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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein elektromagnetisch betriebenes
Ventil gemäß den Oberbegriffen
der unabhängigen
Ansprüche.
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Beschreibung des Stands der
Technik
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US 2003/0047699 A1 offenbart
ein gattungsbildendes elektromagnetisch betriebenes Ventil. Das Ventil
hat ein Ventilgehäuse
und einen in dem Ventilgehäuse
gleitbar aufgenommenen Ventilkörper
zum Regulieren des dorthin zugeführten
Fluiddrucks; einen Stator mit einem Kern, der mit einem ringförmigen Vorsprungsabschnitt
versehen ist; einen Kolben, der in dem Stator aufgenommen ist, um
in einer Innenbohrung, die in dem Stator ausgebildet ist, gleitbar
geführt
zu sein, und der in dem ringförmigen
Vorsprungsabschnitt beweglich ist; eine Feder zum elastischen Drängen des
Ventilkörpers
in Richtung des Kolbens; und einen Elektromagneten zum Magnetisieren
des Stators, um den Kolben gegen die Federkraft der Feder anzuziehen,
um den Kolben in den ringförmigen
Vorsprungsabschnitt zu bewegen. Der ringförmige Vorsprungsabschnitt ist
mit einem konischen Abschnitt, dessen Querschnittsfläche zu seinem
hinteren Ende hin kleiner wird, und einem dünnen zylindrischen Abschnitt
ausgebildet, der von dem hinteren Ende des konischen Abschnitts
vorsteht. Zusätzlich
kann der ringförmige
Vorsprungsabschnitt optional mit einem Loch und einem Öffnungsabschnitt
an der Innenseite des dünnen
zylindrischen Abschnitts versehen sein.
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Weiter
wird im Allgemeinen ein elektromagnetisch betriebenes Ventil zum
Steuern eines Fluiddrucks verwendet, der auf eine Kupplung aufgebracht
wird, die ein Bauteil eines Automatikgetriebes ist, das in einem
Kraftfahrzeug angeordnet ist. Eines der elektromagnetisch betriebenen
Ventile dieser Bauart ist in
JP-11-287348 A beschrieben. In dem bekannten
elektromagnetisch betriebenen Ventil ist ein Kern, der durch einen
Elektromagneten magnetisiert wird, mit einem ringförmigen konischen
Abschnitt an seinem hinteren Ende versehen. Der konische Abschnitt
hat eine äußere Fläche, die
derart geneigt ist, dass sich die magnetische Anziehungskraft aufgrund des
Einflusses der passenden Neigung des konischen Abschnitts kaum verändert, wenn
ein vorderes Ende eines Ventilkörpers
in dem konischen Abschnitt angezogen wird. Das Kennzeichen, dass
sich die magnetische Anziehungskraft kaum verändert, wenn das vordere Ende
des Kolbens in dem konischen Abschnitt bewegt wird, ist wirksam,
um die Dämpfungskraft
zu verbessern, die auf den Kolben wirkt, und dadurch wird verhindert,
dass die Kupplung durch die Druckschwankung vibriert, wenn ein hoher
elektrischer Strom auf den Elektromagneten aufgebracht wird und
es keine Strömung
eines Hochdruckfluids von dem Auslassanschluss zu der Kupplung gibt.
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In
JP-2000-274564 A steht
ein ringförmiger zylindrischer
Abschnitt von dem hinteren Ende des ringförmigen konischen Abschnitts
vor, um die magnetische Anziehungskraft zu erhöhen, wenn das vordere Ende
des Kolbens an dem Ende des ringförmigen zylindrischen Abschnitts
ist.
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Bei
einem elektromagnetisch betriebenen Ventil ist es wirksam, wenn
ein niedriger elektrischer Strom auf den Elektromagneten aufgebracht
wird, so dass ein niedriger Fluiddruck zu der Kupplung zugeführt wird,
den Öffnungsgrad
einer Verbindung eines Einlassanschlusses, an dem Fluid mit konstantem Druck
eingebracht wird, mit dem Ausschlussanschluss zu erhöhen, um
das Ansprechverhalten der Kupplung zu verbessern. Andererseits ist
das Kennzeichen wirksam, dass sich die magnetische Anziehungskraft
kaum verändert,
wenn sich der Kolben bewegt, um die Dämpfungskraft zu verbessern,
die auf den Kolben wirkt, und dadurch wird verhindert, dass die
Kupplung durch die Druckschwankung vibriert, wenn der stark ansteigende
elektrische Strom auf den Elektromagneten aufgebracht wird. Daher
ist ein derartig elektromagnetisch betriebenes Ventil erwünscht, das
das druckregulierte Fluid zu der Kupplung zuführt, so dass das Ansprechverhalten
der Kupplung groß ist,
wenn ein niedriger elektrischer Strom auf den Elektromagneten aufgebracht
wird, und dass das Kupplungsvibrieren nicht auftritt, wenn der ansteigende
hohe elektrische Strom auf den Elektromagneten aufgebracht wird.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein elektromagnetisch
betriebenes Ventil gemäß den Oberbegriffen
der unabhängigen
Ansprüche
derart weiter zu verbessern, dass es das Ansprechverhalten einer
Vorrichtung verbessern kann, die einen Fluiddruck von dem elektromagnetisch
betriebenen Ventil zuführt,
während
ein elektrischer Strom, der auf (an) den Elektromagneten aufgebracht
(angelegt) wird, in einem Bereich eines niedrigen Stroms ist, und
es ferner verhindern kann, dass die Vorrichtung durch die Fluiddruckschwankung
vibriert, während
ein elektrischer Strom, der auf den Elektromagneten aufgebracht
wird, in einem Bereich eines hohen Stroms ist.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist durch die Merkmale gelöst, die
in den unabhängigen Ansprüchen 1 bzw.
