an eine Motorsteuereinheit gesendet wird.
Öl-Solenoid-Ventil (1), wie in Anspruch 1 beansprucht, wobei besagter Gaußwert bei einer unterschiedlichen Position des Kolbens (7) unterschiedlich ist.