DE69808787T2

DE69808787T2 - Kraftfahrzeugregelventil mit zweiteiligem magnetpolstück

Info

Publication number: DE69808787T2
Application number: DE69808787T
Authority: DE
Inventors: F. Busato; E. Hussey; Allan Tamman
Original assignee: Siemens VDO Automotive Inc
Current assignee: Continental Tire Canada Inc
Priority date: 1997-09-03
Filing date: 1998-08-26
Publication date: 2003-07-24
Anticipated expiration: 2018-08-27
Also published as: WO1999011920A1; DE69808787D1; JP2001515266A; US5924675A; AU8850198A; EP1009928B1; EP1009928A1

Description

Diese Erfindung betrifft allgemein Emissionsregelventile von Kraftfahrzeugen. Ein speziellerer Aspekt betrifft Abgasrezirkulationsventile (EGR) für Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen.
Eine geregelte Motorabgasrezirkulation ist eine häufig eingesetzte Technik zum Reduzieren der Stickoxide in Verbrennungsprodukten, die von einer Brennkraftmaschine an die Atmosphäre abgegeben werden. Ein bekanntes EGR-System umfaßt ein EGR-Ventil, das in Abhängigkeit von verschiedenartigen Motorbetriebsbedingungen über eine Schaltung gesteuert wird, um die Menge des Motorabgases zu regeln, die zum angesaugten Kraftstoff- Luft-Gemisch, das zur Verbrennung in den Motor eintritt, rezirkuliert wird, um auf diese Weise die Verbrennungstemperatur zu begrenzen und somit die Bildung von Stickoxiden zu verringern.
Wenn EGR-Ventile am Motor montiert werden, sind sie einer rauhen Betriebsumgebung ausgesetzt, die große Temperaturextreme und Vibrationen aufweist. Durch die gesetzlichen Emissionsbestimmungen werden immer größere Anforderungen an eine verbesserte Steuerung von derartigen Ventilen gestellt. Der Einsatz einer elektrischen Betätigungseinheit stellt ein Mittel dar, um eine verbesserte Steuerung zu erhalten. Damit derartige elektrische Betätigungseinheiten wirtschaftlich erfolgreich sind, müssen sie jedoch in der Lage sein, in solch extremen Umgebungen über eine ausgedehnte Gebrauchsdauer korrekt zu funktionieren. Ferner stellen bei der Massenproduktion von Kraftfahrzeugen die Kosteneffektivität und Größe der einzelnen Komponenten signifikante Faktoren dar. Ein EGR-Ventil, das ein genaueres und schnelleres Ansprechvermögen besitzt, kann von Vorteil sein, da es für eine verbesserte Regelung der Endrohremissionen, ein verbessertes Fahrvermögen und/oder einen verbesserten Kraftstoffverbrauch eines Fahrzeuges sorgt, das mit einer Brennkraftmaschine versehen ist, die mit einem EGR-System ausgerüstet ist. Ein Ventil mit einer kompakteren Größe kann aufgrund der Beschränkungen des im Motorabteil eines Fahrzeuges vorhandenen Raumes von Vorteil sein. Die DE-A-195 03 736 (Pierburg GmbH) beschreibt eine elektromagnetische Betätigungseinheit für Abgasventile, die so ausgebildet ist, daß damit Neigungen zum Blockieren einer Ankerführung vermieden werden.
Erfindungsgemäß wird ein zweiteiliger Polschuh für einen Magnetkreis einer elektromagnetischen Betätigungseinheit eines Emissionsregelventiles eines Kraftfahrzeuges geschaffen, der ein zentrales Nabenteil und ein äußeres Flanschteil, das in Umfangsrichtung um das Nabenteil herum angeordnet und mit diesem verbunden ist, aufweist und dadurch gekennzeichnet ist, daß das zentrale Nabenteil gegenüberliegende axiale Enden besitzt, von denen eines eine Querschulter aufweist, von der aus sich ein Hals axial erstreckt, und daß das Flanschteil eine mittlere Öffnung besitzt, die in den Nabenteilhals und gegen die Nabenteilschulter gepaßt ist.
Zum Erreichen von einem oder mehreren der vorstehend genannten Ziele betrifft ein anderer Aspekt der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines zweiteiligen Polschuhs einer elektromagnetischen Betätigungseinheit eines Emissionsregelventiles eines Kraftfahrzeuges mit den folgenden Schritten:
Bearbeiten eines radial inneren axial verlaufenden Profiles und eines radial äußeren axial verlaufenden Profiles in einem Metallteil zur Herstellung einer zentralen Nabe, so daß die zentrale Nabe gegenüberliegende axiale Enden besitzt, von denen eines eine Querschulter aufweist, von der aus sich ein Hals axial erstreckt;
Stanzen eines Metallstreifens zur Herstellung eines äußeren Flanschteiles, das so ausgebildet ist, daß es eine mittlere Öffnung bildet, die auf das Nabenteil und gegen die Nabenteilschulter gepaßt werden kann; und
