EP2951477A1 - Ventilvorrichtung für einen hydraulikkreislauf sowie ölpumpenregelanordnung - Google Patents

Ventilvorrichtung für einen hydraulikkreislauf sowie ölpumpenregelanordnung

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EP2951477A1
EP2951477A1 EP14700299.2A EP14700299A EP2951477A1 EP 2951477 A1 EP2951477 A1 EP 2951477A1 EP 14700299 A EP14700299 A EP 14700299A EP 2951477 A1 EP2951477 A1 EP 2951477A1
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EP
European Patent Office
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valve
valve device
armature
control
hydraulic circuit
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP14700299.2A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Rolf Lappan
Lukas Romanowski
Christoph Sadowski
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Pierburg GmbH
Original Assignee
Pierburg GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Pierburg GmbH filed Critical Pierburg GmbH
Publication of EP2951477A1 publication Critical patent/EP2951477A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
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    • F16K31/02—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
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    • F16K31/0624—Lift valves
    • F16K31/0634—Lift valves with fixed seats positioned between movable valve members
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    • F16K31/0686—Braking, pressure equilibration, shock absorbing
    • F16K31/0693—Pressure equilibration of the armature

Definitions

  • the pressure control valves used for these purposes for example, designed as a multi-way solenoid valves, by means of which the pump control chamber can be relieved either via the oil pan or charged with additional pressure from the delivery pressure of the oil pump.
  • Such a system for controlling the pressure in two control chambers of an oil pump with a solenoid valve is known for example from DE 11 2008 000 978 T5.
  • the differential pressure between the two control chambers is changed depending on the delivery pressure l o and the position of the valve stem of the solenoid valve.
  • a multi-way solenoid valve which has an electromagnetically actu Bares valve member, 5 which dominates a flow area between a control connection and an outlet by an armature of the electromagnet, which is connected to the valve member and a spring element is loaded, is moved in translation.
  • the valve comprises a spring-loaded ball as a second closing body between an inlet port and the control port, so that the control port can be supplied with pressure from the inlet port by a protruding in the direction of the ball projection of the valve member by the force of the spring element between the armature and Kern pushes the ball away from her valve seat.
  • DE 10 2010 025 171 A1 discloses a fluid pressure switching valve which likewise has an outlet connection arranged closer to the actuator and an inlet connection remote from the actuator and a regulating connection of a controllable connection arranged between the inlet connection and the outlet connection _ _
  • this valve is not pressure balanced because, although a fluidic connection between the inlet port and an actuator is formed between the armature and the core by a bore in the armature and the valve stem, but the force application surfaces are made different sizes. Furthermore, in this valve in the non-energized state, the connection between the inlet port and the control port is interrupted. This means that the oil pump must be designed so that with increasing control pressure, a reduction of the delivery volume of the pump must follow to be able to ensure sufficient lubrication of an internal combustion engine with a defective electromagnet.
  • valve device and an oil pump control arrangement with such a valve device, wherein the actuator of the valve device can be used for different pressure levels and a sufficient supply of oil to the internal combustion engine in case of failure of the actuator is ensured in the event that the pump with increasing control pressure at the control pressure port of the solenoid valve also increases their capacity.
  • the valve device should be as inexpensive to produce.
  • first and the second control body are arranged on the unit of armature and valve stem, in which an axial through-hole is formed, which extends from the inlet port into an actuator space which is formed between core and armature, 5 is in the arrangement of Inlet connection at the opposite end of the actuator to the actuator in the de-energized state of the electromagnet ensures a connection between the inlet port and the control port and thus set a maximum flow rate of a commonly used controllable oil pump io, in which increases with increasing control pressure and the delivery pressure.
  • control port is connected to the control chamber of the oil pump, the outlet port connected to the oil pan, and the inlet port supplied with the discharge pressure of the oil pump.
  • the force application surface on the second control body, on which the hydraulic pressure acts at the inlet connection is equal to the force application surface on the armature, to which the hydraulic pressure acts in the actuator space between the armature and the core.
  • the diameter of the second control body corresponds to the diameter of the first control body, whereby a force balance on the armature valve stem unit at the two acting as pressure application surfaces 5 control bodies on both sides of the control connection is made.
  • the first control body is formed by an axial end of the armature. Accordingly, no additional control body has to be attached or formed on the valve lifter. This reduces the cost of manufacturing and simplifies installation.
  • valve stem is pressed into a bore of the armature and the second control body attached to the valve lifter.
  • This connection is simple and inexpensive to produce, especially since the production of the through hole is significantly simplified by the two-part design of the armature valve stem unit.
  • the invention extends from a bearing surface of the armature, a central projection in the direction of the core, which is surrounded by the spring element, which is supported on the support surface.
  • the spring can be guided without further components, so that a buckling or slipping of the spring is prevented by the support surface.
  • the distances between the components of the armature valve stem unit and their length is preferably selected so that when the second control body resting on the second valve seat, a gap between the armature and the core is present. In this way, adherence of the armature to the core is prevented, which would lead to an increased necessary spring force and thus greater necessary electromagnetic forces.
  • valve unit has a flow housing in which the control circuit and the - -
  • Outlet port are formed as transverse bores and the inlet port is formed as a longitudinal bore at one axial end of the flow housing.
