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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf ein Ölflusssteuerungsventil
für einen Nockenwellenversteller.
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Nockenwellenversteller
werden verwendet, um die Winkelverwandtschaft der Riemenscheibe/des
Zahnrads an die Nockenwelle eines Motors zu steuern. Ein variabler
Nockenwellenversteller (VCP) ermöglicht
das Ändern
der Phasenverwandtschaft, während
der Motor läuft.
Typischerweise wird ein Nockenwellenversteller verwendet, um die
Einlassnocke auf einem dualen oben liegenden Nockenmotor zu verschieben,
um den Drehmomentverlauf des Motors zu verbreitern, um die Spitzenleistung
bei hohen Umdrehungen pro Minute zu erhöhen und die Leerlaufqualität zu verbessern.
Außerdem
kann die Auslassnocke durch einen Nockenwellenversteller verschoben
werden, um eine Steuerung der internen Ladungslösung bereitzustellen, die HC-
und NOx-Emissionen bedeutend reduzieren kann, oder um die Wirtschaftlichkeit
des Kraftstoffverbrauchs zu verbessern.
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Nockenwellenversteller
werden durch hydraulische Systeme gesteuert, die unter Druck stehendes
Schmieröl
von dem Motor verwenden, um die relative Position zwischen Nockenwelle
und Kurbelwelle zu ändern,
wodurch die Zeitsteuerung des Ventils abgeändert wird. Die Beschleunigungs-
oder Verzögerungsposition
der Nockenwelle wird über
ein Ölflusssteuerungsventil
angeordnet. Das Ölflusssteuerungsventil
(im Folgenden OCV) steuert den Ölfluss zu
unterschiedlichen Kanälen,
die in einen Nockenwellenversteller eintreten, wodurch die Winkelposition
der Nockenwelle relativ zu der Riemenscheibe oder dem Zahnrad gesteuert
wird. Der Druck des in den Kammern des Nockenwellenverstellers enthaltenen Öls wird
jedoch durch die Bewegung der Ventilsteuerung beeinflusst, so dass
der Öldruck
innerhalb des Nockenwellenverstellers Spitzen erreicht, die höher als
der Ölsteuerungslieferungsdruck
sein können,
d. h. dem durch den Motor bereitgestellten Öldruck. Dies kann zu einer
gewissen Menge an Umkehrölfluss über das
OCV führen,
was die Phasenratenleistung des Nockenwellenverstellsystems verringern
kann.
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Um
unter den oben genannten Umständen den
Umkehrölfluss
zu vermeiden, ist ein Sperrventil in den Ölkanal von entweder dem Zylinderkopf
oder dem Motorgehäuse
eingebaut worden. Ein solches Sperrventil stellt ebenfalls sicher,
dass sich der Nockenwellenversteller in Fällen, in denen der Öldruck reduziert
wird, zum Beispiel wenn der Motor gestoppt wird, nicht ausleert.
Diese Herangehensweise erhöht jedoch
die Kosten für
den Zylinderkopf oder den Motorblock erheblich. Außerdem kann
die Implementierung des Sperrventils wegen dem Leiten des Öls schwierig
sein. Des Weiteren sollte das Sperrventil nicht zu weit von dem
Nockenwellenversteller entfernt platziert sein, um immer noch wirksam
zu sein.
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Bei
US 5,291,860 ist das Sperrventil
in die Spule des OCV eingebaut. Bei
EP
1 447 602 ist das Sperrventil in die Seitenwände des Gehäuses des OCV
eingebaut. Das Sperrventil ist ein Federblatt, das die Form eines
Zylinderabschnitts aufweist. Wenn der Druck in dem Ölkanal,
der zu dem Sperrventil führt,
höher als
die Federkraft des Federblatts ist, kann Öl in das OCV eintreten. Wenn
andererseits der Öldruck
in dem OCV einen Druck erreicht, der höher als der Druck in dem relevanten Ölkanal ist,
neigt das Öl
in dem OCV dazu, gegen die innere Seite des Federblatts zu drücken, das
in eine geschlossene Position gezwungen wird, wodurch der Rückfluss
von Öl
in dem Ölkanal
verhindert wird.