Verbinden des äußeren Flanschteiles mit dem zentralen Nabenteil.
Die vorstehend genannten Merkmale sowie andere Merkmale zusammen mit diversen Vorteilen der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung und den nachfolgenden Patentansprüchen in Verbindung mit den Zeichnungen hervor. Die Zeichnungen, die einen Teil dieser Beschreibung bilden, betreffen eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung gemäß der gegenwärtig als beste Art und Weise angesehenen Verwirklichung der Erfindung.
Von den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine Vorderansicht eines elektrischen EGR-Ventiles (EEGR-Ventiles), das Prinzipien der Erfindung verkörpert;
Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht, hauptsächlich im Schnitt, des EEGR-Ventiles der Fig. 1;
Fig. 3 eine Draufsicht auf eines der Teile des EEGR-Ventiles in einem vergrößerten Maßstab, nämlich einen Anker;
Fig. 4 eine Schnittansicht in Richtung der Pfeile 4-4 in Fig. 3; und
Fig. 5 eine vergrößerte Schnittansicht eines anderen Teiles des EEGR-Ventiles in einem geringfügig vergrößerten Maßstab, nämlich eines unteren Polschuhs.
Fig. 1 zeigt die äußere Erscheinungsform eines elektrischen EGR-Ventiles (EEGR-Ventiles) 10, das Prinzipien der vorliegenden Erfindung verkörpert. Das EEGR- Ventil 10 besitzt eine Ventilgehäusekonstruktion, die aus einer metallischen Basis 12, einem allgemein zylindrischen metallischen Gehäuse 14, das am oberen Ende der Basis 12 angeordnet ist, und einer nichtmetallischen Kappe 16, die einen Verschluß für das sonst offene obere Ende des Gehäuses 14 bildet, besteht.
Die Innenkonstruktion des Ventiles 10 ist in den Fig. 2-5 dargestellt. Fig. 2 zeigt eine imaginäre Achse AX. Die Basis 12 umfaßt einen inneren Hauptabgaskanal 18, der einen Einlaß oder eine Einlaßöffnung 20 koaxial zur Achse AX und einen Auslaß oder eine Auslaßöffnung 22 mit radialem Abstand vom Einlaß 20 aufweist. Sowohl der Einlaß 20 als auch der Auslaß 22 stehen mit entsprechenden Kanälen in einem Motor in Verbindung, wenn das Ventil daran montiert ist, vorzugsweise mit der Achse AX im wesentlichen vertikal, so daß der Einlaß mit dem Abgassystem des Motors und der Auslaß mit dem Ansaugsystem des Motors in Verbindung stehen. Die erfindungsgemäßen Aspekte des Ventiles sind jedoch auch für andere Montageanordnungen geeignet.
Ein Ventilsitz 24 ist im Kanal 18 koaxial zum Einlaß 20 befestigt. Der Ventilsitz 24 hat Ringform und umfaßt ein Durchgangsloch mit einer kegelstumpfförmigen Sitzfläche 24a, die sich um seinen inneren Rand erstreckt. Ein einstückiges Nichtdurchflußventilelement 26 verläuft koaxial zur Achse AX und umfaßt einen Nichtdurchflußventilkopf 28 und einen Ventilschaft 30, der sich koaxial vom Kopf 28 erstreckt. Der Kopf 28 ist so geformt, daß er mit dem Sitz 24 zusammenwirkt, und hat einen Außenumfang, der eine kegelstumpfförmige Fläche 28a besitzt, die in vollem Umfangskontakt mit der Sitzfläche 24a steht, wenn sich das Ventil in der in Fig. 2 gezeigten geschlossenen Position befindet. Der Schaft 30 umfaßt ein erstes kreiszylindrisches Segment 32, das sich vom Kopf 28 aus erstreckt, ein zweites kreiszylindrisches Segment 34, das sich vom Segment 32 aus erstreckt, und ein drittes kreiszylindrisches Segment 36, das sich vom Segment 34 aus erstreckt. Das Segment 34 besitzt einen größeren Durchmesser als beide Segmente 32, 36. Das Ventilelement 26 ist als einstückige Konstruktion, die aus einem homogenen Material besteht, dargestellt. Das dargestellte Ventilelement 26 hat somit eine monolithische Struktur. Alternativ dazu kann das Ventilelement 26 auch aus zwei oder mehreren Einzelteilen bestehen, die integriert werden, um eine einstückige Konstruktion zu bilden.
Das Ventil 10 umfaßt ferner ein Lagerelement 40, bei dem es sich mit der Ausnahme eines Kreisflansches 42 zwischen seinen gegenüberliegenden axialen Enden prinzipiell um ein kreiszylindrisches Element handelt. Die Basis 12 besitzt eine Gegenbohrung 44, die so ausgebildet ist, daß sie einen Flansch 42 aufnimmt. Da die Gegenbohrung den Kanal 18 schneidet, erstreckt sie sich nicht vollständig in Umfangsrichtung. An ihrem unteren Ende besitzt die Gegenbohrung eine Schulter. Ein oberer Randflansch eines Ablenkelementes 46 ist axial zwischen dem Flansch 42 und der Gegenbohrungsschulter fixiert. Das Ablenkelement 46 ist ein Metallteil, das so geformt ist, daß es in Umfangsrichtung einen Abschnitt des Lagerelementes 40 unter dem Flansch 42 und einen Abschnitt des Schaftsegmentes 32, der sich vom Segment 34 erstreckt, festlegt. Das Ablenkelement 46 endet in einem Abstand vom Ventilkopf 28, so daß es den Abgasstrom durch den Kanal 18 nicht einschränkt, aber mindestens in einem gewissen Ausmaß das Gas vom Schaft 30 und vom Lagerelement 40 weg lenkt.
