WO2014029523A1 - Ventilvorrichtung für einen hydraulikkreislauf sowie ölpumpenregelanordnung - Google Patents

Ventilvorrichtung für einen hydraulikkreislauf sowie ölpumpenregelanordnung Download PDF

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WO2014029523A1
WO2014029523A1 PCT/EP2013/062685 EP2013062685W WO2014029523A1 WO 2014029523 A1 WO2014029523 A1 WO 2014029523A1 EP 2013062685 W EP2013062685 W EP 2013062685W WO 2014029523 A1 WO2014029523 A1 WO 2014029523A1
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WO
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valve
valve device
hydraulic circuit
control
oil pump
Prior art date
Application number
PCT/EP2013/062685
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English (en)
French (fr)
Inventor
Rolf Lappan
Lukas Romanowski
Christoph Sadowski
Original Assignee
Pierburg Gmbh
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B49/00—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00
    • F04B49/06—Control using electricity
    • F04B49/065—Control using electricity and making use of computers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B49/00—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00
    • F04B49/08—Regulating by delivery pressure

Definitions

  • Ventiivor substances for a hydraulic circuit as well
  • the invention relates to a valve device for a hydraulic circuit having an actuator unit which has an electromagnetic circuit with a movable armature, a core, a current-carrying coil and flux guides, a flow housing with a control connection, a delivery pressure connection and an outlet connection, a valve unit loaded via a spring element, which is arranged in the flow housing and has a valve closing body which is connected to the armature and a valve seat between the control port and the outlet port dominates and a pressure sensor and an oil pump control arrangement with such a valve device, a variable oil pump with a control chamber and an oil pan.
  • Such valve devices serve to control the pressure of hydraulic actuators, for example in automatic transmission controls or to control the pressure in a control chamber of a variable oil pump of an oil circuit for lubricating an internal combustion engine of a motor vehicle.
  • a ring of a delivery chamber on which the rotor of a vane or gear pump rolls, shifted or rotated, whereby the delivery volume or the ⁇ lförd erosion of the pump is changed.
  • the pressure control valves used for these purposes usually have three ports, one of which serves as an outlet to the oil pan, a is further connected to the pressure control chamber of the oil pan and a third is acted upon by the discharge pressure of the oil pump.
  • pressure sensors are arranged in the lines, via which a feedback is given to a control unit, via which the necessary current flow of the electromagnet is regulated accordingly.
  • an electromagnetic pressure control valve in which in each case a pressure sensor is arranged in the Anschiusstechnischen to the control connection and in the acted upon by the delivery pressure of the pump line. Both sensors are connected to a control unit, via which in turn are given over the plug signals for controlling the solenoid valve. Both sensors are connected via additional electrical connection lines with the control unit.
  • a pressure control valve for a hydraulic circuit which has an electronic part with a pressure sensor which is acted upon by additional holes in the housing part with the pressure of the consumer terminal.
  • This housing part can either be made in one piece with the coil carrier or attached as an additional housing part to the flow housing, wherein the electronic part is arranged in a separate chamber of the flow housing.
  • valve device having the features of claim 1 and an oil pump control arrangement having the features of claim 7.
  • a valve device is provided in which the valve control electronics can be arranged independently of the pressure sensor in the actuator housing or separately.
  • An additional mounting of the pressure sensor is not required, since it is integrated into the flow housing and thus mounted with the flow housing.
  • an oil pump control arrangement comprises such a valve device and the pressure sensor is supplied with the delivery pressure of the variable oil pump by the pressure sensor is arranged in the delivery pressure port of the flow housing, the actual pressure to be controlled can be determined.
  • This has the advantage that no conversion via the pressure of the control connection must be made, but the actual actual value of the control unit size to be controlled is available.
  • the oil delivery system is able to regulate independently according to the setpoint specifications by the
  • Coil is energized accordingly to regulate the position of the armature and thus the valve closing body the oil inflow or outflow.
  • the conductor tracks are integrated in a flex foil. Due to their flexibility and small thickness, this is easy to install during assembly inside the actuator housing or between actuator housing and flow housing. There is also isolation from contacting liquids.
  • valve control electronics are arranged in the interior of the actuator unit.
  • the valve can be operated independently of a motor control unit.
  • the connection of the sensor to the control electronics can be easily made in the mechanical assembly of the flex foil. Due to the integrated current regulator in the valve control electronics, it is possible to control the oil pressure according to setpoint specification, so that the effort in an external engine control unit is reduced.
  • valve control electronics is integrated in the engine control unit and the tracks terminate in a plug of the actuator unit. So can be dispensed with an additional control unit. Again, the connection between the pressure sensor and connector over the flex foil is easy to implement. In this embodiment, the pressure signal can also serve as feedback for the on-board diagnosis.