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Das
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Ausführungsform
solcher Ölsteuerungsventile
bereitzustellen. Dieses Ziel wird durch ein OCV für einen
Nockenwellenversteller gemäß Anspruch
1 erreicht. Das Ölflusssteuerungsventil
für einen
Nockenwellenversteller, der eine Spule, ein Spulengehäuse und
ein Sperrventil gemäß der Erfindung
beinhaltet, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Spule eine Durchgangsbohrung
beinhaltet, und das Sperrventil in dem Spulengehäuse montiert ist, so dass es
sich durch die Durchgangsbohrung erstreckt.
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Eine
grundlegende Idee der Erfindung basiert im Wesentlichen auf der
Entdeckung, dass das Sperrventil auf der Spule des OCV, bekannt
aus
US 5,291,860 das
Gleichgewicht der Spule stören
kann, da der Druckausgleich der Spule unter bestimmten Betriebsbedingungen
vollständig
gestört
wird. Ein sich erhöhender Öldruck auf
dem Sperrventil erzeugt Kräfte,
die auf die Spule wirken und die Spule in eine Richtung zwingen.
Dies kann jedoch den Öldruck
in dem Nockenwellenversteller beeinflussen, und folglich die Präzision der
Einstellung des Nockenwellenverstellers. Des Weiteren kann es die
Leistung des Nockenwellenverstellers verringern.
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Gemäß der Erfindung
ist das Sperrventil folglich in dem Gehäuse des OCV eingebaut, um jegliche Beeinflussung
des Gleichgewichts einer Spule des OCV zu vermeiden, wenn sich der Öldruck in
dem OCV plötzlich
aufgrund von durch die Ventilsteuerung verursachten variierenden
Kräften
in dem Nockenwellenversteller ändert.
Die Erfindung ermöglicht
eine bessere Steuerung des OCV und folglich des Nockenwellenverstellers.
Dies verbessert das Motorverhalten insofern, dass präzisere Ventilsteuerungszeiten
erreicht werden können.
Des Weiteren ermöglichen
in dem OCV eingebaute Sperrventile die leichtere Bearbeitung des
Zylinderkopfs und eine verbesserte Betriebsfähigkeit.
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Ein
weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass, je näher das Sperrventil an den
unter Druck stehenden Kammern des Nockenwellenverstellers platziert
ist, desto weniger Ölvolumen
zwischen den Kammern und dem Sperrventil beinhaltet ist. Daher ist
das durch den Nockenwellenversteller unter Druck stehende Volumen
an Öl niedrig,
und folglich existiert kein oder wenig Dämpfung, die die Ventilsteuerungspräzision verbessert.
Da die Spule das Sperrventil nicht enthält, ist sie leichter als die
in
US 5,291,860 beschriebene
Spule des OCV. Folglich ist die Trägheit der Spule in dem OCV
gemäß der Erfindung klein,
und daher kann die Spule schneller reagieren als eine Spule mit
einem eingebauten Sperrventil. Des Weiteren reduziert die Durchgangsbohrung
in der Spule ferner die Masse der Spule und deren Trägheit.
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Die
abhängigen
Ansprüche
umreißen
vorteilhafte Formen der Ausführungsform
der Vorrichtung gemäß der Erfindung.
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Das
Sperrventil in dem Ölflusssteuerungsventil
beinhaltet vorzugsweise eine längliche
Kalotte und eine Kugel mit Federvorspannung, die in der Kalotte
enthalten ist. Die Kugel mit Federvorspannung funktioniert dann
als ein Mittel zum Verhindern des Ölflusses zurück in den Ölkanal.