Das Lagerelement 40 umfaßt des weiteren ein zentrales kreisförmiges Durchgangsloch oder eine Durchgangsbohrung 48, mit der das Schaftsegment 34 in enger Gleitpassung steht. Das Lagerelement 40 besteht aus einem Material, das ein gewisses Ausmaß an Schmierfähigkeit besitzt und für eine Führung des Ventilelementes 26 entlang der Achse AX mit geringer Reibung sorgt.
Das Gehäuse 14 enthält eine elektromagnetische Betätigungseinheit, nämlich ein Solenoid, 50 koaxial zur Achse AX. Die Betätigungseinheit besitzt eine elektromagnetische Spule 52 und einen Spulenträger 54 aus polymerem Material. Der Spulenträger 54 hat einen mittleren rohrförmigen Kern 54c und Flansche 54a, 54b an gegenüberliegenden Enden des Kernes 54c. Die Spule 52 umfaßt eine Länge eines magnetischen Drahtes, der zwischen den Flanschen 54a, 54b um den Kern 54c gewickelt ist. Entsprechende Enden des magnetischen Drahtes sind an entsprechende elektrische Klemmen 56, 58, die am Flansch 54a montiert sind, angeschlossen.
Die Betätigungseinheit 50 umfaßt ferner eine Statorkonstruktion, die der Spule 52 zugeordnet ist, um einen Abschnitt eines Magnetkreises zu bilden. Die Statorkonstruktion umfaßt einen oberen Polschuh 60, der an einem Ende der Betätigungseinheit koaxial zur Achse AX angeordnet ist, und einen unteren Polschuh 62, der am gegenüberliegenden Ende der Betätigungseinheit koaxial zur Achse AX vorgesehen ist. Ein Abschnitt der Wand des Gehäuses 14, der sich zwischen den Polschuhen 60, 62 erstreckt, vervollständigt das Äußere der Statorkonstruktion von Spule und Spulenträger.
Ein ringförmiger Luftzirkulationsraum 66 ist im Gehäuse 14 in Axialrichtung zwischen der Basis 12 und der Betätigungseinheit 50 vorgesehen. Dieser Luftraum ist über diverse Luftzirkulationsöffnungen oder Durchgangsöffnungen 68, die sich durch das Gehäuse 14 erstrecken, zur Außenseite hin offen. Das Gehäuse 14 umfaßt eine Seitenwand 70, die im wesentlichen koaxial zur Achse AX angeordnet ist, sowie eine Endwand 72, über die das Gehäuse an der Basis 12 montiert ist.
Jedes Loch 68 hat einen unteren Rand, der im Abstand von der Endwand 72 angeordnet ist, mit Ausnahme einer integrierten Entwässerung 69, die mittig in bezug auf die Umfangsabmessung eines jeden Loches angeordnet ist und sich bis zur Endwand 72 erstreckt. Hierdurch kann jede beliebige Flüssigkeit, die sich an der Endwand 72 im Raum 66 ansammeln kann, durch Schwerkraft aus dem Raum abgeführt werden, so daß im Prozeß im wesentlichen die Integrität zwischen der Seitenwand 70 und de r Endwand 72 aufrechterhalten wird. In wünschenswerter Weise ist eine thermische Isolation 73 zwischen der Endwand 72 und der Basis 12 angeordnet.
Die Seitenwand 70 verjüngt sich geringfügig in der Richtung zur Basis 12. In dem Abschnitt der Gehäuseseitenwand, der den Raum 66 umgibt, sind mit Umfangsabstand diverse Lappen 74 vorgesehen, die sich von der Seitenwand nach innen erstrecken, um Ruheflächen 76 zu bilden, auf denen der untere Polschuh 62 gelagert ist. Benachbart zu ihrem offenen oberen Ende enthält die Gehäuseseitenwand entsprechende Lappen 78, die Ruheflächen 80 bilden, auf denen der obere Polschuh 60 gelagert ist. Die Kappe 16 schließt das sonst offene obere Ende des Gehäuses 14 und besitzt einen äußeren Rand 82, der über einen Klemmring 86 fest gegen einen Rand 84 am Ende der Gehäuseseitenwand gehalten wird. Eine kreisförmige Dichtung 88 ist zwischen der Kappe und dem Gehäuse angeordnet, um hierzwischen eine abgedichtete Verbindung vorzusehen. Die Innenfläche der Kappe 16 besitzt Gebilde 90, die mit dem oberen Polschuh 60 in Eingriff stehen, um diesen gegen Anschläge 80 zu halten und auf diese Weise den oberen Polschuh in Axialrichtung am Gehäuse zu positionieren. Die Kappe 16 besitzt ein erstes Paar von elektrischen Klemmen 92, 94, die an die Klemmen 56, 58 angepaßt sind. Die Klemmen 92, 94 stehen von der Kappe vor, wobei sie von einer Hülle 96 aus dem Kappenmaterial umgeben sind, um einen Anschluß zu bilden, der eine passende Verbindung mit einem Anschluß (nicht gezeigt) eines Kabelbaumes herstellen kann, um die Betätigungseinheit an eine elektrische Steuerschaltung anzuschließen.