  • a particularly simple assembly results when the conductor tracks in the actuator unit extend axially between a coil carrier and the core. This eliminates an encapsulation or the like. The tracks run in the non-moving area of the valve and are thus protected from wear.
  • the conductor tracks in the actuator unit extend axially between the coil carrier and the coil, so that the conductor tracks can be introduced before winding the coil.
  • the coil carrier preferably has, at its end facing the flow housing, a radially extending annular extension in which a cutout is formed, through which the conductor tracks protrude into an axially extending section of the coil carrier.
  • the outer housing surrounds the flow housing and the actuator unit radially. This closed housing prevents leaks to the outside and saves seals.
  • the conductor tracks run from the pressure sensor to the actuator unit between the outer housing and the flow housing, which again simplifies the connection of the pressure sensor.
  • control connection of the valve unit is fluidically connected to the control chamber of the variable oil pump and the outlet connection of the valve unit fluidly connected to the oil pan.
  • valve device which is easy to install and allows exact control of a Olpumpenregelan inch.
  • the control electronics are protected, so that a long service life is ensured. Additional assembly steps in the oil circuit to use a pressure sensor are completely eliminated.
  • FIG. 1 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.
  • FIG. 2 shows a rotated by 90 ° side view of the valve device according to the invention of Figure 1 in a sectional view.
  • the valve device consists of an actuator unit 10, which, like a flow housing 14 adjoining the actuator unit, is surrounded by an outer housing 12.
  • a valve unit 16 is arranged in the flow housing 14.
  • the actuator unit 10 has a Electromagnetic circuit 18 which consists of a coil 22, a core 24, an axially displaceable armature 26 and the electromagnetic circuit 18 completing flux guides, which are arranged axially above and below the coil 22 in the form of return plates 28, 29 and in the form of a Yoke 30 radially surrounding the core 24 and the armature 26, respectively.
  • the coil 22 is wound on a bobbin 20, which radially surrounds the core 24 and which is formed in one piece with the flow housing 14 in the present embodiment.
  • the return plate 29 facing the valve unit 16 has a hollow-cylindrical section which extends into the interior of the coil 22 and is surrounded on all sides by the coil carrier 20.
  • the bobbin 20 has a guide section 31 with a smaller inner diameter. This guide portion 31 serves as a guide of the armature 26.
  • the coil 22 is surrounded by a plastic housing forming the outer housing 12, on which a plug 32 is formed for the electrical supply of the coil 22.
  • the core 24 has a radially arranged in the coil carrier 20 radially outer part 34 in which a through hole 36 is formed, which is partially equipped with an internal thread into which a radially inner part is screwed with an external thread in the form of a grub screw 38.
  • a fine adjustment of the magnetic field lines is possible.
  • the core 24 has a circumferential recess 40, which prevents scattering of the magnetic field lines in the core 24 and thus improves the fine adjustment via the screw 38.
  • a pin 42 is fixed, which serves to guide a spring element 44 in the form of a helical spring which surrounds the pin 42 and between a contact surface 46th is clamped on the pin 42 and a contact surface 48 on the armature 26.
  • the pin 42 also serves as a stop for limiting the armature movement.
  • the armature 26 is guided in addition to the guide portion 31 in a subsequent to the guide portion bushing 52 which is disposed in the flow housing 14 in which a control port 54, an outlet port 56 and arranged at the opposite end to the armature 26 conveying pressure port 58 are formed ,
  • a frusto-conical valve seat 60 is formed in the interior of the flow housing 14, which cooperates with a cylindrical valve body 62 of the valve unit 16, which is integral with the armature 26 is trained.
  • a longitudinal bore 64 is formed, via which a space 66 in the interior of the actuator housing 12, in which the coil spring 44 is disposed, with the outlet port 56 of the valve is in constant fluid communication. Accordingly, the hydraulic pressure which acts on the valve spool 62 in the opening direction, the same pressure acting on the armature 26 in the closing direction of the valve.
  • a further bushing 78 is arranged on the delivery pressure flange 58 in an axial opening 76 of the flow housing 14, in which a valve tappet 80 is slidably mounted, which in the present embodiment is designed as a separate component, but could also be formed integrally with the valve closing body 62.
  • the bushing 78 has a different-sized opening, so that a pressure-loaded surface 82 of the valve tappet 80 can have a correspondingly different size.
  • This surface 82 the greater is the force acting on the valve stem 80 at the same pressure, which is thereby displaced in the direction of the valve closing body 62 and optionally lifts it from the valve seat 60.
  • valve stem 80 At its opposite end to the pressure-loaded surface 82, the valve stem 80 has an extension 84, with which it rests against the bush 78 in the unloaded state and which extends axially to immediately adjacent to the valve closing body 62.
  • a pressure sensor 86 which is integrated in the flow housing 14, is arranged in the flow housing 14 below the valve tappet 80 on the delivery pressure flange 58.