  • Such a flow housing is simple and inexpensive to produce and assemble.
  • the flow housing of the valve unit has a portion which is partially surrounded radially by the bobbin and in which a bearing bush is mounted. This simplifies the assembly of the bearing bush, which can be introduced before the connection of the valve unit with the actuator unit in the valve unit. Furthermore, only a small number of components is needed.
  • a sealing ring between the bobbin and the core and at the opposite axial end of the bobbin a diag ni between the bobbin and the flow housing of the valve unit is arranged. This ensures that no oil from the actuator can penetrate into the external environment.
  • valve device which is easy to manufacture and assemble and which can be used as a pressure control valve in an oil circuit in oil pumps, which increase their capacity with increasing control pressure, as well as a sufficient oil supply to the engine is ensured in case of failure of the actuator.
  • a unit coil can be used with low magnetic forces necessary for different pressure levels, since the armature valve stem unit is balanced with respect to the hydraulic forces. Accordingly, an oil pump control can be made with rapid adjustment of the amount of oil to be delivered.
  • valve device An embodiment of a valve device according to the invention and the associated oil pump control arrangement is shown in the figure and will be described below.
  • the figure shows a side view of a valve device according to the invention in a sectional view with a schematically illustrated connection to an oil circuit of an internal combustion engine.
  • the valve device according to the invention shown in the figure consists of an actuator unit 10 to which a valve unit 12 is attached.
  • the actuator unit 10 has an electromagnetic circuit 14, which consists of a wound on a bobbin 16 coil 18, a core 20 in the radially inner of the bobbin 16, a translationally movable armature 22 and the electromagnetic circuit 14 completing Flußleit Roaden.
  • These are two arranged at the axial ends of the coil 18 return plate 24, 26, which are in conductive connection with a coil 18 surrounding the outside yoke 30.
  • the coil 18 is surrounded by a plastic jacket 28, which also has a plug part, not shown, for electrical supply to the coil 18.
  • the core 20 fastened in the coil support 16 has on the outer circumference a peripheral recess 32, into which the return plate 24 projects peripherally for attachment thereof.
  • an axially extending, central, stepped, open to the valve unit 12 blind bore 34 is formed in the core 20, the diameter of which increases in the direction of the valve unit 12.
  • a shoulder 36 is formed in the blind bore 34, against which a spring element 38 abuts, the opposite axial end biased against a bearing surface 40 of the armature 22, on which an axially extending in the direction of the bore 34 projection 42 is formed.
  • the spring element 38 surrounds the projection 42 radially, so that slipping _ _
  • the spring element 38 is prevented by the support surface 40.
  • the leadership of the spring element 38 takes place through the blind bore 34, the side walls surrounding the spring element 38 radially.
  • a first sealing ring 44 is arranged, via which an oil flow from an armature 22 and the core 20 formed in the interior of the bobbin 16 actuator chamber 46 along the outer circumference of the core 20 to the outside is prevented.
  • a second sealing ring 48 between the bobbin 16 and a flow housing 50 of the valve unit 12 is disposed adjacent to the return plate 26, via which an oil flow from the actuator chamber 46 along the outer circumference of the flow housing 50 is prevented, so that the Actuator 46 is completely sealed to the environment.
  • the armature 22 is guided in a sliding bush 52, which is arranged in the radially inner of the flow housing 50, which extends into the interior of the bobbin 16 and through an opening of the return plate 26.
  • the sliding bush 52 extends from the first axial end of the flow housing 50 to a first transverse bore 54 in the flow housing 50, which serves as an outlet port 56.
  • the flow housing has a further transverse bore 58, which serves as a control connection 60.
  • An inlet port 62 is replaced by that of the _ _
  • Actuator 10 away facing open axial end of a passage longitudinal bore 64 of the flow housing 50 is formed.
  • valve seats 66, 68 with frustoconical seating surfaces 70, 72 are formed in the longitudinal bore 64 of the flow housing 50.
  • the first valve seat 66 is located between the control port 60 and the outlet port 56.
  • the seat surface 70 faces towards the outlet port 56.
  • the second valve seat 68 is located between the inlet port 62 and the control port 60 with its seating surface 72 facing the inlet port 62.
  • the first valve seat 66 cooperates with an axial end of the armature 22 facing away from the actuator unit 10, so that this end of the armature serves as a first control body 74, which has a non-inclined seating surface, so that when the control body 74 rests on the valve seat 66 a connection between the outlet port 56 and the control port 60 is interrupted by the linear contact of the control body 74 on the seat surface 70.
  • the second valve seat 68 is dominated by a second control body 76 which is mounted on one end of a valve stem 78 which forms a unit 84 with the armature 22 and whose opposite end is pressed into a passage longitudinal bore 80 in the armature 22, so that the valve tappet 78th is moved with the anchor 22.
  • the second control body 76 has a non-inclined seating surface, which forms a line contact with the seat surface 72 of the valve seat 68 when the control body 76 rests, which interrupts a connection between the inlet connection 62 and the control connection 60.