Die Kappe 16 besitzt ferner einen Turm 98, der einen Innenraum für einen Positionssensor 100 vorsieht. Der Sensor 100 umfaßt eine Vielzahl von elektrischen Klemmen, die allgemein mit der Bezeichnung T versehen sind und sich von einem Korpus 102 des Sensors 100 aus erstrecken und in die Hülle 96 vorstehen, um den Sensor an eine Schaltung anzuschließen. Der Sensor 100 besitzt ferner einen federvorgespannten Sensorschaft oder Kolben 104, der koaxial zur Achse AX angeordnet ist.
Die Konstruktion des Ventiles 10 ist derart, daß eine Leckage zwischen dem Kanal 18 und dem Luftzirkulationsraum 66 verhindert wird. Das Lagerelementdurchgangsloch 48 ist zum Kanal 18 hin offen, jedoch hat der Ventilschaftabschnitt 34 eine ausreichend enge Gleitpassung darin, um das Durchgangsloch im wesentlichen zu schließen und ein Lecken zwischen dem Kanal 18 und dem Luftzirkulationsraum 66 zu verhindern, während eine Führung des Schaftes mit niedriger Reibung vorgesehen wird und der Druck an der Auslaßöffnung 22 auf den Querschnittsbereich des Schaftabschnittes 34 einwirken kann. Im Raum 66 begrenzt ein Ablenkelement 105 in Umfangsrichtung den Abschnitt des Schaftes, der sich durch den Raum erstreckt. Das Ablenkelement 105 umfaßt ein kreiszylindrisches dünnwandiges Element, dessen gegenüberliegende axiale Enden aufgeweitet sind, um mit dem unteren Polschuh 62 und der Gehäuseendwand 72 in Eingriff zu treten und auf diese Weise eine Barriere zu bilden, die verhindert, daß Luft ün Luftzirkulationsraum den Schaft erreicht. Der untere Endabschnitt des Ablenkelementes 105 ist mit enger Passung um den oberen Endabschnitt des Lagerelementes 40 angeordnet, das kurz vor dem unteren Polschuh 62 aufhört, so daß bei Nichtvorhandensein des Ablenkelementes der Schaft direkt Fremdmaterial ausgesetzt wäre, das in den Raum 66 eindringen könnte, wie beispielsweise Schmutzwasser.
Bei dem oberen Polschuh 60 handelt es sich um ein einstückiges Teil, das eine zentrale axiale Nabe 60a mit zylindrischer Wand und einen radialen Flansch 60b an einem Ende der Nabe 60a aufweist. Der Flansch 60b besitzt eine Öffnung, durch die Klemmen 56, 58 dringen können. Die Nabe 60a ist koaxial im oberen Ende des Durchgangsloches im Spulenträgerkern 54c angeordnet, wobei der Spulenträgerflansch 54a gegen den Flansch 60b stößt. Auf diese Weise werden der Spulenträger und der obere Polschuh axial und radial festgelegt.
Der untere Polschuh 62 hat eine zweiteilige Konstruktion, die aus einem zentralen Nabenteil 62a und einem Flanschteil 62b besteht, welche miteinander verbunden sind und ein einziges Teil bilden. Eine ringförmige Wellenfeder 106 ist um die Nabe 62a herum angeordnet und zwischen dem Flansch 62b und dem Spulenträgerflansch 54b positioniert und hält den Spulenträgerflansch 54a gegen den Flansch 60b. Daher wird eine gesteuerte dimensionale Beziehung zwischen den beiden Polschuhen und der am Spulenträger montierten Spule aufrechterhalten, die gegenüber äußeren Einflüssen, wie beispielsweise Temperaturänderungen, unempfindlich ist.
Die Betätigungseinheit 50 umfaßt des weiteren einen Anker 110, der in Verbindung mit der Statorkonstruktion den Magnetkreis der Betätigungseinheit vervollständigt. Zusätzliche Einzelheiten des Ankers sind in den Fig. 3 und 4 dargestellt. Der Anker 110 umfaßt einen einheitlichen ferromagnetischen Zylinder, der in einer diesen umgebenden dünnwandigen und nichtmagnetischen zylindrischen Hülse 112 geführt ist, welche sich zwischen den Naben der Polschuhe 60 und 62 innerhalb des Durchgangsloches des Spulenträgerkernes erstreckt. Das obere Ende der Hülse 112 enthält einen Flansch 113, der zwischen der Kappe 16 und dem Polschuh 60 fixiert ist, um die Hülse an Ort und Stelle festzulegen. Der Anker 110 hat gegenüberliegende axiale Endflächen, die senkrecht zur Achse AX verlaufen. Ein mit einer entsprechenden Wandung versehenes Kreisloch 114, 116 erstreckt sich von einer entsprechenden Endfläche koaxial zur Achse AX in den Anker. Im Anker sind die inneren Enden dieser Löcher 114, 116 durch eine Querwand 118 des Ankers voneinander getrennt. Eine Reihe von Kreislöchern 120, die unter Intervallen von 120º um die Ankerachse zentriert sind, erstreckt sich durch die Wand 118 zwischen den beiden Löchern 114, 116.
