DE19624884C2 - Elektromagnetisches Proportionaldruckregelventil - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein elektromagnetisches Proportionaldruckregelventil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Elektromagnetische Proportionaldruckregelventile bzw. Drucksteuerventile werden in zahlreichen Bereichen bei Kraftfahrzeugen verwendet. Ein Beispiel einer Anwendung dieses Typs eines Ventils kann in einem Motorkühlsystem gefunden werden, wobei eine Ölpumpe durch solch ein Ventil betätigt wird, wie es beispielsweise in der japanischen Patentschrift JP5-73955 B2 offenbart ist. Dieses bekannte Druckregelventil hat Einlaß- und Auslaßanschlüsse, die in einem Gehäuse ausgeformt sind, wobei ein Kanal einem Öl ermöglicht, von dem Einlaßanschluß zu dem Auslaßanschluß zu strömen, ein Regelventil für das Unterbrechen und Ermöglichen der Fluidverbindung zwischen den beiden Anschlüssen und ein elektromagnetisch getriebenes Vorsteuerventil für das Regulieren bzw. Steuern des Öldrucks in einer ersten Druckkammer innerhalb des Regelventils, um das Regelventil im Ansprechen auf die Veränderung einer Wassertemperatur in einem Kühler zu verschieben. Das Regel- bzw. Steuerventil ist von der Art eines Kegelstumpfs und wird einer Schwankungskraft ausgesetzt, infolge einer plötzlichen Änderung eines Druckaufnahmebereichs am Regelventil für den Fall, daß eine Erregung und eine Entregung bei einer hochfrequenten Rate wiederholt werden.

Um eine Regelschwingung des, Regelventils infolge solch einer Schwankungskraft zu vermindern, die in dem elektromagnetischen Proportionaldruckregelventil erzeugt wird, ist solch ein bekanntes Druckregelventil mit einer zweiten Druckkammer versehen, die normalerweise mit der ersten Druckkammer über einen Überlaufkanal mit einem vorbestimmten Strömungswiderstand verbunden ist. Da bei dem bekannten Druckregelventil jedoch der Überlaufkanal bzw. Abflußkanal einen vorbestimmten Strömungswiderstand hat, wird eine Dämpfungswirkung infolge einer Erhöhung von ausleckendem Öl durch den Überlaufkanal reduziert, falls sich die Öltemperatur erhöht und die Viskosität des Öls niedriger wird. Aus diesem Grunde ist es nicht möglich, einen ausreichenden Dämpfungseffekt abgesehen von einem bestimmten Zustand zu erreichen, unter welchem die Öltemperatur sich in einem vorbestimmten Zustand befindet. In dem Fall, daß die Öltemperatur sich in einem niedrigen Zustand befindet, und daß die Viskosität des Öls höher ist, wird es darüber hinaus schwieriger, daß Öl aus der zweiten Druckkammer entweichen kann. Als ein Ergebnis hiervon wird das Ansprechverhalten für das Öffnen des Regelventils nach dem Öffnen des Vorsteuerventils langsamer.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines elektromagnetischen Proportionalventils, bei dem eine Bewegung des Vorsteuerventils aufgrund einer Druckschwankung des Fluids verhindert wird, um dadurch eine Regelschwingung des Ventils zu vermindern.

Zur Erreichung dieser Aufgabe wird ein elektromagnetisches Proportionaldruckregelventil vorgeschlagen, welches folgende Teile hat: ein Gehäuse, das zumindest einen Einlassanschluss und einen mit diesem verbindbaren Auslaßanschluß hat, einen Regelkolben, der gleitfähig in dem Gehäuse zum Öffnen und Schließen eines Kanals zwischen dem Einlassanschluss und dem Auslaßanschluß untergebracht ist, eine Kolbeneinrichtung mit einem Vorsteuerventil, welche zusammen mit dem Regelkolben eine erste Druckkammer ausbilden, einen Rückführkanal, der durch die Kolbeneinrichtung hindurch zwischen der ersten Druckkammer und dem Auslaßanschluß angeordnet ist und dessen Öffnen und Schließen durch das Vorsteuerventil geregelt wird, eine Drossel zum Begrenzen der Durchflußmenge zwischen dem Einlassanschluss und der ersten Druckkammer, und eine elektromagnetische Betätigungseinrichtung des Vorsteuerventils, um das Öffnen und Schließen des Rückführkanals zu regeln, und eine mit dem Vorsteuerventil über eine Strömungsbegrenzungseinrichtung verbundene zweite Druckkammer zur Aufnahme von Fluiddruckschwankungen in der ersten Druckkammer.

Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Querschnittsansicht eines ersten Ausführungs­ beispiels eines elektromagnetischen Proportionaldruckregelven­ tils gemäß der vorliegenden Erfindung und Fig. 2 zeigt eine Querschnittsansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines elektromagnetischen Proportionaldruckregelventils gemäß der vorliegenden Erfindung.

Ein elektromagnetisches Proportionaldruckregelventil gemäß der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.

Die Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Mit Bezug auf die Fig. 1 hat ein elektromagnetisches Proportionaldruckregelventil einen Regelventilbereich 11A und einen elektromagnetischen Feldbereich 11B, die als eine Einheit zusammengebaut sind. Das elektromagnetische Proportionaldruckregelventil hat ein Gehäuse 10 mit einem Einlaßanschluß 16, der zu einer Auslaßseite einer Ölpumpe 50 über eine Leitung A führt und mit einem Auslaßanschluß 18, der an eine Ansaugseite der Ölpumpe 50 über eine Leitung B führt. Das Bezugszeichen 52 bezeichnet einen Ölmotor für das wahlweise Antreiben eines Gebläses und das Bezugszeichen 51 bezeichnet eine Auslaßleitung der Ölpumpe 50.

Gas Gehäuse 10 hat eine zylindrische Bohrung 10a, in die der Einlaßanschluß 10c und der Auslaßanschluß 10b geöffnet sind. Eine hohle Hülse 12 ist in der Zylinderbohrung 10a untergebracht, wobei ein Ölrückführkanal 19 zwischen der äußeren Fläche der Hülse 12 und der inneren Fläche der Zylinderbohrung 10a ausgeformt ist. Die Hülse 12 hat eine Auslaßbohrung 12a, welche den Auslaßanschluß 10b öffnet, wobei ein Regelkolben 13 gleitfähig in der Hülse 12 untergebracht ist. Der Regelkolben 13 ist mit einer abgestuften Bohrung, welche eine erste Bohrung 13a und eine zweite Bohrung 13b hat und mit einem Wandabschnitt versehen, der zwischen der ersten und zweiten Bohrung 13a, 13b ausgeformt ist. Eine erste Drossel 18, die zwischen der ersten und zweiten Bohrung 13a, 13b in Fluid verbindender Weise angeordnet ist und einem Beschränkungsmittel der vorliegenden Erfindung entspricht, ist in dem Wandabschnitt der Spule 13 ausgeformt, wobei ein Filter 15 in der ersten Bohrung 13a angeordnet ist, welche auf der Seite des Einlaßanschlusses 10c platziert ist. Das Bezugszeichen 14 bezeichnet einen Ring für das Begrenzen eines Verschiebebereichs des Regelkolbens 13, wobei das Bezugszeichen 16 ein Filterabstützelement bezeichnet. Der Regelkolben 13 wird normalerweise durch eine Spiralrückholfeder 17 in eine Richtung vorgespannt, so daß die linke Seite des Regelkolbens 13 mit dem Ring 14 gemäß der Fig. 1 in Kontakt ist.