  • valve stem 78 as well as the armature 22 has a passage longitudinal bore 82, which opens into the passage longitudinal bore 80 of the armature 22, so that a continuous fluidic connection from the inlet port 62 to Aktor 46 exists. Accordingly, there is a pressure equalization between the inlet port 62 and the actuator chamber 6. This pressure engages the moving parts of the valve device at.
  • the force application surface formed by the second control body 76 is the same as the force application surface of the armature 22 which is effective in the actuator chamber 46.
  • the pressure applied to the control port 60 causes no imbalance of the force acting on the unit 84 hydraulic forces, since here the facing each other attack surfaces of the first control body 74 and the second control body 76 are the same size.
  • the oil circuit consists of an oil pan 86 from which via a suction line 88 by means of a variable oil pump 90 oil is sucked. This oil flows via a feed line 92 for the purpose of lubrication to an internal combustion engine 94 and from there via a return line 96 back to the oil pan 86th
  • controllable oil pump 90 in which by adjustment of an eccentric ring 98, in which a pump rotor 100 is rotated to promote, the flow rate and thus the delivery pressure Pi is set.
  • the adjustment of the eccentric ring 98 is effected by regulating a control pressure in a control chamber 102 of the oil pump 90.
  • the control pressure acting in the control chamber 102 is controlled by means of the valve device according to the invention by the control connection 60 of the valve device is connected via a control line 104 with the control chamber 102, so that at the control port 60 and in the control chamber 102 always the same control pressure prevails.
  • each of the delivery pressure of the oil pump 90 acts on the opposite side of the eccentric 98 .
  • Valve device serves as an outlet to the oil pan 86.
  • the inlet port serves as an outlet to the oil pan 86.
  • the armature 22 is pressed onto the valve seat 66 due to the pressure force of the spring element 38.
  • the fluidic connection between the outlet port 56 and the control port 60 is correspondingly closed, while the control body 76 is spaced from the second valve seat 68, so that a fluidic connection between the inlet port 62 and the control port 60 and thus the control chamber 102 is released, whereby oil enters the control chamber 102 at the delivery pressure pi.
  • This has an increased pressure in the control chamber 102 and thus an increased delivery pressure of the oil pump 90 result, since the eccentric 98 is moved further and further in the direction of the maximum delivery pressure.
  • the power supply must be substantially opposite proportional to the required oil pressure.
  • the passage longitudinal bores 80,82 and the consequent pressure equalization between the inlet port 62 and the actuator space 46 also no changing additional forces act on the unit 84.
  • the same actuator unit 10th to use.
  • the maximum amount of oil is always required, so that damage to the engine due to lack of supply of the engine with oil due to a faulty actuator is reliably avoided.
  • the valve device is simple and easy to assemble. At the same time, it ensures fast and good controllability of the required quantities of oil.
  • valve devices are also suitable for other hydraulic circuits. Constructional changes of the valve device in comparison to the illustrated embodiment, such as the integral formation of armature, valve tappet and control body or a different division of the housing and the like are also conceivable without departing from the scope of the main claim.

Landscapes

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Abstract

Es wird eine Ventilvorrichtung vorgeschlagen, bei der der erste Regelkörper (74) und der zweite Regelkörper (76) an der Einheit (84) aus Anker (22) und Ventilstößel (78) angeordnet sind, in welcher eine axiale Durchgangslängsbohrung (80, 82) ausgebildet ist, welche sich vom Einlassanschluss (62) in einen Aktorraum (46) erstreckt, der zwischen Kern (20) und Anker (22) ausgebildet ist.

Description

- -
Die zu diesen Zwecken verwendeten Druckregelventile werden beispielsweise als Mehrwege-Elektromagnetventile ausgeführt, mittels derer die Pumpenregelkammer entweder über die Ölwanne entlastet werden kann oder mit zusätzlichem Druck aus dem Förderdruck der 5 Ölpumpe belastet werden kann.
Ein solches System zum Steuern des Druckes in zwei Steuerkammern einer Ölpumpe mit einem Elektromagnetventil ist beispielsweise aus der DE 11 2008 000 978 T5 bekannt. Dabei wird abhängig vom Förderdruck l o und der Stellung des Ventilstößels des Elektromagnetventils der Differenzdruck zwischen den beiden Steuerkammern verändert.