  • This pressure sensor 86 is connected via a strip conductor having flex foil 88 with the plug 32 and the plug 32 with a valve control electronics 90.
  • the flex foil 88 extends axially from the pressure sensor 86 between the flow housing 14 and the outer housing 12 into the actuator unit 10.
  • the flex foil 88 for example when spraying the outer housing 12 against the flow housing 14 put on and overmolded.
  • the flex foil 88 as can be seen in FIG.
  • the flex foil 88 again extends in the axial direction on the outside
  • the coil support 20 at its end facing the flow housing 14 in a radially extending annular extension 89 a cutout 91, through which the flex foil 88 in an axially extending portion 93rd of the bobbin 20 protrude.
  • the flex foil 88 is again guided by 90 ° in the circumferential direction around the bobbin 20 and the plug 32.
  • the valve control electronics 90 is supplied with the pressure signals of the pressure sensor 86.
  • the oil circuit consists of an oil pan 92 from which via a suction line 94 by means of a variable oil pump 96 oil is sucked. This oil flows via a delivery line 98 for the purpose of lubrication to an internal combustion engine 100 and from there via a return line 102 back to the oil pan 92.
  • Flow rate and thus in the delivery pressure i is adjustable.
  • the adjustment of the eccentric ring is effected by controlling a control pressure p 2 in a control chamber of the oil pump 96.
  • the control pressure acting in the control chamber p 2 is controlled by the valve device by the control connection 54 of the flow housing 14 of the valve device via a nozzle or aperture 110 with the delivery line 98 and is connected to the control chamber 108, so that behind the aperture 110 at the control connection 54 and in the control chamber always the same pressure p 2 prevails.
  • the outlet port 56 of the flow housing 14 is connected to the oil pan 92. Furthermore, the delivery pressure connection 58 and thus also the pressure-loaded surface 82 of the valve tappet 80 are subjected to the delivery pressure pi.
  • a signal for supplying voltage to the coil 22 is output via the valve control electronics 90 in order to reduce the delivery pressure pi.
  • the armature 26 is pulled toward the core 24, so that the valve closing body 62 is lifted off the valve seat 60 and a connection between the control port 54 and the outlet port 56 is established, which in turn leads to a reduction of the control pressure p 2 in FIG the control chamber and thus leads to a reduction of the delivery pressure pi, which in turn is measured directly via the pressure sensor 86.
  • the opening cross-section is dependent on the power supply of the coil 22, so that with increasing current and the shared cross-section increases and thus the discharge pressure pi falls further.
  • the energization of the coil 24 is adjusted via the valve control electronics 90 as a function of the difference between the required setpoint value and the actual value of the delivery pressure measured via the pressure sensor 86.
  • the energization of the coil 22 is reduced or completely adjusted, whereby the control pressure p 2 increases again until the pressure sensor 86 sends the signal to the valve control unit 90 that the desired delivery pressure pi is reached. If a speed jump of the oil pump 96 occurs, for example because of a sudden increase in load of the internal combustion engine 100, the delivery pressure pi increases briefly, which results in the valve stem 80 being pressed against the valve closing body 62, which in turn causes the fluid connection between the control port 54 and the outlet port 56 is produced.
  • valve devices are also suitable for other hydraulic circuits.
  • Design changes of the valve device compared to the illustrated embodiment, such as a different arrangement of the terminals or other design of the valve unit are also conceivable without departing from the scope of the main claim.

Abstract

Es sind Ventilvorrichtungen für Ölpumpenregelanordnungen mit einem Außengehäuse (12), in dem eine Aktoreinheit (10) mit einem elektromagnetischen Kreis (18) mit einem bewegbaren Anker (26), einem Kern (24), einer bestrombaren Spule (22) und Flussleiteinrichtungen (28, 30) angeordnet ist, einem Strömungsgehäuse (14) mit einem Regelanschluss (54), einem Förderdruckanschluss (58) und einem Auslassanschluss (56), einer über ein Federelement (44) belasteten Ventileinheit (16), die im Strömungsgehäuse (14) angeordnet ist und einen Ventilschließkörper (62) aufweist, der mit dem Anker (26) verbunden ist und einen Ventilsitz (60) zwischen dem Regelanschluss (54) und dem Auslassanschluss (56) beherrscht und einem Drucksensor (86) bekannt. Allerdings ist deren Montage oft schwierig. Daher wird vorgeschlagen, dass der Drucksensor (86) im Strömungsgehäuse (14) integriert ist und über Leiterbahnen, die sich zumindest teilweise durch das Aktorgehäuse (12) erstrecken, mit einer Ventilsteuerelektronik (90) verbunden ist.