2 definiert sind.
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Vorteilhafte
Weiterentwicklungen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist ein elektromagnetisch betriebenes Ventil vorgesehen, das
ein Ventilgehäuse
und einen Ventilkörper,
der in dem Ventilgehäuse
gleitbar aufgenommen ist, um den dorthin zugeführten Fluiddruck zu regulieren,
einen Stator mit einem Kern, der mit einem ringförmigen Vorsprungsabschnitt
versehen ist, einen Kolben, der in dem Stator aufgenommen ist, um
in einer Innenbohrung, die in dem Stator ausgebildet ist, gleitbar
geführt
zu sein, und der in dem ringförmigen
Vorsprungsabschnitt beweglich ist, eine Feder zum elastischen Drängen des
Ventilkörpers
in Richtung des Kolbens, und einen Elektromagneten zum Magnetisieren
des Stators hat, um den Kolben gegen die Federkraft der Feder anzuziehen,
um den Kolben in den ringförmigen
Vorsprungsabschnitt zu bewegen. Der ringförmige Vorsprungsabschnitt ist
mit einem konischen Abschnitt, dessen Querschnittsfläche zu seinem
hinteren Ende hin kleiner wird, und mit einem dünnen zylindrischen Abschnitt
ausgebildet ist, der von dem hinteren Ende des konischen Abschnitts vorsteht.
Ein Absatz, der eine Endfläche
hat, ist an der Außenseite
des ringförmigen
Vorsprungsabschnitts zwischen dem hinteren Ende des konischen Abschnitts
und dem dünnen
zylindrischen Abschnitt ausgebildet.
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Mit
dieser Gestaltung kann, da der Absatz an der Außenseite des ringförmigen Vorsprungsabschnitts
zwischen dem konischen Abschnitt und dem dünnen zylindrischen Abschnitt
ausgebildet ist, der konische Abschnitt derart ausgebildet sein,
dass er eine Neigung in einem beliebig geeigneten Ausmaß aufweist,
wobei sich die magnetische Anziehungskraft kaum verändert, wenn
sich der Kolben in dem konischen Abschnitt bewegt. Demgemäß wird die Dämpfungskraft
verbessert, die auf den Kolben wirkt, und es wird verhindert, dass
die Kupplung durch die Druckschwankung vibriert, wenn der stark
ansteigende elektrische Strom auf den Elektromagneten aufgebracht
wird. Ferner kann der ringförmig
zylindrische Abschnitt dünn
genug ausgebildet sein, um das Ansprechverhalten der Kupplung zu
verbessern, wenn ein niedriger elektrischer Strom auf den Elektromagneten
aufgebracht wird, so dass ein niedriger Fluiddruck zu der Kupplung
zugeführt
wird.
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Kurzbeschreibung der nachstehenden
Zeichnungen
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Die
vorstehende Aufgabe und viele der dazugehörigen Vorteile der vorliegenden
Erfindung können
am besten mit Bezug auf das bevorzugte Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung verstanden werden, wenn man diese in Zusammenhang mit den
beigefügten
Zeichnungen betrachtet, wobei die gleichen Bezugszeichen die gleichen
oder korrespondierenden Teile in den verschiedenen Ansichten darstellen.
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1 ist
eine längsverlaufende
Schnittansicht eines elektromagnetisch betriebenen Ventils eines
ersten Ausführungsbeispiels
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2 ist
eine vergrößerte Schnittansicht,
die einen konischen Abschnitt eines Kerns zeigt;
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3 ist
eine längsverlaufende
Schnittansicht einer Kupplung, zu der ein Fluiddruck von dem elektromagnetisch
betriebenen Ventil zugeführt
wird;
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4 ist
ein Graph, der die Charakteristika eines Verhältnisses zwischen einer magnetischen Anziehungskraft
und einer Position des Kolbens zeigt;
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5 ist
ein Graph, der die Charakteristik des Fluiddrucks zeigt, der mit
der Zeit ansteigt;
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6 ist
ein Graph, der die Charakteristika des Fluiddrucks zeigt, der sich
verändert,
wenn ein elektrischer Strom ansteigt, der an einen Elektromagneten
angelegt wird;
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7 ist
eine vergrößerte Schnittansicht,
die einen konischen Abschnitt eines Kerns eines zweiten Ausführungsbeispiels
zeigt;
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8 ist
eine vergrößerte Schnittansicht,
die einen konischen Abschnitt eines Kerns eines dritten Ausführungsbeispiels
zeigt;
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9 ist
eine vergrößerte Schnittansicht,
die einen konischen Abschnitt eines Kerns eines vierten Ausführungsbeispiels
zeigt.
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Ausführliche
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
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Nachstehend
ist ein elektromagnetisch betriebenes Ventil des ersten Ausführungsbeispiels
gemäß der vorliegenden
Erfindung mit Bezug auf 1 beschrieben. Das elektromagnetisch
betriebene Ventil 10 in diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist aus einem elektromagnetischem Antriebsbereich 11 und
einem Ventilkörperventilbereich 12 gebildet,
der an einem Ende des elektromagnetischen Antriebsbereich 11 befestigt
ist. Der elektromagnetische Antriebsbereich 11 ist vor
allem aus einer Abdeckung 14, einem Kern 15, einem
Joch 16, einem Elektromagneten 17 und einem Kolben 18 gebildet.