Aus der DE 103 30 779 AI ist ein Mehrwege-Elektromagnetventil bekannt, welches ein elektromagnetisch betätig bares Ventilglied aufweist,5 welches einen Durchströmungsquerschnitt zwischen einem Regelanschluss und einem Auslass beherrscht, indem ein Anker des Elektromagneten, der mit dem Ventilglied verbunden ist und von einem Federelement belastet wird, translatorisch bewegt wird. Zusätzlich weist das Ventil eine federbelastete Kugel als zweiten Schließkörper zwischen0 einem Einlassanschluss und dem Regelanschluss auf, so dass der Regelanschluss mit Druck aus dem Einlassanschluss versorgt werden kann, indem ein sich in Richtung der Kugel erstreckender Vorsprung des Ventilgliedes durch die Kraft des Federelementes zwischen Anker und Kern die Kugel von ihrem Ventilsitz wegdrückt. Durch Betätigen des5 Elektromagneten wird der Anker und damit das Ventilglied in Richtung des Ankers gezogen, wodurch der Durchlass vom Regelanschluss zum Auslassanschluss freigegeben wird und die Kugel die Verbindung des Regelanschlusses zum Einlassanschluss schließt. Des Weiteren wird in der DE 10 2010 025 171 AI ein Fluiddruckschaltventil offenbart, welches ebenfalls einen näher zum Aktor angeordneten Auslassanschluss sowie einen vom Aktor entfernten Einlassanschluss sowie einen zwischen dem Einlassanschluss und dem Auslassanschluss angeordneten Regelanschluss einer regelbaren _ _
Ölpumpe aufweist. Dieses Ventil ist jedoch nicht druckausgeglichen, da zwar eine fluidische Verbindung zwischen dem Einlassanschluss und einem Aktor räum zwischen Anker und Kern durch eine Bohrung im Anker und im Ventilstößel ausgebildet ist, jedoch die Kraftangriffsflächen unterschiedlich groß ausgeführt werden. Des Weiteren wird bei diesem Ventil im nicht bestromten Zustand die Verbindung zwischen dem Einlassanschluss und dem Regelanschluss unterbrochen. Dies bedeutet, dass die Ölpumpe so ausgelegt werden muss, dass bei steigendem Regeldruck eine Verringerung des Fördervolumens der Pumpe folgen muss, um bei defektem Elektromagneten eine ausreichende Schmierung eines Verbrennungsmotors sicherstellen zu können.
Beide Ventile weisen somit den Nachteil auf, dass eine Abhängigkeit von der Größe des vorhandenen Förderdrucks zur notwendigen Ankeröffnungskraft aufgrund eines fehlenden Druckausgleichs besteht. Somit müssen die Rückstellfeder und der Elektromagnet an die vorhandenen Kräfte angepasst werden. Es bleibt somit festzuhalten, dass die bekannten Elektromagnetventile bei Verwendung in anderen Druckbereichen sehr große Betätig ungskräfte benötigen, so dass andere Elektromagneten verwendet werden müssen.
Es stellt sich daher die Aufgabe, eine Ventilvorrichtung sowie eine Ölpumpenregelanordnung mit einer derartigen Ventilvorrichtung bereit zu stellen, wobei der Aktor der Ventilvorrichtung für verschiedene Druckniveaus verwendet werden kann und eine ausreichende Ölversorgung des Verbrennungsmotors bei Ausfall des Aktors für den Fall sichergestellt wird, dass die Pumpe bei steigendem Regeldruck am Regeldruckanschluss des Elektromagnetventils auch ihre Förderleistung erhöht. Zusätzlich soll die Ventilvorrichtung möglichst kostengünstig herstellbar sein.
Diese Aufgaben werden durch eine Ventilvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Öipumpenregelanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. . _
Dadurch, dass der erste und der zweite Regelkörper an der Einheit aus Anker und Ventilstößel angeordnet sind, in welcher eine axiale Durchgangsbohrung ausgebildet ist, welche sich vom Einlassanschluss in einen Aktorraum erstreckt, der zwischen Kern und Anker ausgebildet ist, 5 wird bei der Anordnung des Einlassanschlusses am zum Aktor entgegengesetzten Ende der Ventilvorrichtung im stromlosen Zustand des Elektromagneten eine Verbindung zwischen dem Einlassanschluss und dem Regelanschluss sichergestellt und damit eine maximale Förderleistung einer üblicherweise verwendeten regelbaren Ölpumpe i o eingestellt, bei der mit steigendem Regeldruck auch der Förderdruck steigt. Dabei besteht die Möglichkeit für verschiedene Anwendungen eine Einheitsspule mit geringen Kräften zu verwenden, da im Aktorraum zwischen dem Anker und dem Kern immer der gleiche Druck herrscht wie an der entgegengesetzten Seite der Einheit aus Ventilstößel und Anker.5 Es wird somit eine druckausgeglichene Ventilvorrichtung geschaffen.
Bei der Verwendung dieses Ventils als Regelventil in einem Ölkreislauf einer Verbrennungskraftmaschine ist der Regelanschluss mit der Steuerkammer der Ölpumpe verbunden, der Auslassanschluss mit der0 Ölwanne verbunden und der Einlassanschluss mit dem Förderdruck der Ölpumpe beaufschlagt. Mit dieser Anordnung besteht die Möglichkeit einer vollständigen Druckregelung des Ölkreislaufs, wobei eine ausreichende Ölversorgung des Verbrennungsmotors auch bei Ausfall des Elektromagneten oder dessen Stromversorgung sichergestellt ist.
5
Vorzugsweise ist die Kraftangriffsfläche am zweiten Regelkörper, auf die der hydraulische Druck am Einlassanschluss wirkt, gleich der Kraftangriffsfläche am Anker, auf die der hydraulische Druck im Aktorraum zwischen Anker und dem Kern wirkt. Bezüglich der auftretenden hydraulischen Kräfte wird so in jedem Zustand der Ventilvorrichtung ein Kräfteausgleich auf beiden Seiten der beweglichen Einheit aus Anker und Ventilstößel geschaffen. Somit ist die Elektromagnetkraft lediglich von der Kraft des Federelementes abhängig. - .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung entspricht der Durchmesser des zweiten Regelkörpers dem Durchmesser des ersten Regelkörpers, wodurch auch ein Kraftausgleich an der Anker- Ventilstößel-Einheit an den beiden als Druckangriffsflächen wirkenden 5 Regelkörpern beidseits des Regelanschlusses hergestellt wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der erste Regelkörper durch ein axiales Ende des Ankers gebildet. Entsprechend muss kein zusätzlicher Regelkörper am Ventilstößel befestigt oder ausgebildet o werden. Dies verringert die Herste II kosten und vereinfacht die Montage.