Eine Kolbeneinrichtung 23 ist an der anderen Seite der zylindrischen Bohrung 10a vorgesehen, welche aufweist: einen Kolben 119 bestehend aus einem magnetischen Material und der eine Zentralbohrung 119a hat, ein Vorsteuerventil 118, das in die Zentralbohrung 119a des Kolbens 119 preßgepaßt ist und eine Zentralbohrung 118a darin hat, ein erster. Kern 113, der an der Hülse 12 befestigt ist und eine Zentral- bzw. Mittenbohrung 113a sowie eine Bohrung 113b hat, welche den Rückführkanal 19 und die Zentralbohrung 113a fluidverbindet, sowie ein Ventilsitzbauteil 115, das an dem ersten Kern 113 befestigt ist und eine Zentralbohrung 115a sowie eine Rückführbohrung 117 hat, die durch das Vorsteuerventil 118 geöffnet und geschlossen wird, das durch eine Feder 120 vorgespannt ist. Der erste Kern 113 besteht aus einem magnetischen Material. Das Vorsteuerventil 118 ist gleitfähig in der Zentralbohrung 115a des Ventilsitzbauteils 115 untergebracht, wobei das Ventilsitzbauteil 115 mit Radialbohrungen 118b versehen ist, welche den Zentralkanal 118a mit der Rückführbohrung 117 verbinden können und mit Radialbohrungen 118c versehen ist, welche den Zentralkanal 118a mit der Zentralbohrung 113a des ersten Kerns 113 verbinden. Das Bezugszeichen 113c bezeichnet einen abgestuften Abschnitt, der an der Zentralbohrung 113a des ersten Kerns 113 für das Positionieren des Ventilsitzbauteils 115 relativ zu dem ersten Kern 113 ausgeformt ist. In einem inneren Raum, der in der Hülse 12 ausgeformt ist, wird eine Druckkammer 22 durch den Regelkolben 13, den ersten Kern 113 und das Ventilsitzbauteil 115 ausgebildet. Die Druckkammer 22 ist mit dem Einlaßanschluß 10c über die erste Drossel 18 verbunden. Das Ventilsitzbauteil 115 ist mit einem Vorsprungsabschnitt ausgebildet, der in die Druckkammer 115 vorsteht. Der vorstehende bzw. Vorsprungsabschnitt hat eine innere Bohrung, um eine Absorptionskammer 116 mit einem vorbestimmten Volumen auszubilden, deren eines Ende an die Rückförderbohrung 117 angeschlossen ist und deren anderes Ende in die Druckkammer 22 geöffnet ist. Ein zylindrisches Hauben- bzw. Deckelbauteil 21 mit einem Bodenabschnitt an dessen einem Ende ist auf dem Vorsprungsabschnitt des Ventilsitzbauteils 115 befestigt. Eine zweite Drossel 20, durch die die Druckkammer 22 und die Absorptionskammer 116 fluidverbunden sind, ist in dem Bodenabschnitt des Kappenbauteils 21 ausgebildet. Das Kappenbauteil 21 ist mit einem äußeren Flansch an dessen anderem Ende ausgebildet, wobei ein Ende der Rückholfeder 17 mit dem äußeren Flansch des Kappenbauteils 21 im Eingriff ist. Die zweite Drossel 20 und die Absorptionskammer 116 entsprechen daher der Einrichtung, welche verhindert, daß das Vorsteuerventil sich durch Schwankungen des Fluiddrucks in der Druckkammer hin- und herbewegt.

Eine elektromagnetische Spule 23 ist um eine hohle Spule bzw. Hülse 110 bestehend aus Kunstharz gewickelt und an einen Anschluß 112 angeschlossen. Die erste Spule 113 ist in das eine Ende der inneren Bohrung der Spule oder Hülse 110 eingesetzt, wobei ein zweiter Kern 114 mit einer Bohrung in das andere Ende der inneren Bohrung der Spule oder Hülse 110 eingesetzt ist. Ein Körper 124 bestehend aus Kunstharz, der den Anschluß 112 abstützt, überdeckt die Spule oder Hülse 110, wobei eine Platte 125, welche an dem ersten Kern 113 befestigt ist und aus einem magnetischen Material besteht, zwischen dem Gehäuse 10 und der Spule oder Hülse 110 zwischengefügt ist. Ein zylindrisches Jochbauteil ist an einer Platte 122 bestehend aus einem magnetischen Material durch Verstämmen befestigt. Die Platte 122 ist an einem Ende der zweiten Bohrung 114 eingesetzt, wodurch die Spule oder Hülse 110 zwischen den Platten 122 und 125 gehalten wird. Ein Einstellschraubenbauteil 123 ist in die Bohrung des zweiten Kerns 114 eingeschraubt, wobei ein Stangenabschnitt 123a des Einstellschraubenbauteils 123 gleitfähig in die Bohrung des zweiten Kerns 114 eingesetzt ist. Das obere Ende des Stangenabschnitts 123a des Einstellschraubenbauteils 123 ist mit einem Ende der Feder 120 in Eingriff, die das Vorsteuerventil 118 vorspannt, um die Rückführbohrung 117 zu schließen.

Wenn kein elektrischer Strom an die elektromagnetische Spule 111 angelegt wird, dann schließt das Vorsteuerventil 118 die Rückführbohrung 117. Da aus diesem Grund die Druckdifferenz zwischen dem Einlaßanschluß 10c und der Druckkammer 22 nicht erzeugt wird, wird der Regelkolben 13 in der Position gehalten, in welcher die Fluidverbindung zwischen dem Einlaßanschluß 10c und dem Auslaßanschluß 10b über die Auslaßbohrung 12a nicht erlaubt bzw. unterbrochen wird.