Das Schaftsegment 36 besitzt einen freien distalen Endabschnitt, der eine Zone mit einer Reihe von sich in Umfangsrichtung erstreckenden Sägezähnen oder Widerhaken 121 enthält. Ein Positionierungselement 122 ist an diesem freien distalen Endabschnitt des Schaftsegmentes 36 angeordnet und hieran befestigt. Das Positionierungselement 122 besitzt eine zylindrische Seitenwand 124 mit einem halbkugelförmigen Dom 126 an einem axialen Ende und einem Flansch 128 am anderen Ende. Das Positionierungselement ist durch örtliches Verformen der Seitenwand 124 auf die Widerhaken 121 am Ventilschaft befestigt. Der Dom 126 ist im Loch 116 angeordnet und gegen die Wand 118 gelagert. Der Flansch 128 ist in bezug auf das Loch 116 außen angeordnet und bildet einen Sitz für ein axiales Ende einer Schraubenfeder, die um den Schaftabschnitt 36 herum angeordnet ist. Das gegenüberliegende Ende der Feder 130 sitzt auf einer Fläche einer Endwand 132 der Nabe 62a.
Die in Fig. 5 gezeigte Nabe 62a des unteren Polschuhs weist ein bearbeitetes Teil auf, das zusätzlich zur Endwand 132 eine axial verlaufende Seitenwand 134 besitzt. Die Seitenwand 134 hat eine radial äußere Fläche (siehe Fig. 5), die so profiliert ist, daß sie nacheinander von einem Ende zum anderen einen kegelstumpfförmigen Abschnitt 136, einen Kreiszylinder 138 und eine axial gerichtete Schulter 140 sowie einen Kreiszylinder 142 mit gegenüber dem Durchmesser des Zylinders 138 reduziertem Durchmesser aufweist. Die Seitenwand 134 hat eine radial innere Fläche, die so profiliert ist, daß sie nacheinander von einem Ende zum anderen einen Kreiszylinder 144, eine axial gerichtete Schulter 146, einen Kreiszylinder 148 mit gegenüber dem Durchmesser des Zylinders 144 reduziertem Durchmesser, eine Abfasung 150, eine axial gerichtete Schulter 152 und einen Kreiszylinder 154 mit gegenüber dem Durchmesser des Zylinders 148 reduziertem Durchmesser besitzt.
Das zentrale Nabenteil 62a ist symmetrisch um eine Mittelachse ausgebildet, die mit der Achse AX zusammenfällt. Seine Innen- und Außenprofile sind Drehflächen. Das Teil hat ein oberes axiales Ende, das einen sich verjüngenden Abschnitt aufweist, der sich in der Richtung vom unteren axialen Ende weg verengt. Dieser sich verjüngende Abschnitt umfaßt eine Schrägfläche 136, die nicht parallel zur Mittelachse des Nabenteiles ist, und einen Zylinder 144, der parallel zur Mittelachse des Nabenteiles verläuft. Die Schulter 146 ist mit dem Zylinder 144 des sich verjüngenden Abschnittes verbunden. Die Abfasung 150 ist durch den Zylinder 148 axial von der Schulter 146 beabstandet und begrenzt die Schulter 152, um mit dieser beim Positionieren des unteren Endes der Feder 130 auf dem unteren Polschuh zusammenzuwirken.
Der untere Polschuhflansch 62b umfaßt einen gestanzten Metallring mit kreisförmigem Innen- und Außenumfang und gleichmäßiger Dicke. Der Innendurchmesser und die Dicke sind so ausgewählt, daß für eine bündige Passung mit dem unteren Ende der Nabe 62a gesorgt wird, wobei der Innendurchmesser des Ringes eng an die Fläche 142 und den Rand angepaßt ist, der den Innenumfang umgibt, und eine Lagerung gegen die Schulter 140 erfolgt. Der axiale Abschnitt des Nabenteiles mit der Fläche 142 bildet somit einen sich von der Schulter 140 aus erstreckenden Hals. Die axiale Abmessung des Ringes entspricht vorzugsweise im wesentlichen der axialen Abmessung des Zylinders 142, um die bündige Passung zu erreichen. Die beiden Schuhe sind vorzugsweise an dieser Stelle aneinander befestigt, vorzugsweise durch Preßpassung des Innenumfanges des Ringes mit dem Zylinder 154 der Nabe, wobei diese Preßpassung durch eine Kerbverbindung verstärkt werden kann. Falls dies geeignet sein sollte, kann der Außenumfang des Flanschteiles 62b durch Drehen der miteinander verbundenen Nabe und Flansch zentriert werden. Das Flanschteil wird durch Ausstanzen aus einem Metallstreifen hergestellt. Dadurch, daß man für den unteren Polschuh eine zweiteilige Konstruktion und keine einteilige Konstruktion hat, wird weniger Schrott erzeugt, als wenn der Polschuh aus einem einzigen Rohmaterialteil hergestellt werden müßte. Der obere Polschuh kann ebenfalls in entsprechender Weise aus zwei separaten Teilen hergestellt werden.