Vorzugsweise ist der Ventilstößel in eine Bohrung des Ankers eingepresst und der zweite Regelkörper am Ventilstößel befestigt. Diese Verbindung ist einfach und kostengünstig herstellbar, insbesondere da durch die zweiteilige Ausführung der Anker-Ventilstößel-Einheit die Herstellung der Durchgangsbohrung wesentlich vereinfacht wird.
In einer Weiterbildung der Erfindung erstreckt sich von einer Auflagefläche des Ankers ein zentraler Vorsprung in Richtung des Kerns, der vom Federelement umgeben ist, welches sich auf der Auflagefläche abstützt. Auf diese Weise kann die Feder ohne weitere Bauteile geführt werden, so dass ein Knicken oder Abrutschen der Feder von der Auflagefläche verhindert wird.
Die Abstände zwischen den Bauteilen der Anker- Ventilstößel-Einheit sowie deren Länge wird vorzugsweise so gewählt, dass bei Aufliegen des zweiten Regelkörpers auf dem zweiten Ventilsitz ein Spalt zwischen dem Anker und dem Kern vorhanden ist. Auf diese Weise wird ein Anhaften des Ankers am Kern verhindert, was zu einer erhöhten notwendigen Federkraft und somit größeren notwendigen elektromagnetischen Kräften führen würde.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Ventileinheit ein Strömungsgehäuse auf, in dem der Regelschluss und der - -
Auslassanschluss als Querbohrungen ausgebildet sind und der Einlassanschluss als Längsbohrung an einem axialen Ende des Strömungsgehäuses ausgebildet ist. Ein derartiges Strömungsgehäuse ist einfach und kostengünstig herstellbar und montierbar.
In einer hierzu weiterführenden Ausführung weist das Strömungsgehäuse der Ventileinheit einen Abschnitt auf, der teilweise radial vom Spulenträger umgeben ist und in dem eine Lagerbuchse befestigt ist. Dies vereinfacht die Montage der Lagerbuchse, die vor der Verbindung der Ventileinheit mit der Aktoreinheit in die Ventileinheit eingebracht werden kann. Des Weiteren wird lediglich eine geringe Anzahl an Bauteilen benötigt.
Vorzugsweise ist zwischen einem ersten axialen Ende des Spulenträgers ein Dichtring zwischen dem Spulenträger und dem Kern und am entgegengesetzten axialen Ende des Spulenträgers ein Dich tri ng zwischen dem Spulenträger und dem Strömungsgehäuse der Ventileinheit angeordnet. Hierdurch wird sichergestellt, dass kein Öl aus dem Aktor räum in die äußere Umgebung dringen kann.
Es wird somit eine Ventilvorrichtung geschaffen, welche einfach herstellbar und montierbar ist und die als Druckregelventil in einem Ölkreislauf bei Ölpumpen, welche ihre Förderleistung mit steigendem Regeldruck erhöhen, verwendet werden können, da auch eine ausreichende Ölversorgung des Verbrennungsmotors bei Ausfall der Aktoreinheit sichergestellt wird. Dabei kann eine Einheitsspule mit geringen notwendigen magnetischen Kräften für verschiedene Druckniveaus verwendet werden, da die Anker- Ventilstößel-Einheit bezüglich der hydraulischen Kräfte ausgeglichen ist. Entsprechend kann eine Ölpumpenregelung mit schneller Anpassung der zu fördernden Ölmenge vorgenommen werden. - _
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung und der zugehörigen Ölpumpenregelanordnung ist in der Figur dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.
5 Die Figur zeigt eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung in geschnittener Darstellung mit schematisch dargestellter Anbindung an einen Ölkreislauf einer Verbrennungskraftmaschine. o Die erfindungsgemäße, in der Figur dargestellte Ventilvorrichtung besteht aus einer Aktoreinheit 10, an der eine Ventileinheit 12 befestigt ist. Die Aktoreinheit 10 weist einen elektromagnetischen Kreis 14 auf, welcher aus einer auf einen Spulenträger 16 gewickelten Spule 18, einem Kern 20 im radial Innern des Spulenträgers 16, einem translatorisch bewegbaren Anker 22 und den elektromagnetischen Kreis 14 vervollständigende Flussleiteinrichtungen besteht. Diese sind zwei an den axialen Enden der Spule 18 angeordnete Rückschlussblech 24, 26, die in leitender Verbindung mit einem die Spule 18 außen umgebenden Joch 30 stehen. Die Spule 18 ist von einem Kunststoffmantel 28 umgeben, der auch einen nicht dargestellten Steckerteil zur elektrischen Versorgung der Spule 18 aufweist.