Wenn ein elektrischer Strom an die elektromagnetische Spule 111 angelegt wird, dann wird der elektromagnetische Kreis um die elektromagnetische Spule 111 durch den ersten Kern 113, den Kolben 119, den zweiten Kern 114, die Platte 122, das Jochbauteil 121 und die Platte 125 ausgebildet, wobei eine elektromagnetische Kraft erzeugt wird, um das Vorsteuerventil 28 in Richtung zum zweiten Kern 114 zu verschieben. Der zugeführte Strom wird ferner gesteuert durch eine Nennsteuerung. Für den Fall, daß eine Summe der elektromagnetischen Kraft und der Höhe des Öldrucks in der Druckkammer 22 kleiner ist als die Vorspannkraft der Feder 120, dann wird die Rückführbohrung 117 durch das Vorsteuerventil 118 geschlossen. Wenn die Summe aus dem Druck in der Druckkammer 22 und der elektromagnetischen Kraft höher wird als die Vorspannkraft der Feder 120, dann wird das Vorsteuerventil 118 nach rechts (gemäß der Fig. 1) bewegt, um die Rückführbohrung 117 durch den Mittelkanal 118a zu öffnen, wobei eine Druckdifferenz zwischen dem Einlaßanschluß 10c und der Druckkammer 22 erzeugt wird und zwar aus dem Grund, daß ein Ölstrom von dem Einlaßanschluß 10c in die Druckkammer 22 durch die erste Drossel 18 kleiner ist als ein Ölstrom aus der Druckkammer 22 in den Rückführkanal 19. Die Druckdifferenz zwischen dem Einlaßanschluß 10c und der Druckkammer 22 bewirkt, daß sich der Regelkolben 13 in der Fig. 1 nach rechts bewegt, so daß der Einlaßanschluß 10c unmittelbar mit dem Auslaßanschluß 10b über die Auslaßbohrung 12a fluidverbunden wird. Als ein Ergebnis der direkten Fluidverbindung zwischen dem Einlaßanschluß 10c und dem Auslaßanschluß 10b wird der Druck in dem Einlaßanschluß reduziert, wobei diese Druckdifferenz vermindert wird. Wenn der Druck in der Druckkammer 22 verringert wird, dann wird das Vorsteuerventil 28 in der Fig. 1 nach links bewegt, und zwar durch die Vorspannkraft der Feder 31, um die Rückführbohrung 117 zu schließen, wobei der Regelkolben 13 in Fig. 1 durch den Druck in der Druckkammer 22 und die Rückholfeder 120 nach links bewegt wird, um die direkte Fluidverbindung zwischen dem Einlaßanschluß 10c und dem Auslaßanschluß 10b zu unterbrechen. Folglich wird der Druck an Arbeitsöl, welches aus der Ölpumpe 50 abgegeben wird, in linearer Weise im Ansprechen auf die Änderung der Wassertemperatur im Kühler 53 geregelt.