Der Ventilkörperventilbereich 12 ist
vor allem aus einem Ventilgehäuse 19 und
einem Ventilkörper 20 gebildet,
der in dem Ventilgehäuse 19 gleitbar
aufgenommen ist.
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Die
Abdeckung 14, die eine zylindrische Form mit einem Boden
(das heißt,
eine Becherform) hat, nimmt das Joch 16 und den Kern 15 in
sich auf. Die Abdeckung 14, das Joch 16 und der
Kern 15 sind aus einem magnetischen Material hergestellt.
Der Kern 15 ist mit einem Flansch 21 in dem Öffnungsabschnitt
der Abdeckung 14 und einem zylindrischen Abschnitt 22 versehen,
der sich von dem Flansch 21 in Richtung des Bodens der
Abdeckung 14 erstreckt. Das Joch 16 ist mit einem
Flansch 23 in dem Bodenabschnitt der Abdeckung 14 und
einem zylindrischen Abschnitt 24 versehen, der sich von
dem Flansch 23 in Richtung des Öffnungsabschnitts der Abdeckung 14 erstreckt.
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Der
zylindrische Abschnitt 22 des Kerns 15 und der
zylindrische Abschnitt 24 des Jochs 16 sind in
einen Edelstahlring 25 eingepasst, der aus einem nichtmagnetischen
Material hergestellt ist, so dass der Kern 15 und das Joch 16 axial
zueinander ausgerichtet sind, wobei ein Luftspalt dazwischen definiert ist,
der die Endflächen
der zylindrischen Abschnitte 22 und 24 magnetisch
trennt. Der Kolben 18, der aus einem magnetischen Material
hergestellt ist, ist in einem Durchgangsloch gleitbar eingepasst,
das in dem Joch 16 entlang seiner Achse ausgebildet ist.
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Der
Flansch 23 des Jochs 16 ist in den Bodenabschnitt
der Abdeckung 14 eingepasst, und der Flansch 21 des
Kerns 15 ist in den Öffnungsabschnitt der
Abdeckung 14 eingepasst, so dass ein ringförmiger Raum 26 um
die zylindrischen Abschnitte 22 und 24 zwischen
den Flanschen 23 und 21 ausgebildet ist. Eine
Spule 27 eines Elektromagnets 17 ist in dem ringförmigen Raum 26 ortsfest
eingepasst.
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Der
Kern 15 ist mit einem abgestuften Durchgangsloch entlang
seiner Achse vorgesehen, dessen Loch 30 mit großem Durchmesser
eine geeignete Länge
hat, um dadurch einen ringförmigen
Vorsprungsabschnitt 31 an seinem hinteren Ende auszubilden.
Der Durchmesser des Lochs 30 mit großem Durchmesser ist ein wenig
größer als
der Durchmesser des Kolbens 18, so dass sich das vordere
Ende des Kolbens 18 in das Loch 30 mit großem Durchmesser
bewegen kann. Ferner ist die Länge
des Lochs 30 mit großem
Durchmesser ein wenig länger als
die maximale Distanz, um die sich der Kolben 18 von einer
eingefahrenen Position bewegt, in der seine hintere Endfläche an der
inneren Bodenfläche
der Abdeckung 14 anliegt, wie in 1 gezeigt
ist.
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Wie
ausführlich
in 2 gezeigt ist, ist der ringförmige Vorsprungsabschnitt 31 aus
einem konischen Abschnitt 32, dessen Querschnittsfläche kleiner
wird, wenn sich der Querschnitt dem hinteren Ende des konischen
Abschnitts 32 nähert,
und einem dünnen
zylindrischen Abschnitt 33 gebildet, der von der hinteren
Endfläche
des konischen Abschnitts 32 in Richtung des Jochs 16 vorsteht.
Die Dicke der Wand des zylindrischen Abschnitts 33 beträgt 0,3–0,5 Millimeter.
Der Durchmesser des hinteren Endes des konischen Abschnitts 32 ist
größer als
ein äußerer Durchmesser
des dünnen
zylindrischen Abschnitts 33, um einen Absatz 34 auszubilden,
der eine Endfläche
hat, die zu der Richtung der axialen Bewegung des Kolbens 18 senkrecht
ist.
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Durch
Ausbilden des Absatzes 34 an der Außenseite des ringförmigen Vorsprungsabschnitts 31 zwischen
dem konischen Abschnitt 32 und dem dünnen zylindrischen Abschnitt 33 ist
es möglich,
dass der konische Abschnitt eine beliebig geeignete Neigung hat,
obwohl der dünne
zylindrische Abschnitt mit der Wand der geeigneten Dicke ausgebildet
ist. In anderen Worten ist es nicht erforderlich, dass der hintere
Enddurchmesser des konischen Abschnitts 32 gleich wie der äußere Durchmesser
des dünnen
zylindrischen Abschnitts 33 ist.
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Der
ringförmige
Vorsprungsabschnitt 31 wirkt dazu, um einen Fluss zwischen
dem Kern 15 und dem Kolben 18 in dem magnetischen
Kreis zu bewirken, der durch den Kern 15 den Kolben 18,
das Joch 16, die Abdeckung 14 und den Elektromagneten 17 gebildet
wird. Der Kern 15, das Joch 16 und die Abdeckung 14 bilden
einen Stator 13.