Fig. 2 zeigt die geschlossene Position des Ventiles 10, in der die Feder 130 vorgespannt ist und die Ventilkopffläche 28a gegen die Sitzfläche 24a preßt. Daher wird der Durchfluß durch den Kanal 18 zwischen den Öffnungen 20 und 22 blockiert. Durch die Wirkung der Feder 130 wird auch der Dom 126 des Positionierungselementes 122 in einen direkten Flächen/Flächen-Kontakt mit der Querwand 118 des Ankers 110 vorgespannt. Somit wird eine einzige belastungswirksame Verbindung zwischen dem Anker 110 und dem Positionierungselement 122 ausgebildet. Die Natur einer derartigen Verbindung sorgt für eine relative Schwenkbewegung zwischen den beiden Teilen, so daß die von einem Teil auf das andere Teil übertragene Kraft im wesentlichen ausschließlich axial wirkt. Die vom Positionssensor 100 zur Verfügung gestellte Federvorspannung bewirkt ferner, daß der Sensorschaft 04 in direkten Flächen/Flächen-Kontakt mit der Fläche der Wand 118 gegenüber der Fläche, mit der der Dom 126 des Positionierungselementes in Kontakt steht, vorgespannt wird.
Wenn elektrischer Strom zunehmend durch die Spule 52 zu fließen beginnt, übt der Magnetkreis eine ansteigende Kraft aus, wodurch der Anker 110 in Fig. 2 abwärts gedrückt wird. Wenn die Kraft groß genug ist, um die Vorspannung der Feder 130 zu überwinden, beginnt sich der Anker 110 nach unten zu bewegen, wodurch durch die Wirkung der Wand 118 am Positionierungselement 122 das Ventilelement 26 in entsprechender Weise bewegt wird. Hierdurch wird der Ventilkopf 28 vom Sitz 24 abgehoben, wodurch das Ventil geöffnet wird und ein Durchfluß durch den Kanal 18 zwischen den Öffnungen 20 und 22 auftreten kann. Der Sensorschaft 104 wird in Kontakt mit der Wand. 118 gehalten, um dieser Bewegung zu folgen. Das Ausmaß, um das sich das Ventil öffnen kann, wird durch den elektrischen Strom in der Spule 52 gesteuert. Dadurch, daß der Sensor 100 das Ausmaß der Ventilbewegung verfolgt, wird ein Rückkopplungssignal erzeugt, das die Ventilposition und somit das Ausmaß der Ventilöffnung wiedergibt. Die tatsächliche Steuerstrategie für das Ventil wird als Teil der Gesamtmotorsteuerstrategie festgelegt, die von der elektronischen Motorsteuerung bestimmt wird. Die Durchgangslöcher 120, die sich durch die Wand 118 zwischen den Löchern 114 und 116 erstrecken, sorgen für eine Vergleichmäßigung des Luftdrucks an gegenüberliegenden axialen Enden des Ankers.
Dadurch, daß das Positionierungselement 122 am freien distalen Ende des Schaftes 36 einstellbar positionierbar ist, bevor beide miteinander verbunden werden, kann das Ventil auf wirksame Weise kalibriert werden. Diese Kalibrierung kann entweder durchgeführt werden, um die Position des Ankers relativ zu den Polschuhen, d. h. die Überlappung des Ankers mit dem konischen Ende des Nabenteiles des unteren Polschuhs, einzustellen, oder um das Ausmaß einzustellen, um das die Feder 130 komprimiert wird, wenn das Ventil geschlossen ist, d. h. die Vorspannung der Feder. Die Kalbibrierung wird während des Herstellprozesses vor der Montage der Spule und der Spulenkörpereinheit 52, 54 sowie des oberen Polschuhs 60 durchgeführt. Zu diesem Zeitpunkt wird das Positionierungselement 122 am freien distalen Ende des Ventilschaftes in seiner kalibrierten Position angeordnet. Wenn das Positionierungselement einmal in Axialrichtung am Schaft in einer Position angeordnet worden ist, die für die Kalibrierung sorgt, wird die Seitenwand 124 des Positionierungselementes am Schaft über ein spezielles Verfahren, beispielsweise Verbördeln, fest angebracht. Danach werden die verbleibenden Komponenten des Solenoides montiert.
Wann das Ventil geschlossen ist, wirkt der Druck (entweder positiv oder negativ) eines operativen Arbeitsmittels an der Öffnung 22 mit einer Kraft in einer Richtung auf den Ventilkopf 28 ein. Der gleiche Druck wirkt gleichzeitig auf das Ventilschaftsegment 34 mit einer Kraft in entgegengesetzter Richtung ein. Somit legen der Querschnittsbereich des Schaftsegmentes 34 und der durch den Kontakt der Kopffläche 28a mit der Sitzfläche 24a umschriebene Querschnittsbereich die Richtung und die Größe einer resultierenden Kraft fest, die infolge des Drucks an der Öffnung 22 auf das Ventilelement 26 einwirkt, wenn das Ventil geschlossen ist. Daher gibt es diverse alternative Ausführungsformen, die jeweils bei der Ventileinheit der vorliegenden Erfindung Verwendung finden können.