Description

B E S C H R E I B U N G
Ventiivorrichtung für einen Hydraulikkreislauf sowie
Ölpumpenregelanordnung
Die Erfindung betrifft eine Ventilvorrichtung für einen Hydraulikkreislauf mit einer Aktoreinheit, die einen elektromagnetischen Kreis mit einem bewegbaren Anker, einem Kern, einer bestrombaren Spule und Flussleiteinrichtungen aufweist, einem Strömungsgehäuse mit einem Regelanschluss, einem Förderdruckanschluss und einem Auslassanschluss, einer über ein Federelement belasteten Ventileinheit, die im Strömungsgehäuse angeordnet ist und einen Ventilschließkörper aufweist, der mit dem Anker verbunden ist und einen Ventilsitz zwischen dem Regelanschluss und dem Auslassanschluss beherrscht und einem Drucksensor sowie eine Ölpumpenregelanordnung mit einer derartigen Ventilvorrichtung, einer variablen Ölpumpe mit einer Steuerkammer und einer Ölwanne. Derartige Ventilvorrichtungen dienen zur Drucksteuerung hydraulischer Steller beispielsweise in Steuerungen für Automatikgetriebe oder zur Regelung des Druckes in einer Steuerkammer einer variablen Ölpumpe eines Ölkreislaufs zur Schmierung eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs. Dabei wird über den Druck in der Steuerkammer ein Ring einer Förderkammer, auf dem der Rotor einer Flügelzellen- oder Zahnradpumpe abrollt, verschoben oder verdreht, wodurch das Fördervolumen beziehungsweise der Ölförd erdrück der Pumpe geändert wird. Die zu diesen Zwecken verwendeten Druckregelventile weisen zumeist drei Anschlüsse auf, von denen einer als Auslass zur Ölwanne dient, einer weiterer mit der Druckregelkammer der Ölwanne verbunden ist und ein dritter mit dem Förderdruck der Ölpumpe beaufschlagt wird. Zur Regelung des Drucks ist es notwendig, den Förderdruck der Ölpumpe zu bestimmen. Ausdiesem Grund werden Drucksensoren in den Leitungen angeordnet, über welche eine Rückmeldung zu einer Steuereinheit gegeben wird, über die entsprechend die notwendige ßestromung des Elektromagneten geregelt wird.
So ist aus der JP 2003-076427 A ein elektromagnetisches Druckregelventil bekannt, bei dem in den Anschiussleitungen zum Regelanschluss und in der mit dem Förderdruck der Pumpe beaufschlagten Leitung jeweils ein Drucksensor angeordnet ist. Beide Sensoren sind mit einer Steuereinheit verbunden, über die wiederum über den Stecker Signale zur Regelung des Elektromagnetventils gegeben werden. Beide Sensoren sind dabei über zusätzliche elektrische Verbindungsleitungen mit der Steuerreinheit verbunden.
Des Weiteren ist aus der DE 10 2005 004 080 AI ein Druckregelventil für einen Hydraulikkreislauf bekannt, welches ein Elektronikteil mit einem Drucksensor aufweist, der über zusätzliche Bohrungen im Gehäuseteil mit dem Druck des Verbraucheranschlusses beaufschlagt ist. Dieses Gehäuseteil kann dabei entweder einstückig mit dem Spulenträger ausgeführt sein oder als zusätzliches Gehäuseteil auf das Strömungsgehäuse aufgesteckt werden, wobei das Elektronikteil in einer separaten Kammer des Strömungsgehäuses angeordnet ist.
Diese bekannten Ventile und Systeme weisen den Nachteil auf, dass entweder eine zusätzliche Montage des Drucksensors beziehungsweise der gesamten Elektronikeinheit erforderlich ist oder bei der Integration des Drucksensors und des Elektronikteils in das Aktorgehäuse beziehungsweise den Spulenträger die Abdichtung gegenüber einem Ölfluss zum Drucksensor sehr aufwendig ist, so dass Beschädigungen der Platine zu befürchten sind.
Daher ergibt sich die Aufgabe bei möglichst einfacher Montage eine Druckmessung zu ermöglichen, ohne dass eine Beschädigung der Elektronikeinheit zu befürchten ist.
Diese Aufgaben werden durch eine Ventilvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Ölpumpenregelanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst.
Dadurch, dass der Drucksensor im Strömungsgehäuse integriert ist und über Leiterbahnen, die sich zumindest teilweise durch die Aktoreinheit erstrecken, mit einer Ventilsteuerelektronik verbunden ist, wird eine Ventilvorrichtung geschaffen, bei der die Ventilsteuerelektronik unabhängig vom Drucksensor im Aktorgehäuse oder separat angeordnet werden kann. Eine zusätzliche Montage des Drucksensors ist nicht erforderlich, da dieser in das Strömungsgehäuse integriert ist und somit mit dem Strömungsgehäuse montiert wird. So kann der zu messende Druck, ohne weitere Leitungen legen zu müssen der Steuerung des Ventils zur weiteren Regelung zur Verfügung gestellt werden.