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Das
Ventilgehäuse 19,
in dem ein Ventilkörper 20 gleitbar
aufgenommen ist, ist in Anliegekontakt mit dem Flansch 21 des
Kerns 15 in dem Öffnungsabschnitt
der Abdeckung 14 angeordnet. Das Ventilgehäuse 19 ist
durch Verstemmen des Öffnungsendabschnitts
der Abdeckung 14 mit einem Flansch des Ventilgehäuses 19,
der in Anliegekontakt mit dem Flansch 21 des Kerns 15 ist,
an dem elektromagnetischen Antriebsbereich 11 axial ausgerichtet
befestigt. Der Kern 15 und das Joch 16, die in der
Abdeckung 14 aufgenommen sind, sind zwischen dem Boden
der Abdeckung 14 und dem Flansch des Ventilgehäuses 19 axial
befestigt, wobei zwischen ihnen der Edelstahlring 25 angeordnet
ist.
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In
dem Ventilgehäuse 19 ist
ein erstes Ventilloch 35, ein zweites Ventilloch 36,
das einen größeren Durchmesser
als das erste Ventilloch 35 hat, und ein Federaufnahmeloch 37 vorgesehen,
das mit dem zweiten Ventilloch 36 verbunden ist, wobei
die Löcher zu
dem Kern 15 und dem Kolben 18 koaxial sind.
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Der
Ventilkörper 20 ist
mit einem ersten Stegabschnitt 41 und einem zweiten Stegabschnitt 42, die
in das erste Ventilloch 35 eingepasst sind, und einem dritten
Stegabschnitt 43 vorgesehen, der in dem zweiten Ventilloch 36 eingepasst
ist. Der zweite Stegabschnitt 42 und der dritte Stegabschnitt 43 sind
zueinander benachbart, um zwischen ihnen einen Absatzabschnitt 44 auszubilden.
Der Absatzabschnitt 44 ist eine ringförmige Nut, die zwischen dem
ersten Ventilloch 35 und dem zweiten Ventilloch 36 ausgebildet
ist, um dadurch eine Rückführkammer
zu definieren. Ein Rückführanschluss 45,
der mit der Rückführkammer
verbunden ist, ist in dem Ventilgehäuse 19 radial ausgebildet.
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Der
erste Stegabschnitt 41 und der zweite Stegabschnitt 42 sind
miteinander durch einen Abschnitt 46 mit kleinem Durchmesser
verbunden, wobei zwischen ihnen ein geeigneter axialer Abstand vorhanden
ist. Eine ringförmige
Nut 47, die zu dem Abschnitt 46 mit kleinem Durchmesser
zugewandt ist, ist an einer inneren Fläche des ersten Ventillochs 35 ausgebildet.
Ein Auslassanschluss 48, der mit der ringförmigen Nut 47 verbunden
ist, ist an der axial mittigen Position des Ventilgehäuses 21 ausgebildet. Der
Auslassanschluss 48 ist durch eine nicht gezeigte Leitung
mit dem Rückführanschluss 45 verbunden. Ein
Auslassanschluss 49, der mit einem Reservoir verbunden
ist, und ein Einlassanschluss 50, der mit einer Fluidzufuhrquelle
verbunden ist, sind in dem Ventilgehäuse 21 an jeweiligen
Seiten des Auslassanschlusses 48 radial ausgebildet. Der
Abgabeanschluss 49 und der Einlassanschluss 50 sind
zu dem Ventilloch 35 an jeweiligen Positionen offen, an
denen die gegenüberliegenden
Endflächen
des ersten und des zweiten Stegabschnitts 41 und 42 angeordnet
sind. Das Ventilgehäuse 21 hat
einen Ablassanschluss 51, der zu dem Federaufnahmeloch 37 offen ist.
Ein Stangenabschnitt 52, der ausgebildet ist, um von einem
hinteren Ende des Ventilkörpers 20 vorzustehen,
erstreckt sich durch das gestufte Durchgangsloch des Kerns 15 und
liegt an der vorderen Endfläche
des Kolbens 18 an.
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Die Öffnung des
Federaufnahmelochs 37 ist durch einen Stopfen 53 geschlossen,
der in das vordere Ende des Ventilgehäuses 21 geschraubt
ist. Eine Feder 54 ist zwischen dem Ventilkörper 20 und dem
Stopfen 53 angeordnet, um den Ventilkörper 20 elastisch
nach hinten zu drängen,
wobei der Stangenabschnitt 52 an dem Kolben 18 anliegt.
Somit wird in der Ruhestellung der Kolben 18 in der eingefahrenen
Position gehalten, in der seine hintere Endfläche an der inneren Bodenfläche der
Abdeckung 14 anliegt. Wie in 1 und 2 gezeigt
ist, wenn der Kolben in der eingefahrenen Position ist, sind das hintere
Ende des ringförmigen
Vorsprungsabschnitts 31 des Kerns 15 und das vordere
Ende des Kolbens 18 miteinander axial übereinstimmend.
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Ein
Fluiddruck, der auf einen konstanten Druck durch ein nicht gezeigtes
Regelventil gesteuert wird, wird zu dem Einlassanschluss 50 von
der Fluidzufuhrquelle zugeführt.
Der Abgabeanschluss 48 ist durch eine Zufuhrleitung 61,
wie in 3 gezeigt ist, mit einer Druckkammer verbunden,
die in einer Kupplung 60 eines Automatikgetriebes vorgesehen
ist. Die Kupplung 60 ist eine Vorrichtung, zu der der Fluiddruck
von dem elektromagnetisch betriebenen Ventil 10 zugeführt wird.