Als erstes kann man den Querschnittsbereich des Schaftsegmentes 34 geringer machen als den Querschnittsbereich, der durch den Kontakt der Kopffläche 28a mit der Sitzfläche 24a umschrieben wird, um eine Ausführungsform eines Ventiles zu erhalten, bei der die resultierende Kraft in Richtung des Ventilöffnens auftritt, wenn der Druck positiv ist, und in Richtung des Ventilschließens, wenn der Druck negativ ist.
Als zweites kann man, indem man diese Querschnittsbereiche im wesentlichen gleich macht, eine andere Ausführungsform schaffen, die im wesentlichen vollständig kraftausgeglichen ist, d. h. im wesentlichen gegenüber dem Druck an der Öffnung 22 unempfindlich ist. Mit anderen Worten, indem man den Querschnittsbereich, der durch den Kontakt der Ventilkopffläche 28a mit der Sitzfläche 24a umschrieben wird, im wesentlichen mit dem Querschnittsbereich des Schaftsegmentes 34 gleich macht, wie dies in der US-PS 5 413 082 des Patentinhabers offenbart ist, wird ein vollständiger Kraftausgleicheffekt erzielt, wodurch das Ventil im wesentlichen unempfindlich gemacht wird gegenüber einem variierenden Ansaugsystemdruck, entweder positiv oder negativ.
Als drittes kann man dadurch, daß man den Querschnittsbereich des Schaftsegmentes 34 größer macht als den Querschnittsbereich, der durch den Kontakt der Kopffläche 28a mit der Sitzfläche 24a umschrieben wird, noch eine andere Ausführungsform schaffen, bei der die resultierende Kraft in Richtung des Ventilschließens auftritt, wenn der Druck positiv ist, und in Richtung des Ventilöffnens, wenn der Druck negativ ist.
Wenn sich der Kopf 28 einmal bei jeder dieser Ausführungsformen vom Sitz 24 abgehoben hat, kann das Ventilelement 26 noch durch Drücke, die auf den Kopf 28 und auf das Schaftsegment 34 einwirken, beeinflußt werden, wobei jedoch der verbleibende Effekt in Abhängigkeit von diversen Faktoren variieren kann. Ein Faktor ist das Ausmaß, um das das Ventil offen ist. Ein anderer Faktor ist in der Tatsache zu sehen, ob das Ventil so konstruiert ist, daß sich der Ventilkopf zunehmend sowohl vom Sitz als auch von der Auslaßöffnung weg bewegt, wenn er sich zunehmend öffnet (wie bei dem in Fig. 2 dargestellten Ventil), oder ob sich der Ventilkopf zunehmend vom Ventilsitz weg bewegt, aber in Richtung auf die Auslaßöffnung zu bewegt, wenn er sich zunehmend öffnet.
Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform ist der vom Durchmesser über die Kopffläche 28a an deren Kontakt mit der Sitzfläche 24a ausgebildete Bereich etwas größer als der vom Durchmesser des Schaftsegmentes 34 gemäß der vorstehend beschriebenen ersten Alternative ausgebildete Querschnittsbereich. Beispielsweise kann dieser Durchmesser der Kopffläche 28a 10 mm betragen, während der des Schaftsegmentes 34 8 mm betragen kann. Für negative Drücke an der Öffnung 22 führt diese Differenz zu einer resultierenden Kraft, die in der Richtung des Ventilschließens wirkt. Dieses Merkmal kann zum Steuern des Ventiles beim Öffnen günstig sein, insbesondere verhindern, daß sich das Ventil mehr öffnet als von der elektromagnetischen Betätigungseinheit vorgegeben, wenn der Unterschied zwischen den Durchmessern geringer wäre.
Aufgrund seiner diversen Merkmale kann das Ventil 10 dimensionsmäßig kompakt ausgebildet sein, jedoch trotzdem die relevanten Verhaltensanforderungen erfüllen. Ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Ventiles, das diese günstige Kompaktheit aufweist, besitzt eine Gesamtabmessung (Bezugszeichen 200 in Fig. 2) von etwa 35 mm, gemessen in Axialrichtung vom oberen Polschuh 60 bis zum unteren Polschuh 62, und einen maximalen Durchmesser in Querrichtung von etwa 51 mm. Dies steht im Vergleich zu entsprechenden Abmessungen von etwa 40 mm und etwa 60 mm für ein Ventil des Standes der Technik mit im wesentlichen der gleichen Durchflußleistung.
Obwohl vorstehend eine gegenwärtig bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt und beschrieben wurde, versteht es sich, daß die erfindungsgemäßen Prinzipien auch auf andere Ausführungsformen anwendbar sind, die unter den Schutzumfang der folgenden Patentansprüche fallen.