Dadurch, dass eine erfindungsgemäßen Ölpumpenregelanordnung eine derartige Ventilvorrichtung aufweist und der Drucksensor mit dem Förderdruck der variablen Ölpumpe beaufschlagt ist, indem der Drucksensor im Förderdruckanschluss des Strömungsgehäuses angeordnet wird, kann auch der tatsächlich zu regelnde Druck bestimmt werden. Dies hat den Vorteil, dass keine Umrechnung über den Druck des Regelanschlusses erfolgen muss, sondern der tatsächliche Istwert der zu regelnden Größe der Steuereinheit zur Verfügung steht. Durch die Erfassung des Öldrucks als Regelgröße ist das Ölfördersystem in der Lage entsprechend der Sollwertvorgaben selbstständig zu regeln, indem die
Spule entsprechend bestromt wird, um über die Position des Ankers und somit des Ventilschließkörpers den Ölzufluss beziehungsweise -abfluss zu regeln-.
Vorzugsweise sind die Leiterbahnen in eine Flexfolie integriert. Durch deren Flexibilität und geringe Dicke ist diese einfach beim Zusammenbau innerhalb des Aktorgehäuses oder zwischen Aktorgehäuse und Strömungsgehäuse zu verlegen. Auch besteht eine Isolation gegenüber berührenden Flüssigkeiten.
In einer bevorzugten Ausführung ist die Ventilsteuerelektronik im Innern der Aktoreinheit angeordnet. So kann das Ventil unabhängig von einer Motorsteuereinheit betrieben werden. Die Verbindung des Sensors zur Steuerelektronik kann so bei der mechanischen Montage über die Flexfolie einfach hergesteilt werden. Durch den integrierten Stromregler in der Ventilsteuerelektronik ist eine Regelung des Öldrucks nach Sollwertvorgabe möglich, so dass der Aufwand in einem externen Motorsteuergerät reduziert wird.
In einer alternativen Ausführungsform ist die Ventilsteuerelektronik in der Motorsteuereinheit integriert und die Leiterbahnen münden in einem Stecker der Aktoreinheit. So kann auf eine zusätzliche Steuereinheit verzichtet werden. Auch hier ist die Verbindung zwischen Drucksensor und Stecker über die Flexfolie einfach zu verwirklichen. Bei dieser Ausführung kann das Drucksignal gleichzeitig als Rückmeldung für die On-Board-Diagnose dienen.
Eine besonders einfache Montage ergibt sich, wenn die Leiterbahnen in der Aktoreinheit axial zwischen einem Spulenträger und dem Kern verlaufen. So entfällt ein Umspritzen oder ähnliches. Die Leiterbahnen verlaufen im sich nicht bewegenden Bereich des Ventils und sind somit vor Verschleiß geschützt.
In einer alternativen Ausführung verlaufen die Leiterbahnen in der Aktoreinheit axial zwischen dem Spulenträger und der Spule, so dass die Leiterbahnen vor dem Wickeln der Spule eingebracht werden kann.
Vorzugsweise weist dabei der Spulenträger an seinem zum Strömungsgehäuse weisenden Ende eine sich radial erstreckende ringförmige Erweiterung auf, in der ein Ausschnitt ausgebildet ist, durch den die Leiterbahnen in einen sich axial erstreckenden Abschnitt des Spulenträgers ragen. So wird einerseits die Position der Leiterbahnen festgelegt und andererseits deren Montage vereinfacht, da eine gerade Verlegung in diesem Bereich möglich wird.
In einer vorteilhaften Ausführung umgibt das Außengehäuse das Strömungsgehäuse und die Aktoreinheit radial. Durch dieses geschlossene Gehäuse werden Leckagen nach außen vermieden und Dichtungen eingespart.
Dabei verlaufen die Leiterbahnen vom Drucksensor zur Aktoreinheit zwischen dem Außengehäuse und dem Strömungsgehäuse, was erneut die Anbindung des Drucksensors vereinfacht. Ein besonders einfacher Aufbau und eine vereinfachte Herstellung ergeben sich, wenn das Strömungsgehäuse und der Spulenträger einstückig ausgebildet sind.
In einer Weiterbildung der Ölpumpenregelanordnung ist der Regelanschluss der Ventileinheit fluidisch mit der Steuerkammer der variablen Olpumpe verbunden und der Auslassanschluss der Ventileinheit mit der Ölwanne fluidisch verbunden. Durch diese Verschaltung ergibt sich eine gute Regelbarkeit eines Drucks in der Steuerkammer einer variablen Ölpumpe, über welchen die Förderleistung der Ölpumpe durch Verschieben oder Verdrehen eines äußeren Versteilringes eingestellt werden kann.
Es wird somit eine Ventilvorrichtung geschaffen, welche einfach montierbar ist und eine exakte Regelung einer Olpumpenregelanordnung ermöglicht. Trotz der direkten Verbindung des zur Regelung benötigten Drucksensors ist die Steuerelektronik geschützt, so dass eine hohe Lebensdauer sichergestellt wird. Zusätzliche Montageschritte im Ölkreislauf zur Verwendung eines Drucksensors entfallen vollständig.