Die Kupplung 60 ist aus einem Kolben 63, der in
Erwiderung auf den Fluiddruck bewegt wird, der zu der Druckkammer
zugeführt
wird, und aus mehreren Kupplungsplatten 64 gebildet, die
zueinander in Reibungseingriff stehen, wenn sie durch den Kolben 63 gedrückt werden.
Der Kolben 63 wird durch eine auf ihn ausgeübte Federkraft
einer Feder 65 gedrängt,
um die Kupplungsplatten 64 zu trennen, und er wird gegen
die Federkraft der Feder 65 bewegt, wenn der Fluiddruck
zu der Druckkammer der Kupplung 60 zugeführt wird,
um die Kupplungsplatten 63 zu betätigen.
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Ein
Betrieb des elektromagnetisch betriebenen Ventils 10 des
ersten Ausführungsbeispiels
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist nachstehend erläutert.
Wenn der Elektromagnet nicht erregt ist, wird der Ventilkörper 20 durch
die Feder 45 gedrängt,
um den Kolben 18 nach rechts zu bewegen, wie in 1 gezeigt
ist, so dass der Kolben 18 und der Ventilkörper 20 in
der eingefahrenen Position gehalten werden, in der die hintere Endfläche des
Kolbens an der inneren Bodenfläche
der Abdeckung 14 anliegt. In dieser Ruhestellung ist der
Auslassanschluss 48 mit dem Abgabeanschluss 49 verbunden,
aber er ist nicht über
den zweiten Stegabschnitt 42 des Ventilkörpers 20 mit
dem Einlassanschluss 50 verbunden.
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Wenn
ein elektrischer Strom an den Elektromagneten 17 angelegt
wird, wird der Stator 13 im Verhältnis zu dem Ausmaß des elektrischen
Stroms magnetisiert, der an diesen angelegt wird, und dadurch wird
der Kolben 18 gemeinsam mit dem Ventilkörper 20 gegen die
Federkraft der Feder 54 in Richtung des Kerns 15 angezogen.
Im Verhältnis
zu dem Bewegungsbetrag des Ventilkörpers 20 erhöht sein zweiter
Stegabschnitt 42 den Öffnungsgrad
einer Verbindung des Einlassanschlusses 50 mit dem Auslassanschluss 48,
und der erste Stegabschnitt 41 verringert den Öffnungsgrad
einer Verbindung des Auslassanschlusses 48 mit dem Abgabeanschluss 49.
Demgemäß wird der
Fluiddruck P erhöht,
der von dem Auslassanschluss 48 zu der Druckkammer der Kupplung 60 zugeführt wird,
so dass die Kupplung 60 durch die Reibungskraft, die an
den Kupplungsplatten 64 in Verhältnis zu dem Ausmaß des an
dem Elektromagneten 17 angelegten elektrischen Stroms erzeugt
wird, in Eingriff gebracht wird.
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Der
Fluiddruck P von dem Auslassanschluss 48 wird ferner durch
den Rückführanschluss 45 zu der
Rückführkammer
zugeführt,
um auf den Absatzabschnitt 44 zu wirken, der zwischen dem
zweiten Stegabschnitt 42 und dem dritten Stegabschnitt 43 ausgebildet
ist. Eine Rückführkraft,
die das Produkt des Fluiddrucks P multipliziert mit der Flächendifferenz
zwischen dem zweiten Stegabschnitt 42 und dem dritten Stegabschnitt 43 ist,
wirkt auf den Ventilkörper 20 in
der gleichen Richtung, in der die Federkraft der Feder 54 auf
diesen wirkt.
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Bei
dem elektromagnetisch betriebenen Ventil 10 werden der
Kolben 18 und der Ventilkörper 20 in einer Gleichgewichtsposition
gehalten, in der eine magnetische Anziehungskraft, mit der der Kern 15 den
Kolben in Verhältnis
zu dem elektrischen Strom anzieht, der an dem Elektromagneten 17 angelegt
wird, zu der Summe der Federkraft der Feder 54 und der
Rückführkraft,
die auf den Ventilkörper 20 ausgeübt wird,
im Gleichgewicht ist, wodurch der Fluiddruck P durch das Ausmaß des elektrischen Stroms
gesteuert wird, der an dem Elektromagneten 17 angelegt
wird.
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Der
Fluiddruck P wird durch die folgende Gleichung berechnet: F(Ix)
= P·S
+ k(a + L – x),
wobei I ein elektrischer Strom ist, der an dem Elektromagneten 17 angelegt
wird, k die Federkonstante der Feder 54 ist, L die maximale
Distanz ist, um die sich der Kolben 18 und der Ventilkörper 20 zwischen
der eingefahrenen Position und der am weitesten ausgefahrenen Position
ist, in der der Ventilkörper 20 an
der Feder 53 anliegt, x eine tatsächliche Distanz ist, um die
der Kolben 18 und der Ventilkörper 20 von der am weitesten
ausgefahrenen Position entfernt sind, S die Flächendifferenz zwischen dem
zweiten Stegabschnitt 42 und dem dritten Stegabschnitt 43 ist,
a der anfängliche
Druckbetrag der Feder 54 ist, und F(Ix) eine magnetische
Anziehungskraft ist, die auf den Kolben 18 ausgeübt wird,
wenn ein elektrischer Strom I an dem Elektromagneten 17 angelegt
wird und der Kolben 18 um eine Distanz x von der am weitesten
ausgefahrenen Position entfernt ist.