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Ferner
befindet sich vorzugsweise die Kalotte des Sperrventils nahe eines
mittleren Abschnitts der Spule mit der Hauptachse der Kalotte und
der Hauptachse der Spule senkrecht ausgerichtet. Folglich sind die
Kraftwirkungsrichtung der Vorspannfeder und die Bewegungsrichtung
der Spule ebenfalls senkrecht ausgerichtet. Die Kraftwirkungsrichtung der
Vorspannfeder ist parallel zu einer Mittelachse des Ölkanals,
der in das Ölflusssteuerungsventil führt.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist die Durchgangsbohrung von länglicher gebogener oder kreisförmiger Form,
die in dem Gehäuse
eine Hin- und Herbewegung der Spule ermöglicht.
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In
weiterer Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung wird das Ölflusssteuerungsventil von
der Seite gespeist und das Sperrventil ist nahe dem relevanten Einlass,
insbesondere dem Einlass eines Ölversorgungskanals,
des Ölflusssteuerungsventils
platziert. Insbesondere ist das Sperrventil gegenüber dem
relevanten Einlass des Ölflusssteuerungsventils
platziert, folglich stimmen die zentrale Achse des relevanten Einlasses
oder des relevanten Ölkanals
und die Hauptachse des Sperrventils überein oder zumindest im Wesentlichen überein.
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In
weiterer Übereinstimmung
mit der Erfindung beinhaltet die Kalotte des Sperrventils mindestens
eine Öffnung,
die bereitgestellt wird, um Öl
zu ermöglichen,
von der Innenseite der Kalotte in die Durchgangsbohrung und von
dort, abhängig
von der Position der Spule, in nachfolgende Kammern des Nockenwellenverstellers
durchzulaufen.
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In
einer alternativen Ausführungsform
der Erfindung beinhaltet das Sperrventil zwei Vorspannfedern und
zwei Kugeln, die durch die zwei Vorspannfedern vorgespannt werden.
Folglich ist das Sperrventil gemäß der alternativen
Ausführungsform im
Wesentlichen eine Kombination von zwei Sperrventilen der oben beschriebenen
Ausführungsform. Ein
solches Sperrventil ist vorteilhaft, wenn das Ölflusssteuerungsventil über zwei
Seiteneinlässe
gespeist wird.
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Gemäß einer
weiteren alternativen Ausführungsform
sind die Hauptachse des Gehäuses
und die Hauptachse der Spule parallel, wobei die Spule nicht zentral
in dem Gehäuse
angeordnet ist. Folglich ist der Querschnitt des Gehäuses teilweise
sichelförmig,
wobei sich der breiteste Teil einer solchen Sichel vorzugsweise
in einem Bereich befindet, in dem das Sperrventil fest in dem Gehäuse montiert
ist. Die erhöhte
Wandgröße des Gehäuses in
dem obigen sichelförmigen
Abschnitt ermöglicht
ein verbessertes Fixieren des Sperrventils in dem Gehäuse.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus
der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung, gegeben als ein nicht einschränkendes Beispiel, dargestellt
in den Zeichnungen. Alle Elemente, die für das unmittelbare Verständnis der Erfindung
nicht erforderlich sind, werden ausgelassen. In der Zeichnung werden
die gleichen Elemente mit den gleichen Bezugszeichen in den verschiedenen
Figuren versehen, wobei:
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1 ein
Längsschnitt
durch ein OCV gemäß der Erfindung
mit einem in dem Spulengehäuse montierten
Sperrventil ist, das sich durch eine Durchgangsbohrung in der Spule
erstreckt,
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2 eine
seitliche Ansicht der Spule mit ihrer Durchgangsbohrung ist,
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3 ein
schematischer Längsschnitt
des OCV aus 1 ist,
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4 eine
schematische Querschnittsansicht durch das OCV aus 3 ist,
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5,
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6 und
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7 schematische
Querschnittsansichten alternativer Ausführungsformen des OCV in 3/4 sind.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
eines Ölflusssteuerungsventils
(OCV) für
einen Nockenwellenversteller gemäß der Erfindung
werden nun beschrieben.
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In
der folgenden Beschreibung werden zum Zweck der Erklärung und
nicht Einschränkung
spezifische Einzelheiten dargelegt, wie etwa bestimmte Ausführungsformen,
Techniken, etc. zum Bereitstellen eines gründlichen Verständnisses
der vorliegenden Erfindung. Es wird dem Fachmann jedoch ersichtlich
sein, dass die vorliegende Erfindung in anderen Ausführungsformen,
die von diesen spezifischen Einzelheiten abweichen, praktiziert
werden kann.