Es wird darauf hingewiesen, daß ein Druckaufnahmebereich des Vorsteuerventils 118 beträchtlich kleiner ist als jener des Regelkolbens 13, wobei folglich eine Anziehungskraft, welche durch die geringe Höhe eines elektrischen Stromes erzeugt wird, dem Vorsteuerventil 118 ermöglicht, sich zu bewegen. Darüber hinaus wird die Fluidverbindung zwischen den beiden Anschlüssen 10c, 10b graduell bereitgestellt, so daß eine Regelschwingung des Regelkolbens 13 verhindert wird. Die Pulsation des Arbeitsöls, welches von der Ölpumpe 50 abgegeben wird, wird zu dem Einlaßanschluß 11c übertragen. Diese Pulsation wird durch die erste Drossel 18 um einige Grade verringert, wobei jedoch die Pulsation auf die Druckkammer 22 übertragen wird. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Rückführbohrung 117 mit der Druckkammer 22 über die zweite Drossel 20 und die Absorptionskammer 116 verbunden. Hierdurch wird die Pulsation durch die zweite Drossel 20 und die Absorptionskammer 116 verringert, wobei das Vorsteuerventil 118 daran gehindert wird, sich durch die Schwankungen des Fluiddrucks in der Druckkammer 22 infolge der Pulsation ungeachtet der elektromagnetischen Kraft zu bewegen. Da darüber hinaus in diesem Ausführungsbeispiel die Vorspannkraft der Rückholfeder 120 durch die Rotation des Einstellschraubenbauteils 123 justiert werden kann, ist es möglich, den maximalen Druckwert des Arbeitsöls einzustellen, welches von der Ölpumpe 50 abgegeben wird. Die Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegen­ den Erfindung. In Fig. 2 werden die gleichen Teile wie in Fig. 1 durch die gleichen Bezugszahlen gekennzeichnet. Mit Bezug auf die Fig. 2 ist das Einstellschraubenbauteil 123 mit einer Axialbohrung 123b versehen. Ein Ende eines Stifts 126 ist in das rechte Erde des Zentralkanals 118 (in Fig. 2) preßgepaßt, wobei das andere Ende des Stifts 126 gleitfähig in die Axialbohrung 123b eingesetzt ist, so daß eine Dämpfungskammer 127 in der Axialbohrung 123b ausgeformt wird. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wirkt die Pulsation des Arbeitsöls, welches durch die erste Drossel 18 um einige Grade verringert wird, auf das Vorsteuerventil 118 über die Rückführbohrung 17 ein. Hierdurch wird eine Axialkraft an das Vorsteuerventil 118 angelegt, so daß das Vorsteuerventil 118 entgegen der Vorspannkraft der Feder 120 nach rechts bewegt wird. Da zu diesem Zeitpunkt das Öl, welches in die Dämpfungskammer 127 eingefüllt ist, durch den Gleitspalt zwischen der Axialbohrung 123b und dem Stift 126 beschränkt wird, wird ein Strömungswiderstand erzeugt, wobei das Vorsteuerventil 118 daran gehindert wird, sich durch eine Fluidruck­ schwankung in der Druckkammer 22 infolge der Pulsation ungeachtet der elektromagnetischen Kraft zu bewegen.

Die Prinzipien, bevorzugter Ausführungsbeispiele und Betriebsweisen der vorliegenden Erfindung wurden in der vorstehenden Beschreibung näher erläutert. Die zu schützende Erfindung sollte jedoch nicht als auf die besonderen offenbarten Ausführungsformen beschränkt betrachtet werden, welche lediglich als illustrativ und nicht restriktiv zu betrachten sind. Variationen und Änderungen können vom Durchschnittsfachmann durchgeführt werden, ohne von dem Kern der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Aus diesem Grunde sollte die vorherstehende detaillierte Beschreibung lediglich beispielhaft und nicht als Beschränkung des Umfangs und des Kerns der Erfindung erachtet werden, wie er in den anliegenden Ansprüchen definiert ist.

Claims (3)

1. Elektromagnetisches Proportionaldruckregelventil mit:
einem Gehäuse (10), das zumindest einen Einlassanschluss (10c) und einen mit diesem verbindbaren Auslaßanschluß (10b) hat,
einem Regelkolben (13), der gleitfähig in dem Gehäuse (10) zum Öffnen und Schließen eines Kanals zwischen dem Einlassanschluss (10c) und dem Auslaßanschluß (10b) untergebracht ist,
einer Kolbeneinrichtung (23) mit einem Vorsteuerventil (118), welche zusammen mit dem Regelkolben (13) eine erste Druckkammer (22) ausbilden,
einem Rückführkanal (117), der durch die Kolbeneinrichtung (23) hindurch zwischen der ersten Druckkammer (22) und dem Auslaßanschluß (10b) angeordnet ist und dessen Öffnen und Schließen durch das Vorsteuerventil (118) geregelt wird,
einer Drossel (18) zum Begrenzen der Durchflußmenge zwischen dem Einlassanschluss (10b) und der ersten Druckkammer (22), und
einer elektromagnetischen Betätigungseinrichtung (111, 114) des Vorsteuerventils (118), um das Öffnen und Schließen des Rückführkanals (117) zu regeln,
gekennzeichnet durch
eine mit dem Vorsteuerventil (118) über eine Strömungsbegrenzungseinrichtung verbundene zweite Druckkammer (116; 127) zur Aufnahme von Fluiddruckschwankungen in der ersten Druckkammer (22).

2. Elektromagnetisches Proportionaldruckregelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsbegrenzungseinrichtung eine Drossel (20) ist.

3. Elektromagnetisches Proportionaldruckregelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsbegrenzungseinrichtung durch einen Gleitspalt zwischen einem Stift (126) und einer Axialbohrung (123b) ausgebildet ist.