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In
dem ersten Ausführungsbeispiel
ist, da der dünne
zylindrische Abschnitt 33 an dem hinteren Abschnitt des
ringförmigen
Vorsprungsabschnitts 31 ausgebildet ist, der Sättigungsgrad
des dünnen
zylindrischen Abschnitts 33 bezogen auf einen magnetischen
Fluss hoch, selbst wenn der elektrische Strom, der an dem Elektromagneten 17 angelegt
wird, niedrig ist, wobei das vordere Ende des Kolbens 18 innerhalb
des Bereichs Ra positioniert ist, der in Achsrichtung zu dem dünnen zylindrischen
Abschnitt 33 korrespondiert, wie in 2 und 4 gezeigt
ist, wobei sich die magnetischen Anziehungskraft erhöht, wenn sich
die tatsächliche
Distanz x verringert, wie in einem Graph in 4 gezeigt
ist. Wenn der elektrische Strom, der an dem Elektromagneten 17 angelegt wird,
hoch ist, wobei das vordere Ende des Kolbens 18 innerhalb
des Bereichs Rb positioniert ist, der in der Achsrichtung zu dem
konischen Abschnitt 32 korrespondiert, wie in 2 gezeigt
ist, verändert
sich die magnetische Anziehungskraft, wenn sich die tatsächliche
Distanz x verringert, aufgrund des Einflusses der Neigung des geeigneten
Ausmaßes
des konischen Abschnitts 32 kaum, wie in dem Graph in 4 gezeigt
ist.
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Der
Kolben 18 und der Ventilkörper 20 werden in
der Gleichgewichtsposition gehalten, in der die magnetische Anziehungskraft,
die auf den Kolben 18 ausgeübt wird, und die Summe der
Federkraft der Feder 54 und der Rückführkraft, die auf den Ventilkörper 20 ausgeübt wird,
im Gleichgewicht ist. Während
der Kolben 63 in Erwiderung auf den Fluiddruck (nachstehend
vereinfacht als "Kolbenbewegungszustand" bezeichnet), bewegt
wird, wird der Fluiddruck P von dem Auslassanschluss 48 kleiner
als der von dem Auslassanschluss 48, während der Kolben 63 stoppt,
nachdem die Kupplungsplatten 64 betätigt wurden, um die Kupplung 60 unter
Reibkrafteinwirkung in Eingriff zu bringen (nachstehend vereinfacht als
Kolbenstoppzustand" bezeichnet).
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Daher
verändert
sich in dem Kolbenbewegungszustand die Gleichgewichtsposition des
Kolbens 18 entlang einer strichpunktierten Linie A in 4,
wenn sich die magnetische Anziehungskraft verändert, und es verändert sich
in dem Kolbenstoppzustand die Gleichgewichtsposition des Kolbens 18 entlang
doppeltstrichpunktierten Linie B in 4. Dieser
Zusammenhang zeigt ferner an, dass der Kolben 18 um eine
größere Distanz
von der ausgefahrenen Position in dem Kolbenbewegungszustand als
in dem Kolbenstoppzustand angezogen wird, wenn der gleiche elektrische
Strom an dem Elektromagneten 17 angelegt wird.
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Der
Graph, der in 4 gezeigt ist, zeigt die Charakteristika
der Verhältnisse
zwischen den magnetischen Anziehungskräften und den tatsächlichen Distanzen
x an, wenn der elektrische Strom, der an dem Elektromagneten 17 angelegt
wird, als ein Parameter verändert
wird, wobei das linke Ende bzw. das rechte Ende der waagrechten
Achse zu der am weitesten ausgefahrenen Position bzw. der eingefahrenen
Position des Kolbens 18 korrespondieren. Die Linien A bzw.
B zeigen das jeweilige Verhältnis
zwischen der magnetischen Anziehungskraft, die in Erwiderung auf
den elektrischen Strom erzeugt wird, der an dem Elektromagneten 17 angelegt
wird, und der tatsächlichen
Distanz x, um die der Kolben 18 in der Gleichgewichtsposition
von der am weitesten ausgefahrenen Position entfernt ist, in dem
Kolbenbewegungszustand bzw. in dem Kolbenstoppzustand an.
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Wenn
ein elektrischer Strom an dem Elektromagneten 17 angelegt
wird, werden der Kolben 18 und der Ventilkörper 20 zunächst in
dem Kolbenbewegungszustand zu der Gleichgewichtsposition bewegt,
wobei der Fluiddruck P1 von dem Auslassanschluss 48 zu
der Druckkammer der Kupplung 60 zugeführt wird. Nachdem der Kolben 63 an
den Kupplungsplatten 64 anliegt, werden der Kolben 18 und der
Ventilkörper 20 in
die Gleichgewichtsposition in dem Kolbenstoppzustand bewegt, wobei
der Fluiddruck P auf den Druck P2 erhöht wird, so dass die Kupplungsplatten 64 unter
Reibungskraftwirkung miteinander eingreife. Ein Graph, der in 5 gezeigt ist,
zeigt derartige Charakteristika des Fluiddrucks P an, der sich mit
der Zeit T erhöht.
Der Fluiddruck P1 in dem Kolbenbewegungszustand ist um eine Druckdifferenz δP (= P2 – P1) kleiner
als der Fluiddruck P2 in dem Kolbenstoppzustand. Ein Graph, der
in 6 gezeigt ist, zeigt die Charakteristika des Fluiddrucks in
den jeweiligen Zuständen
an, die sie sich entsprechend verändern, wenn sich der elektrische
Strom erhöht.