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung und der zugehörigen Olpumpenregelanordnung ist in der Figur dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.
Die Figur 1 zeigt eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung in geschnittener Darstellung mit schematisch dargestellter Anbindung an einen Ölkreislauf einer Verbrennungskraftmaschine.
Die Figur 2 zeigt eine um 90° gedrehte Seitenansicht der erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung aus Figur 1 in geschnittener Darstellung.
Die erfindungsgemäße, in den Figuren dargestellte Ventilvorrichtung besteht aus einer Aktoreinheit 10, die ebenso wie ein sich an die Aktoreinheit anschließendes Strömungsgehäuse 14 von einem Außengehäuse 12 umgeben ist. Im Strömungsgehäuse 14 ist eine Ventileinheit 16 angeordnet. Die Aktoreinheit 10 weist einen elektromagnetischen Kreis 18 auf, welcher aus einer Spule 22, einem Kern 24, einem axial verschiebbaren Anker 26 und den elektromagnetischen Kreis 18 vervollständigende Flussleiteinrichtungen besteht, welche axial oberhalb und unterhalb der Spule 22 in Form von Rückschlussblechen 28, 29 angeordnet sind und in Form eines Joches 30 den Kern 24 beziehungsweise den Anker 26 radial umgeben. Die Spule 22 ist auf einem Spulenträger 20 gewickelt, der den Kern 24 radial umgibt und der im vorliegenden Ausführungsbeispiel einstückig mit dem Strömungsgehäuse 14 ausgebildet ist. Das zur Ventileinheit 16 weisende Rückschussblech 29 weist einen hohlzylindrischen Abschnitt auf, der sich in das Innere der Spule 22 erstreckt und vom Spulenträger 20 allseitig umgeben ist. Hierzu weist der Spulenträger 20 einen Führungsabschnitt 31 mit kleinerem Innendurchmesser auf. Dieser Führungsabschnitt 31 dient als Führung des Ankers 26. Die Spule 22 ist von einem das Außengehäuse 12 bildenden Kunststoffmantel umgeben, an dem ein Stecker 32 zur elektrischen Versorgung der Spule 22 ausgebildet ist.
Der Kern 24 weist einen fest im Spulenträger 20 angeordneten radial äußeren Teil 34 auf, in dem eine Durchgangsbohrung 36 ausgebildet ist, welche teilweise mit einem Innengewinde ausgestattet ist, in welches ein radial innerer Teil mit einem Außengewinde in Form einer Madenschraube 38 geschraubt ist. Je nach axialer Stellung dieser Schraube 38 im Kern 24 ist eine Feinjustierung der magnetischen Feldlinien möglich. Axial in Höhe der Schraube 38 weist der Kern 24 eine umlaufende Aussparung 40 auf, die eine Streuung der Magnetfeldlinien im Kern 24 verhindert und so die Feinjustierung über die Schraube 38 verbessert.
Des Weiteren ist in der Durchgangsbohrung 36 an der zur Ventileinheit 16 gewandten Seite der Durchgangsbohrung 36 ein Zapfen 42 befestigt, der zur Führung eines Federelementes 44 in Form einer Schraubenfeder dient, welche den Zapfen 42 umgibt und zwischen einer Anlagefläche 46 am Zapfen 42 und einer Anlagefläche 48 am Anker 26 eingespannt ist. Der Zapfen 42 dient gleichzeitig als Anschlag zur Begrenzung der Ankerbewegung.
Bei Bestromung der Spule 22 entsteht in bekannter Weise eine magnetische Anziehungskraft zwischen dem Anker 26 und dem Kern 24, der zur Bündelung der axial verlaufenden magnetischen Feldlinien einen ringförmigen spitz zulaufenden Vorsprung 50 aufweist, in dessen Inneres der Anker 26 bei Bestromung der Spule 22 eintaucht.
Der Anker 26 ist neben dem Führungsabschnitt 31 auch in einer sich an den Führungsabschnitt anschließenden Buchse 52 geführt, welche im Strömungsgehäuse 14 angeordnet ist, in dem ein Regelanschluss 54, ein Auslassanschluss 56 sowie ein am zum Anker 26 entgegen gesetzten Ende angeordneter Förderdruckanschluss 58 ausgebildet sind.