Claims

1. Zweiteiliger Polschuh (60, 62) für den Magnetkreis einer elektromagnetischen Betätigungseinheit eines Emissionsregelventiles (10) für ein Kraftfahrzeug mit einem zentralen Nabenteil (62a) und einem äußeren Flanschteil (62b), der in Umfangsrichtung um das zentrale Nabenteil herum angeordnet und mit diesem verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das zentrale Nabenteil (62a) gegenüberliegende axiale Enden besitzt, von denen eines eine Querschulter umfaßt, von der sich ein Hals (142) in Axialrichtung erstreckt, und daß das Flanschteil (62b) eine zentrale Öffnung aufweist, die auf den Nabenteilhals (142) und gegen die Nabenteilschulter gepaßt ist.

2. Polschuh (60, 62) nach Anspruch 1, bei dem das zentrale Nabenteil (62a) ein bearbeitetes Metallteil und das Flanschteil (62b) einen gestanzten Metallstreifen umfassen.

3. Polschuh (60, 62) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die zentrale Öffnung des Flanschteiles (62b) ein kreisförmiges Loch aufweist, das auf den Nabenteilhals (142) gepaßt ist, und bei dem die axiale Abmessung des Nabenteilhalses (142) und die axiale Abmessung des Flanschteilloches im wesentlichen gleich sind.

4. Polschuh (60, 62) nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem das Nabenteil (62a) und Flanschteil (62b) über eine Preßpassung und eine Verkerbung miteinander verbunden sind.

5. Polschuh (60, 62) nach Anspruch 1, bei dem das zentrale Nabenteil (62a) ein axiales Ende besitzt, das eine Verjüngung (136) aufweist, die sich in der Richtung vom anderen axialen Ende des Nabenteiles (62a) weg verjüngt.

6. Polschuh (60, 62) nach Anspruch 5, bei dem die Verjüngung (136) eine radial äußere Drehfläche, die nicht parallel zu einer Mittelachse des Nabenteiles (62a) verläuft, und eine radial innere Drehfläche, die parallel zur Mittelachse des Nabenteiles (62a) verläuft, aufweist.

7. Polschuh (60, 62) nach Anspruch 5 oder 6, bei dem das Nabenteil (62a) eine axial gerichtete Schulter besitzt, die sich an die radial innere Fläche der Verjüngung (136) anschließt.

8. Polschuh (60, 62) nach Anspruch 1, bei dem das zentrale Nabenteil (62a) um eine Mittelachse symmetrisch ist.

9. Polschuh (60, 62) nach Anspruch 1, bei dem das Flanschteil (62b) einen Kreisring umfaßt, der symmetrisch um die Mittelachse angeordnet ist.

10. Polschuh (60, 62) nach Anspruch 1, bei dem das zentrale Nabenteil (62a) ein zentrales Durchgangsloch umfaßt, das eine axial gerichtete Schulter (152) und eine daran anschließende Abfasung (150) besitzt.

11. Emissionsregelventil (10) für ein Kraftfahrzeug mit einem Gehäuse (12, 14) mit einem inneren Hauptdurchflußkanal (18) zwischen einer ersten Öffnung (20) und einer zweiten Öffnung (22), einem Ventilsitz (24), der einen Querschnittsbereich des Kanales umschreibt, einem Ventilelement (26) mit einem Schaft (30) und einem Kopf (28), das sich auf den Ventilsitz (24) setzt und von diesem abhebt, und einer Betätigungseinheit (50), die das Ventilelement (26) betätigt und einen Magnetkreis bildet, der entsprechende Polschuhe (60, 62) an entsprechenden gegenüberliegenden axialen Enden der Betätigungseinheit (50) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Polschuhe (60, 62) ein zweiteiliger Polschuh (62) nach einem der vorangehenden Ansprüche ist.

12. Emissionsregelventil (10) für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 11, bei dem das zentrale Nabenteil (62a) ein zentrales Durchgangsloch aufweist und sich der Schaft (30) durch das zentrale Durchgangsloch im zentralen Nabenteil (62a) erstreckt.

13. Emissionsregelventil (10) für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 11, bei dem der Schaft (30) in einem freien distalen Ende endet und des weiteren ein Positionierungselement (122) aufweist, das mit dem freien distalen Ende verbunden ist und mit einem Anker (110) an einer einzigen operativen Belastungsverbindung in Eingriff steht.

14. Emissionsregelventil (10) für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 12, bei dem das zentrale Durchgangsloch im zentralen Nabenteil (62a) eine axial gerichtete Schulter (152) und eine daran angeschlossene Abfasung (150) sowie ferner eine Feder (130) aufweist, die auf der axial gerichteten Schulter (152) des zentralen Durchgangsloches im zentralen Nabenteil (62a) sitzt und durch die Abfasung (150) positioniert wird.

15. Abgasrezirkulationssystem für einen Motor, bei dem das Ventil das Ventil nach einem der Ansprüche 11 bis 14 umfaßt, das so angeschlossen ist, daß es die Rezirkulation des Motorabgases zu einem Ansaugsystem des Motors regelt.

16. Verfahren zur Herstellung eines zweiteiligen Pol- Schuhs einer elektromagnetischen Betätigungseinheit eines Emissionsregelventiles eines Kraftfahrzeuges mit den folgenden Schritten:

Bearbeiten eines radial inneren axial verlaufenden Profiles und eines äußeren axial verlaufenden Profiles in einem Metallteil zur Erzeugung einer zentralen Nabe derart, daß die zentrale Nabe (62a) gegenüberliegende axiale Enden besitzt, von denen eines eine Querschulter aufweist, von der sich ein Hals (142) in Axialrichtung erstreckt;

Stanzen eines Metallstreifens zur Herstellung eines äußeren Flanschteiles, das so geformt ist, daß es eine zentrale Öffnung bildet, die auf das Nabenteil (142) und gegen die Nabenteilschulter gepaßt werden kann, und Verbinden des äußeren Flanschteiles mit dem zentralen Nabenteil.

17. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem der Verbindungsschritt sowohl das Preßpassen als auch das Verkerben des Flanschteiles und zentralen Nabenteiles miteinander umfaßt.

18. Verfahren nach Anspruch 16, das den Weiteren Schritt des Drehens der verbundenen Teile zur Erzeugung eines radial äußeren Axialprofiles für das Flanschteil umfaßt.