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In
anderen Fällen
werden detaillierte Beschreibungen bekannter Verfahren ausgelassen,
um die Beschreibung der vorliegenden Erfindung nicht mit unnötigen Einzelheiten
zu verdecken.
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1 zeigt
ein OCV 10 zum Steuern des Ölflusses von einem Ölversorgungskanal 12 in
einen Nockenwellenversteller eines Verbrennungsmotors. Das OCV 10 ist
im Allgemeinen in einer Bohrung in dem Motorzylinderkopf 14 montiert.
Das OCV 10 beinhaltet ein Gehäuse 16, eine Spule 18,
die sich in dem Gehäuse 16 befindet,
und eine Steuereinheit 20 zum Steuern der Position der
Spule 18 in dem Gehäuse 16.
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Das
Gehäuse 16 des
OCV 10 ist wie eine Hülse
gebildet und beinhaltet Öffnungen 22, 24 und 26,
die mit den Ölkanälen 28, 30 und 32,
die in dem Zylinderkopf 14 angeordnet sind, kooperieren.
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Der Ölfluss durch
das OCV 10 und die Kanäle 28, 30 und 32 wird
im Wesentlichen durch die Position der Spule 18 gesteuert,
die sich hin- und
herbewegend in dem Gehäuse 16 montiert
ist, wie im Fach wohl bekannt ist. Die Platzierung der Spule 18 in
dem Gehäuse 16 wird
durch die Steuereinheit 20 gesteuert, die vorzugsweise
einen Magnetantrieb umfasst.
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In
dem OCV ist ein Sperrventil 40 mit dem Gehäuse 16 verbunden.
Das Sperrventil 40 kann folglich als ein integraler Teil
des Gehäuses 16 entworfen
sein, kann aber alternativ direkt oder indirekt an dem Gehäuse 16 fixiert
sein. Die Struktur und der Betrieb dieses Sperrventils 40 werden
detaillierter in Verbindung mit den nachfolgenden Figuren beschrieben.
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In
der Ausführungsform
aus 1 wird der Ölversorgungskanal 12,
durch den das OCV 10 unter Druck stehendes Öl von dem
Motor empfängt
und Öl an
die Kanäle 28, 30 und 32 zum
Steuern der Ölversorgung
an den Nockenwellenversteller verteilt oder es von diesem empfängt, in
dem mittleren Teil des Gehäuses 16 platziert
und endet in einer durch eine Öffnung
in dem Gehäuse 16 gebildeten
Vorkammer 42.
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Bei
der vorliegenden Ausführungsform
tritt Öl
von dem Motor unter hohem Druck in die Vorkammer 42 ein.
Wenn die Vorkammer 42 mit Öl gefüllt ist, tritt das Öl über das
Sperrventil 40, das eine Kugel mit Federvorspannung 44,
eine Vorspannfeder 46 und eine Kalotte 48, insbesondere
eine längliche
Kalotte 48, enthält,
die die Vorspannfeder 46 und die Kugel enthält, in das
OCV ein. Sowohl der Öldruck
in der Spule 18 als auch die Kräfte dieser Vorspannfeder 46 drücken die
Kugel 44 gegen einen Einlasskanal 50 (vgl. 3),
im Wesentlichen ein Loch, das in der Kalotte 48 gebildet
ist.
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Das
Sperrventil 40 öffnet
sich, wenn der Öldruck
in der Vorkammer 42 die Kräfte der Vorspannfeder 46 und/oder
den Öldruck
innerhalb der Spule 18 übersteigt.
Wenn andererseits der Öldruck
innerhalb der Spule 18 und/oder die Kräfte der Vorspannfeder 46 den Öldruck in
der Vorkammer 42 übersteigen,
wenn sich z. B. der Öldruck
von dem Motor verringert, wird die Kugel 44 gegen den Einlasskanal 50 gedrückt und
schließt
das Sperrventil 40.