Zwischen dem Regelanschluss 54 und dem Auslassanschluss 56, welcher zwischen dem Regelanschluss 54 und dem Förderdruckanschluss 58 angeordnet ist, ist im Inneren des Strömungsgehäuses 14 ein kegelstumpfförmiger Ventilsitz 60 ausgebildet, welcher mit einem zylindrischen Ventilschiießkörper 62 der Ventileinheit 16 zusammenwirkt, der einstückig mit dem Anker 26 ausgebildet ist. Im Anker 26 und im Ventilschiießkörper 62 ist eine Längsbohrung 64 ausgebildet, über die ein Raum 66 im Inneren des Aktorgehäuses 12, in dem die Schraubenfeder 44 angeordnet ist, mit dem Auslassanschluss 56 des Ventils in ständiger fluidischer Verbindung steht. Entsprechend ist der hydraulische Druck, welcher am Ventilschiießkörper 62 in Öffnungsrichtung wirkt, der gleiche Druck, der am Anker 26 in Schließrichtung des Ventils wirkt. Da zusätzlich die beiden Kraftangriffsflächen 68, 70 am Anker 26 beziehungsweise am Ventilschiießkörper 62 gleich groß sind, besteht ein Kraftausgleich an der bewegbaren Einheit aus Anker 26 und Ventilschließkörper 62, der dazu führt, dass lediglich die elektromagnetische Kraft und die Federkraft auf diese Einheit 26, 62 wirken. Des Weiteren Ist am Förderdruckanschiuss 58 in einer axialen Öffnung 76 des Strömungsgehäuses 14 eine weitere Buchse 78 angeordnet, in der ein Ventilstößel 80 gleitend gelagert ist, welcher im vorliegenden Ausführungsbeispiel als separates Bauteil ausgebildet ist, jedoch auch einstückig mit dem Ventilschließkörper 62 ausgebildet werden könnte. Die Buchse 78 weist je nach gewünschter Öffnungskraft eine unterschiedlich große Öffnung auf, so dass eine druckbelastete Fläche 82 des Ventilstößels 80 eine entsprechend unterschiedliche Größe aufweisen kann. Je größer diese Fläche 82 ist, desto größer ist die Kraft, die bei gleichem Druck auf den Ventilstößel 80 wirkt, welcher dadurch in Richtung des Ventilschließkörpers 62 verschoben wird und diesen gegebenenfalls vom Ventilsitz 60 abhebt.
An seinem zur druckbelasteten Fläche 82 entgegen gesetztem Ende weist der Ventilstößel 80 eine Erweiterung 84 auf, mit der er im unbelasteten Zustand gegen die Buchse 78 anliegt und die sich axial bis unmittelbar an den Ventilschließkörper 62 anliegend erstreckt.
Erfindungsgemäß ist im Strömungsgehäuse 14 unterhalb des Ventilstößels 80 am Förderdruckanschiuss 58 ein Drucksensor 86 angeordnet, der im Strömungsgehäuse 14 integriert ist. Dieser Drucksensor 86 ist über eine Leiterbahnen aufweisende Flexfolie 88 mit dem Stecker 32 und über den Stecker 32 mit einer Ventilsteuerelektronik 90 verbunden. Die Flexfolie 88 erstreckt sich axial vom Drucksensor 86 zwischen dem Strömungsgehäuse 14 und dem Außengehäuse 12 hindurch in die Aktoreinheit 10. Hierzu wird die Flexfolie 88 beispielsweise beim Spritzen des Außengehäuses 12 an das Strömungsgehäuse 14 angelegt und umspritzt. Die Flexfolie 88 verläuft, wie in Figur 1 ersichtlich ist, zunächst axial und an der zum Auslassanschluss 56 abgewandten Seite des Regelanschlusses 54 um 90° in Umfangsrichtung um das Strömungsgehäuse 14. Von hier aus erstreckt sich die Flexfolie 88 erneut in axiaier Richtung an der Außenseite des Spulenträgers 20 entlang zwischen der Spule 22 und dem Spulenträger 20. Hierzu weist der Spulenträger 20 an seinem zum Strömungsgehäuse 14 weisenden Ende in einer sich radial erstreckenden ringförmigen Erweiterung 89 einen Ausschnitt 91 auf, durch den die Flexfolie 88 in einen sich axial erstreckenden Abschnitt 93 des Spulenträgers 20 ragen. An einer gegenüberliegenden zweiten ringförmigen Erweiterung 95 des Spulenträgers 20 wird die Flexfolie 88 wieder um 90° in Umfangsrichtung um den Spulenträger 20 und zum Stecker 32 geführt. So wird die Ventilsteuerelektronik 90 mit den DrucksignaJen des Drucksensors 86 versorgt.
Die Funktion dieser Ventilvorrichtung als Ölpumpenregelung wird im Folgenden anhand des Ölkreislaufs einer Verbrennungskraftmaschine erklärt.
Der Ölkreislauf besteht aus einer Ölwanne 92 aus der über eine Saugleitung 94 mittels einer variablen Olpumpe 96 Öl angesaugt wird. Dieses Öl strömt über eine Förderleitung 98 zum Zweck der Schmierung zu einem Verbrennungsmotor 100 und von diesem über eine Rückführleitung 102 zurück zur Ölwanne 92.