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Die
Druckdifferenz δP
wird mittels einer Gleichung δP
= (–δF(Ix) + kδx)/S berechnet,
wobei δF(Ix) die
Differenz zwischen den magnetischen Anziehungskräften ist, die auf den Kolben 18 ausgeübt werden,
wobei der elektrische Strom in den jeweiligen Zuständen an
den Elektromagneten 17 angelegt wird, δx die Differenz zwischen den
tatsächlichen Distanzen
x des Kolbens 18 in den Gleichgewichtspositionen in den
jeweiligen Zuständen
ist, und k die Federkonstante der Feder 54 ist.
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Während der
elektrische Strom, der an den Elektromagneten 17 angelegt
wird, in einem Bereich eines niedrigen Stroms ist, wobei das vordere
Ende des Kolbens 18 in der Gleichgewichtsposition in dem Kolbenstoppzustand
in dem Bereich Ra positioniert ist, ist die magnetische Anziehungskraft,
die auf den Kolben 18 in der Gleichgewichtsposition in
dem Kolbenstoppzustand ausgeübt
wird, kleiner als die, die auf den Kolben 18 in der Gleichgewichtsposition
in dem Kolbenbewegungszustand ausgeübt wird. Während der elektrische Strom,
der an dem Elektromagneten 17 angelegt wird, in einem Bereich
eines hohen Stroms ist, in dem das vordere Ende des Kolbens 18 in
der Gleichgewichtsposition in dem Kolbenstoppzustand in dem Bereich
Rb positioniert ist, gibt es eine geringe Differenz zwischen den
magnetischen Anziehungskräften,
die auf den Kolben 18 in den Gleichgewichtspositionen in den
jeweiligen Zuständen
ausgeübt
werden. Ein Graph in 4 zeigt derartige Charakteristika.
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Wenn
es die Druckdifferenz δP
gibt, erhöht sich
die Differenz kδx
zwischen den tatsächlichen Distanzen
x des Ventilkörpers 20 in
den Gleichgewichtspositionen in den jeweiligen Zuständen in Übereinstimmung
mit der Differenz δF(Ix)
zwischen den magnetischen Anziehungskräften, die auf den Kolben 18 in
den Gleichgewichtspositionen in den jeweiligen Zuständen ausgeübt werden,
das heißt,
die Gleichgewichtsposition des Ventilkörpers 20 in dem Kolbenbewegungszustand
wird derart verlagert, so dass der zweite Stegabschnitt 42 des
Ventilkörpers 20 den Öffnungsgrad
der Verbindung des Einlassanschlusses 50 mit dem Auslassanschluss 48 erhöht. Daher
erhöht
sich, wenn der elektrische Strom in dem Bereich eines niedrigen
Stroms auftritt, in dem die Differenz zwischen den magnetischen
Anziehungskräften
in den jeweiligen Zuständen
gibt, die Strömungsrate
des Fluids, das durch den Einlass- und den Auslassanschluss 50, 48 in
die Druckkammer der Kupplung 60 zugeführt wird, um das Ansprechverhalten
der Kupplung 60 zu verbessern.
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Die
Kupplung 60 neigt zu Vibrationen, wenn ein ansteigender
hoher elektrischer Strom an dem Elektromagneten 17 angelegt
wird, um eine ansteigende magnetische Anziehungskraft auf den Kolben 18 auszuüben, und
dadurch wird ein hoher Fluiddruck zu der Kupplung in dem Kolbenstoppzustand zugeführt. In
dem ersten Ausführungsbeispiel
verbessert sich, da ein Winkel O, der zwischen der fast waagrechten
Linie und der geneigten doppelstrichpunktierten Linie aufgespannt
wird, groß ist,
wie in einer Ellipse Z in 4 gezeigt
ist, die Dämpfungskraft, die
auf den Kolben 18 und den Ventilkörper 20 wirkt, während der
elektrische Strom der an dem Elektromagneten 17 angelegt
wird, in dem Bereich eines hohen Stroms ist. Die nahezu waagrechte
Linie zeigt die magnetische Anziehungskraft an, wenn sich die tatsächliche
Distanz x verringert, und die geneigte doppeltstrichpunktierte Linie
zeigt die Summe der Federkraft der Feder 54 und der Rückführkraft
an. Wenn der elektrische Strom, der an dem Elektromagneten angelegt
wird, erhöht
wird, um den Fluiddruck zu erhöhen,
neigt der Kolben 18 dazu, die Gleichgewichtsposition in
dem Kolbenstoppzustand zu überschreiten.
Jedoch ist die Dämpfungskraft
groß,
die auf den Kolben 18 und den Ventilkörper 20 wirkt, um diese
zu der Gleichgewichtsposition zurückzubewegen, da der Winkel Θ groß ist, und
dadurch ist das Dämpfungsvermögen des
Kolbens 18 und des Ventilkörpers 20 hoch. Demgemäß wird verhindert,
dass die Kupplung 60 durch die Fluiddruckschwankung vibriert.
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Da
der Absatz 34 mit einer Endfläche an der Außenseite
des ringförmigen
Vorsprungabschnitts 31 zwischen dem konischen Abschnitt 32 und
dem dünnen
zylindrischen Abschnitt 33 vorgesehen ist, kann der konische
Abschnitt 32 derart ausgebildet sein, dass er eine Neigung
in einem beliebig geeigneten Ausmaß aufweist, in dem sich die
magnetische Anziehungskraft kaum verändert, wenn sich der Kolben 18 in
dem konischen Abschnitt 32 bewegt. Die Wand des ringförmigen zylindrischen
Abschnitts 33 kann dünn
genug ausgebildet sein, um das Ansprechverhalten der Kupplung 60 zu
verbessern, zu der ein Fluiddruck von dem elektromagnetisch betriebenen Ventil 10 zugeführt wird.