An seinem zur Ventileinheit 12 abgewandten Ende weist der im Spulenträger 16 befestigte Kern 20 am Außenumfang eine umlaufende Aussparung 32 auf, in die das Rückschlussblech 24 zur Befestigung dessen umlaufend ragt. Am entgegengesetzten axialen Ende ist im Kern 20 eine sich axial erstreckende, zentrale, abgestufte, zur Ventileinheit 12 offene Sackbohrung 34 ausgebildet, deren Durchmesser in Richtung der Ventileinheit 12 wächst. Entsprechend ist in der Sackbohrung 34 ein Absatz 36 ausgebildet, gegen den ein Federelement 38 anliegt, dessen gegenüberliegendes axiales Ende unter Vorspannung gegen eine Auflagefläche 40 des Ankers 22 anliegt, an dem ein sich axial in Richtung der Bohrung 34 erstreckender Vorsprung 42 ausgebildet ist. Das Federelement 38 umgibt den Vorsprung 42 radial, so dass ein Abrutschen _ _
des Federelementes 38 von der Auflagefläche 40 verhindert wird. Die Führung des Federelementes 38 erfolgt durch die Sackbohrung 34, deren Seitenwände das Federelement 38 radial umgeben.
5 Bei Bestromung der Spule 18 entsteht eine magnetische Anziehungskraft zwischen dem Anker 22 und dem Kern 20, die der Federkraft entgegenwirkt. Die zueinander gewandten Flächen des Ankers und des Kerns sind jeweils kegelstumpfförmig korrespondierend zueinander abgeschrägt ausgeführt.
o
Zwischen dem Kern 20 und dem Spulenträger 16 unmittelbar angrenzend zum Rückschlussblech 24 ist ein erster Dichtring 44 angeordnet, über den ein Ölfluss aus einem zwischen dem Anker 22 und dem Kern 20 im Innern des Spulenträgers 16 ausgebildeten Aktorraum 46 entlang des Außenumfangs des Kerns 20 nach außen verhindert wird.
An der axial entgegengesetzten Seite der Aktoreinheit 10 ist ein zweiter Dichtring 48 zwischen dem Spulenträger 16 und einem Strömungsgehäuse 50 der Ventileinheit 12 angrenzend zum Rückschlussblech 26 angeordnet, über welchen ein Ölfluss aus dem Aktorraum 46 entlang des Außenumfangs des Strömungsgehäuses 50 verhindert wird, so dass der Aktorraum 46 vollständig zur Umgebung hin abgedichtet ist.
Der Anker 22 ist in einer Gleitbuchse 52 geführt, welche im radial Inneren des Strömungsgehäuses 50 angeordnet ist, welches sich in das Innere des Spulenträgers 16 und durch eine Öffnung des Rückschlussbleches 26 erstreckt. Die Gleitbuchse 52 erstreckt sich vom ersten axialen Ende des Strömungsgehäuses 50 bis vor eine erste Querbohrung 54 im Strömungsgehäuse 50, die als Auslassanschluss 56 dient. Im weiter von der Aktoreinheit 10 abgewandten Bereich weist das Strömungsgehäuse eine weitere Querbohrung 58 auf, welche als Regelanschluss 60 dient. Ein Einlassanschluss 62 wird durch das von der _ _
Aktoreinheit 10 weg weisende offene axiale Ende einer Durchgangslängsbohrung 64 des Strömungsgehäuses 50 gebildet.
In der Längsbohrung 64 des Strömungsgehäuses 50 sind zwei Ventilsitze 66, 68 mit kegelstumpfförmigen Sitzflächen 70, 72 ausgebildet. Der erste Ventilsitz 66 befindet sich zwischen dem Regelanschluss 60 und dem Auslassanschluss 56. Die Sitzfläche 70 weist in Richtung des Auslassanschlusses 56. Der zweite Ventilsitz 68 befindet sich zwischen dem Einlassanschluss 62 und dem Regelanschluss 60, wobei dessen Sitzfläche 72 zum Einlassanschluss 62 gerichtet ist.
Der erste Ventilsitz 66 wirkt mit einem von der Aktoreinheit 10 weg weisenden axialen Ende des Ankers 22 zusammen, so dass dieses Ende des Ankers als erster Regelkörper 74 dient, der eine nicht geneigte Sitzfläche aufweist, so dass bei Aufliegen des Regelkörpers 74 auf dem Ventilsitz 66 eine Verbindung zwischen dem Auslassanschluss 56 und dem Regelanschluss 60 durch die linienförmige Berührung des Regelkörpers 74 auf der Sitzfläche 70 unterbrochen wird. Der zweite Ventilsitz 68 wird durch einen zweiten Regelkörper 76 beherrscht, der auf einem Ende eines Ventilstößels 78 befestigt ist, der mit dem Anker 22 eine Einheit 84 bildet und dessen entgegengesetztes Ende in einer Durchgangslängsbohrung 80 im Anker 22 eingepresst ist, so dass der Ventilstößel 78 mit dem Anker 22 bewegt wird. Auch der zweite Regelkörper 76 weist eine nicht geneigte Sitzfläche auf, die mit der Sitzfläche 72 des Ventilsitzes 68 bei Aufliegen des Regelkörpers 76 eine Linienberührung bildet, die eine Verbindung zwischen dem Einlassanschluss 62 und dem Regelanschluss 60 unterbricht.