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2 ist
eine Seitenansicht der Spule 18. Wie aus 2 ersichtlich
ist, beinhaltet die Spule 18 eine Durchgangsbohrung 60.
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3 ist
ein länglicher
Teilabschnitt durch die Spule 18 und deren Gehäuse 16 entlang
der Hauptachse der Spule 18. Wie aus 3 ersichtlich ist,
ist das Sperrventil 40 so in dem Spulengehäuse 16 montiert,
dass es sich durch die Durchgangsbohrung 60 in die Spule 18 erstreckt.
Wie spezifisch in 3 dargestellt, beinhaltet das
Sperrventil 40 die Kalotte 48, die die Vorspannfeder 46 und
die Kugel mit Federvorspannung 44 enthält. Gemäß der in 3 dargestellten
Situation wird der Einlasskanal 50 so durch die Kugel mit
Federvorspannung 44 blockiert, dass die Vorspannfeder 46 die
Kugel 44 in der Position, in der der Einlasskanal 50 blockiert
ist, hält. Sobald
sich der Öldruck
von dem Ölversorgungskanal 12 oder
in der Vorkammer 42 soviel erhöht, wie er die Federkraft der
Vorspannfeder 46 und/oder den Öldruck innerhalb der Spule 18 übersteigt, öffnet sich der
Einlasskanal 50.
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Wie
aus 2 ersichtlich ist, ist die Durchgangsbohrung 60 von
länglicher
kreisförmiger
Form, die in dem Gehäuse 16 eine
Hin- und Herbewegung der Spule 18 ermöglicht.
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Die
Kalotte 48 beinhaltet mindestens eine Öffnung 62, die bereitgestellt
wird, um Öl
zu ermöglichen,
von der Innenseite der Kalotte 48 in die Durchgangsbohrung 60 und
von dort über
die Öffnungen 22, 24, 26 in
nachfolgende Ölkanäle 28, 30, 32,
die als Ölkanäle des Nockenwellenverstellers
funktionieren, durchzulaufen.
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Die
Vorkammer 42 beinhaltet einen Filter 64, der im
Umfang um das Gehäuse 16 in
dem Bereich der Vorkammer 42 angeordnet ist. Der Filter 64 stellt ein
Mittel bereit, um Feststoffe daran zu hindern, in das OCV 10 einzutreten.
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Da
das Sperrventil 40 fest in dem Gehäuse 16 montiert ist, beeinflussen
jegliche durch Druckspitzen in dem Nockenwellenversteller, insbesondere aufgrund
der Ventilsteuerung verursachte Kräfte, die auf das Sperrventil 40 wirken,
nicht die Position der Spule 18 in dem Gehäuse 16.
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4 ist
eine schematische Querschnittsansicht durch das OCV aus 3 entlang
der Schnittlinie III-III und zeigt die Kalotte 48 des Sperrventils 40 und
die Kugel mit Federvorspannung 44 sowie die Vorspannfeder 46.
Ebenfalls in 4 ist die mindestens eine Öffnung 62 in
der Kalotte 48, die Öl
ermöglicht,
von dem Sperrventil 40 in die Durchgangsbohrung 60 und
von dort, abhängig
von der vertikalen Position der Spule in nachfolgende Ölkanäle 28, 30, 32 durchzulaufen,
ersichtlich. In der Ausführungsform
aus 4 beinhaltet die Kalotte 48 vier Öffnungen 60,
wobei nur drei Öffnungen
aufgrund des Querschnitts durch die Mitte der Kalotte 48 sichtbar
sind.
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5 ist
eine schematische Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform
des OCV in 3 oder 4. Das OCV 10 gemäß der alternativen
Ausführungsform
beinhaltet eine Kalotte 48 mit zwei Kugeln mit Federvorspannung 44 bzw.
zwei Vorspannfedern 46. Die Funktionalität ist im
Wesentlichen identisch zu dem, was hier oben beschrieben wurde,
außer,
dass dieses alternative OCV 10 zum Empfangen von Öl für den Ölversorgungskanal 12 von
zwei Seiten bereitgestellt wird.