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In 7 ist
ein ringförmiger
Vorsprungsabschnitt 31 eines Kerns 15 des zweiten
Ausführungsbeispiels
gezeigt. Der ringförmige
Vorsprungsabschnitt 31 ist aus einem konischen Abschnitt 32 und einem
dünnen
zylindrischen Abschnitt 33 gebildet. In dem zweiten Ausführungsbeispiel
ist ein Absatz 134, der eine leicht geneigte Endfläche hat,
zwischen einem hinteren Ende des konischen Abschnitts 32 und dem
dünnen
zylindrischen Abschnitt 33 ausgebildet. Daher kann der
konische Abschnitt 32 mit einer Neigung in einem beliebig
geeigneten Ausmaß ausgebildet
sein.
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In
dem dritten Ausführungsbeispiel,
wie in 8 gezeigt ist, ist ferner ein ringförmiger Vorsprungsabschnitt 31 eines
Kerns 15 aus einem konischen Abschnitt 32 und
einem zylindrischen Abschnitt 33 gebildet. Der dünne zylindrische
Abschnitt 33 in dem dritten Ausführungsbeispiel hat eine Wand, die
ungefähr
zweimal so dick wie die Wand des dünnen zylindrischen Abschnitts 33 in
dem ersten Ausführungsbeispiel
ist. Durch Vergrößern der
Wanddicke des zylindrischen Abschnitts 33 wird verhindert, dass
der zylindrische Abschnitt 33 durch eine Trennkraft verformt
wird, die durch ein Werkzeug aufgebracht wird, während der zylindrische Abschnitt 33 mit
einem Werkzeug bei der Massenproduktion von Kernen bearbeitet wird.
Da aber die Wand des zylindrischen Abschnitts 33 in dem
dritten Ausführungsbeispiel
verstärkt
ist, ist der Sättigungsgrad
des dünnen
zylindrischen Abschnitts 33 eines magnetischen Flusses
kleiner als der in dem ersten Ausführungsbeispiel. Ein Absatz
mit einer Endfläche
ist an der Außenseite
des ringförmigen
Vorsprungsabschnitts 31 nicht ausgebildet.
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In
dem dritten Ausführungsbeispiel
ist der Kern 15 mit einem gestuften Durchgangsloch entlang seiner
Achse vorgesehen, dessen Loch 30 mit großem Durchmesser
mit einem Öffnungsabschnitt 33a an
der Innenseite des zylindrischen Abschnitts 33 vorgesehen
ist. Ein Innendurchmesser des Öffnungsabschnitts 33a ist
ein wenig größer als
der des anderen Abschnitts des Lochs 30 mit großem Durchmesser.
Demgemäß ist ein
Luftspalt C1 zwischen dem Öffnungsabschnitt 33a des
zylindrischen Abschnitts 33 und dem Kolben 18,
der sich darin bewegt, größer als
ein Luftspalt C2 zwischen dem anderen Abschnitt des Lochs 30 mit
großem
Durchmesser und dem Kolben 18. Ein größerer Betrag des Spalts C1
zwischen dem Öffnungsabschnitt 33a und
dem Kolben 18 ist derart festgelegt, dass die Erhöhung eines
magnetischen Widerstands aufgrund der Erhöhung des Spalts C1 die Verringerung
des Sättigungsgrads
des zylindrischen Abschnitts 33 bezogen auf einen magnetischen
Fluss aufgrund deren Vergrößerung der Dicke
aufhebt. Daher sind die Charakteristika der magnetischen Anziehungskraft,
die sich erhöht, wenn
sich der Kolben 18 in den zylindrischen Abschnitt 33 in
dem dritten Ausführungsbeispiel
bewegt, im Wesentlichen die gleichen wie in dem ersten Ausführungsbeispiel.
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In 9 ist
ein ringförmiger
Vorsprungsabschnitt 31 eines Kerns 15 des vierten
Ausführungsbeispiels
gezeigt. Der ringförmige
Vorsprungsabschnitt 31 ist auch aus einem konischen Abschnitt 32 und
einem dünnen
zylindrischen Abschnitt 33 gebildet. Der dünne zylindrische
Abschnitt 33 in dem vierten Ausführungsbeispiel hat auch eine
dickere Wand und einen Öffnungsabschnitt 33a an
seiner Innenseite. In dem vierten Ausführungsbeispiel ist ein Absatz 34,
der eine Endfläche
senkrecht zu der Richtung der axialen Bewegung des Kolbens 18 hat,
an der Außenseite
des ringförmigen
Vorsprungsabschnitts 31 zwischen dem hinteren Ende des
konischen Abschnitts 32 und dem dünnen zylindrischen Abschnitt 33 ausgebildet.
Daher kann der konische Abschnitt 32 mit einer Neigung
in einem beliebig geeigneten Ausmaß ausgebildet sein.
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Zahlreiche
Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung sind angesichts
der vorstehenden Lehren möglich.
Es ist daher selbstverständlich,
dass die vorliegende Erfindung innerhalb des Schutzumfangs der angefügten Ansprüche anderwärtig als
vorstehend beschrieben ausgeführt werden
kann.