Des Weiteren weist der Ventilstößel 78 ebenso wie der Anker 22 eine Durchgangslängsbohrung 82 auf, die in die Durchgangslängsbohrung 80 des Ankers 22 mündet, so dass eine ständige fluidische Verbindung vom Einlassanschluss 62 zum Aktor räum 46 besteht. Entsprechend besteht ein Druckausgleich zwischen dem Einlassanschluss 62 und dem Aktorraum 6. Dieser Druck greift an den beweglichen Teilen der Ventilvorrichtung an. Dabei ist die durch den zweiten Regelkörper 76 gebildete Kraftangriffsfläche genauso groß wie die sich im Aktorraum 46 wirksame Kraftangriffsfläche des Ankers 22. Somit besteht bezüglich der wirkenden hydraulischen Kräfte an den entgegengesetzten Enden der Einheit 84 ein Kräftegleichgewicht. Auch der am Regelanschluss 60 anliegende Druck bewirkt kein Ungleichgewicht der auf die Einheit 84 wirkenden hydraulischen Kräfte, da auch hier die zueinander gewandten Angriffsflächen des ersten Regelkörpers 74 und des zweiten Regelkörpers 76 gleich groß sind.
Die Funktion dieser Ventilvorrichtung als Ölpumpenregelung wird im Folgenden anhand des Ölkreislaufs einer Verbrennungskraftmaschine erklärt.
Der Ölkreislauf besteht aus einer Ölwanne 86 aus der über eine Saugleitung 88 mittels einer variablen Ölpumpe 90 Öl angesaugt wird. Dieses Öl strömt über eine Förderleitung 92 zum Zweck der Schmierung zu einem Verbrennungsmotor 94 und von diesem über eine Rückführleitung 96 zurück zur Ölwanne 86.
Wie erwähnt handelt es sich um eine regelbare Ölpumpe 90, bei der durch Verstellung eines Exzenterringes 98, in dem ein Pumpenrotor 100 zur Förderung gedreht wird, die Fördermenge und somit der Förderdruck Pi eingestellt wird.
Die Verstellung des Exzenterringes 98 erfolgt durch Regelung eines Steuerdruckes in einer Steuerkammer 102 der Ölpumpe 90. Der in der Steuerkammer 102 wirkende Steuerdruck wird mittels der erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung geregelt, indem der Regelanschluss 60 der Ventilvorrichtung über eine Steuerleitung 104 mit der Steuerkammer 102 verbunden wird, so dass am Regelanschluss 60 und in der Steuerkammer 102 immer der gleiche Steuerdruck herrscht. An der entgegengesetzten Seite des Exzenterringes 98 wirkt jeweils der Förderdruck der Ölpumpe 90. Der Auslassanschluss 56 der - -
Ventilvorrichtung dient als Auslass zur Ölwanne 86. Der Einlassanschluss
62 wird mit einer Förderleitung der Ölpumpe 90 verbunden.
Im in der Figur dargestellten, nicht bestromten Zustand der Ventilvorrichtung wird der Anker 22 aufgrund der Druckkraft des Federelementes 38 auf den Ventilsitz 66 gedrückt. In diesem Zustand ist die fluidische Verbindung zwischen dem Auslassanschluss 56 und dem Regelanschluss 60 entsprechend geschlossen, während der Regelkörper 76 vom zweiten Ventilsitz 68 beabstandet ist, so dass eine fluidische Verbindung zwischen dem Einlassanschluss 62 und dem Regelanschluss 60 und damit der Steuerkammer 102 freigegeben ist, wodurch Öl mit dem Förderdruck pi in die Steuerkammer 102 gelangt. Dies hat einen erhöhten Druck in der Steuerkammer 102 und somit einen erhöhten Förderdruck der Ölpumpe 90 zur Folge, da der Exzenterring 98 immer weiter in Richtung zum maximalen Förderdruck verschoben wird.
Zur Reduzierung dieses Förderdrucks, beispielsweise bei geringen geforderten Motorleistungen wird der elektromagnetische Kreis 14 durch Bestromung der Spule 18 aktiviert. Die entstehende elektromagnetische Kraft wirkt entgegen der Federkraft, so dass der Anker 22 mit dem Ventilstößel 78 in Richtung zur Aktoreinheit 10 bewegt wird bis der zweite Regelkörper 76 auf seinem Ventilsitz 68 aufliegt und der erste Regelkörper 74 von seinem Ventilsitz 66 abgehoben ist. In diesem Zustand bleibt zwischen dem Anker 22 und dem Kern 20 ein Spalt im Aktorraum erhalten. Durch die beschriebene Bewegung wird die fluidische Verbindung vom Einlassanschluss 62 zum Regelanschluss 60 unterbrochen und gleichzeitig eine fluidische Verbindung des Regelanschlusses 60 zum Auslassanschluss 56 und somit zur Ölwanne 86 freigegeben. Dies hat zur Folge, dass Öl aus der Steuerkammer 102 zur Ölwanne abströmen kann, wodurch die Exzentrizität des Exzenterrings 98 reduziert und somit auch die Förderleistung der Ölpumpe 90 reduziert wird. Wird ein höherer Druck von der Motorsteuerung gefordert, wird der Strom in der Spule 18 wieder reduziert, so dass die Magnetkraft sinkt und die Federkraft die hydraulische Kraft und die Magnetkraft übersteigt. - -
Selbstverständlich sind auch Zwischenstellungen möglich, die zu einer teilweisen Freigabe beider fluidischen Verbindungen führen, wodurch ein Ausgleich von zufließendem und abfließendem Öl aus der Steuerkammer herstellbar ist.