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6 ist
eine schematische Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform
des OCV in 5. Das OCV 10 gemäß der alternativen
Ausführungsform
beinhaltet zwei Vorspannfedern 46, die durch einen Teiler 66 getrennt
werden, der in die Kalotte 48 eingeführt wird oder integral mit
der Kalotte 48 gebildet wird. Die Funktionalität ist im
Wesentlichen identisch zu dem, was hier oben beschrieben wurde,
abgesehen davon, dass das alternative OCV 10 zum Empfangen
von Öl
für den Ölversorgungskanal 12 von
zwei Seiten mit der Möglichkeit
für jede der
Federn bereitgestellt wurde, unabhängig auf dem Gleichgewicht
des inneren und äußeren Öldrucks
zu reagieren.
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7 ist
eine schematische Querschnittsansicht einer weiteren alternativen
Ausführungsform des
OCV in 3 oder 4. Bei dem OCV 10 gemäß dieser
alternativen Ausführungsform
sind die Hauptachse des Gehäuses 16 und
die Hauptachse der Spule 18 parallel, wobei die Spule 18 nicht
zentral in dem Gehäuse 16 angeordnet
ist. Folglich ist der Querschnitt des Gehäuses 16 teilweise
sichelförmig, wobei
sich der breiteste Teil einer solchen Sichel vorzugsweise in einem
Bereich befindet, in dem das Sperrventil 40 fest in dem
Gehäuse 16 montiert
ist. Die erhöhte
Wandgröße des Gehäuses 16 in
dem obigen sichelförmigen
Abschnitt ermöglicht
ein verbessertes Fixieren des Sperrventils 40 in dem Gehäuse 16.
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Obwohl
in der obigen Beschreibung bevorzugte Ausführungsformen des OCV 10 gemäß der Erfindung
beschrieben wurden, ist es für
den Fachmann ersichtlich, dass ohne das Abweichen von den Prinzipien
der Erfindung weitere Ausführungsformen des
OCV 10 in den Bereich der Erfindung fallen, z. B. unterschiedliche
Platzierungen des Sperrventils 40 in dem Gehäuse 16 des
OCV.
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Daher
kann die Erfindung kurz gesagt als sich beziehend auf ein Ölflusssteuerungsventil 10 für einen
Nockenwellenversteller, der eine Spule 18, ein Spulengehäuse 16 und
ein Sperrventil 40 beinhaltet, beschrieben werden, wobei
die Spule 18 eine Durchgangsbohrung 60 beinhaltet
und das Sperrventil 40 so in dem Spulengehäuse 16 montiert
ist, dass es sich durch die Durchgangsbohrung 60 erstreckt
und dem Sperrventil 40 ermöglicht, in dem Gehäuse 16 des Ölflusssteuerungsventils 10 montiert
zu sein, wobei sich die Spule 18 um das Sperrventil 40 hin-
und herbewegt, um jegliches Beeinflussen des Gleichgewichts einer
Spule 18 zu vermeiden, wenn sich der Öldruck in dem Ölflusssteuerungsventil 10 plötzlich aufgrund
von durch die Ventilsteuerung variierenden Kräften in dem Nockenwellenversteller ändert.
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- 10
- OCV
(Ölflusssteuerungsventil)
- 12
- Ölversorgungskanal
- 14
- Zylinderkopf
- 16
- Gehäuse
- 18
- Spule
- 20
- Steuereinheit
- 22
- Öffnung
- 24
- Öffnung
- 26
- Öffnung
- 28
- Ölkanal
- 30
- Ölkanal
- 32
- Ölkanal
- 40
- Sperrventil
- 42
- Vorkammer
- 44
- Kugel
mit Federvorspannung
- 46
- Vorspannfeder
- 48
- Kalotte
- 50
- Einlasskanal
- 60
- Durchgangsbohrung
(in Spule 18)
- 62
- Öffnung (in
Kalotte 48)
- 64
- Filter
- 66
- Teiler