Aus alledem folgt, dass die Stromzufuhr im Wesentlichen entgegengesetzt proportional zum geforderten Öldruck erfolgen muss. Durch die Durchgangslängsbohrungen 80,82 und dem daraus folgenden Druckausgleich zwischen dem Einlassanschluss 62 und dem Aktor räum 46 wirken auch keine sich ändernden zusätzlichen Kräfte auf den die Einheit 84. Somit ist es jedoch möglich, für verschiedene geforderte Maximaldrücke bei verschiedenen Motoren die gleiche Aktoreinheit 10 zu verwenden. Bei Ausfall der Aktoreinheit wird immer die maximale Ölmenge gefordert, so dass eine Beschädigung des Motors aufgrund Minderversorgung des Motors mit Öl wegen eines fehlerhaften Aktors zuverlässig vermieden wird. Die Ventilvorrichtung ist einfach aufgebaut und leicht zu montieren. Gleichzeitig gewährt sie eine schnelle und gute Regelbarkeit der geforderten Ölmengen.
Es sollte deutlich sein, dass sich diese Ventilvorrichtungen auch für andere Hydraulikkreisläufe eignen. Konstruktive Änderungen der Ventilvorrichtung im Vergleich zum dargestellten Ausführungsbeispiel, wie beispielsweise die einstückige Ausbildung von Anker, Ventilstößel und Regelkörper oder auch eine unterschiedliche Aufteilung der Gehäuse und ähnliches sind ebenfalls denkbar, ohne den Schutzbereich des Hauptanspruchs zu verlassen.

Claims
2. Ventilvorrichtung für einen Hydraulikkreislauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
die Kraftangriffsfläche am zweiten Regelkörper (76), auf die der hydraulische Druck am Einlassanschluss (62) wirkt gleich der Kraftangriffsfläche am Anker (22) ist, auf die der hydraulische Druck im Aktor räum (46) zwischen Anker (22) und dem Kern (20) wirkt.
3. Ventilvorrichtung für einen Hydraulikkreislauf nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Durchmesser des zweiten Regel körpers (76) dem Durchmesser des ersten Regelkörpers (74) entspricht.
4. Ventilvorrichtung für einen Hydraulikkreislauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Regelkörper (74) durch ein axiales Ende des Ankers (22) gebildet ist.
5. Ventilvorrichtung für einen Hydraulikkreislauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Ventilstößel (78) in eine Durchgangslängsbohrung (80) des Ankers (22) eingepresst ist und der zweite Regelkörper (76) am Ventilstößel (78) befestigt ist.
6. Ventilvorrichtung für einen Hydraulikkreislauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
sich von einer Auflagefläche (40) des Ankers (22) ein zentraler Vorsprung (42) in Richtung des Kerns (20) erstreckt, der vom Federelement (38) umgeben ist, welches sich auf der Auflagefläche (40) abstützt.
7. Ventilvorrichtung für einen Hydraulikkreislauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
bei Aufliegen des zweiten Regelkörpers (76) auf dem zweiten Ventilsitz (68) ein Spalt zwischen dem Anker (22) und dem Kern (20) vorhanden ist.
8. Ventilvorrichtung für einen Hydraulikkreislauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Ventileinheit (12) ein Strömungsgehäuse (50) aufweist, in dem der Regelanschluss (60) und der Auslassanschluss (56) als Querbohrungen (54, 58) ausgebildet sind und der Einlassanschluss (62) als Längsbohrung (64) an einem axialen Ende des Strömungsgehäuses (50) ausgebildet ist.
9. Ventilvorrichtung für einen Hydraulikkreislauf nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Strömungsgehäuse (50) der Ventileinheit (12) einen Abschnitt aufweist, der teilweise radial vom Spulenträger (14) umgeben ist und in dem eine Lagerbuchse (52) befestigt ist.
10. Ventilvorrichtung für einen Hydraulikkreislauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen einem ersten axialen Ende des Spulenträgers (16) ein Dichtring (44) zwischen dem Spulenträger ( 16) und dem Kern (20) und am entgegengesetzten axialen Ende des Spulenträgers (16) ein Dichtring (48) zwischen dem Spulenträger (16) und dem Strömungsgehäuse (50) der Ventileinheit (12) angeordnet ist.
11. Ölpumpenregelanordnung mit einer Ventilvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, einer variablen Ölpumpe (90) mit einer Steuerkammer (102) und einer Ölwanne (86),
dadurch gekennzeichnet, dass
der Regeianschluss (60) mit der Steuerkammer (102) der Ölpumpe
(90) fluidisch verbunden ist, der Auslassanschluss (56) mit der Ölwanne (86) fluidisch verbunden ist und der Einlassanschluss (62) mit dem Förderdruck der Ölpumpe (90) beaufschlagt ist.
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