Wie erwähnt handelt es sich nicht um eine Ölpumpe 96, deren Förderdruck ausschließlich von der Drehzahl der Ölpumpe 96 und somit von der Drehzahl des Verbrennungsmotors 100 abhängig ist, sondern um eine Ölpumpe 96, welche mittels Verstellung eines Exzenterringes, in dem ein Pumpenrotor zur Förderung exzentrisch gedreht wird, in der
Fördermenge und somit im Förderdruck i einstellbar ist.
Die Verstellung des Exzenterringes erfolgt durch Regelung eines Steuerdruckes p2 in einer Steuerkammer der Ölpumpe 96. Der in der Steuerkammer wirkende Steuerdruck p2 wird mittels der Ventilvorrichtung geregelt, indem der Regelanschluss 54 des Strömungsgehäuses 14 der Ventilvorrichtung über eine Düse oder Blende 110 mit der Förderleitung 98 und mit der Steuerkammer 108 verbunden wird, so dass hinter der Blende 110 am Regelanschluss 54 und in der Steuerkammer immer der gleiche Druck p2 herrscht.
Der Auslassanschluss 56 des Strömungsgehäuses 14 wird mit der Ölwanne 92 verbunden. Des Weiteren wird der Förderdruckanschluss 58 und somit auch die druckbelastete Fläche 82 des Ventilstößels 80 mit dem Förderdruck pi beaufschlagt.
Im nicht bestromten Zustand des Ventils wird der Anker 26 und somit der Ventilschließkörper 62 aufgrund der Federkraft auf den Ventilsitz 60 gedrückt. Entsprechend besteht keine Verbindung zwischen dem Regelanschluss 54 und dem Auslassanschluss 56. Somit entsteht ein maximaler Steuerdruck p2, der in der Steuerkammer und am Regelanschluss 54 anliegt und dafür sorgt, dass sich der Exzenterring in seiner Maximalstellung befindet und somit auch der Förderdruck pi maximal ist.
Neben der Federkraft wirkt auf den Anker 26 über den Ventilstößel 80 auch die Kraft, die sich aus dem Förderdruck pi und der von diesem beaufschlagten druckbelasteten Fläche 82 ergibt. Ist diese Kraft geringer als die Federkraft, wird weiterhin Öl mit dem Maximaldruck pi gefördert. Übersteigt diese Kraft jedoch die Federkraft wird der Ventilschließkörper 62 durch den Ventilstößel 80 vom Ventilsitz 60 gehoben, so dass eine Verbindung vom egelanschluss 54 zum Auslassanschluss 56 hergestellt wird, was zu einer Verringerung des Steuerdruckes p2 und somit im Folgenden durch Verschiebung des Exzenterringes zu einer Verringerung des Förderdrucks pi führt. Somit kann auf einfache Weise über die Fläche, an der der Förderdruck angreift, ein Maximaldruck im System eingestellt werden. Gleichzeitig wird eine fail-safe Funktion bei Ausfall der Aktoreinheit 10 zur Verfügung gestellt.
Wird über den Drucksensor 86 ein Istwert des Förderdruckes pi detektiert, der oberhalb des geforderten Sollwertes liegt, wird zur Reduzierung des Förderdrucks pi über die Ventilsteuerelektronik 90 ein Signal zur Spannungsversorgung der Spule 22 ausgegeben. Dies führt dazu, dass der Anker 26 in Richtung des Kerns 24 gezogen wird, so dass der Ventilschließkörper 62 vom Ventilsitz 60 abgehoben wird und eine Verbindung zwischen dem Regelanschluss 54 und dem Auslassanschluss 56 hergestellt wird, was wiederum zu einer Reduzierung des Steuerdrucks p2 in der Steuerkammer und somit zu einer Reduzierung des Förderdruckes pi führt, was wiederum direkt über den Drucksensor 86 gemessen wird. Der Öffnungsquerschnitt ist dabei abhängig von der Stromversorgung der Spule 22, so dass mit steigendem Strom auch der freigegebene Querschnitt steigt und somit der Förderdruck pi weiter fällt. Entsprechend wird die Bestromung der Spule 24 über die Ventilsteuerelektronik 90 in Abhängigkeit der Differenz zwischen dem geforderten Sollwert und dem über den Drucksensor 86 gemessenen Istwert des Förderdrucks eingestellt. Umgekehrt wird bei gefordertem höheren Öldruck die Bestromung der Spule 22 verringert oder ganz eingestellt, wodurch der Steuerdruck p2 wieder ansteigt bis der Drucksensor 86 das Signal an die Ventilsteuerelektronik 90 sendet, dass der gewünschte Förderdruck pi erreicht ist. Tritt ein Drehzahlsprung der Ölpumpe 96 beispielsweise aufgrund einer plötzlichen Laststeigerung des Verbrennungsmotors 100 auf, erhöht sich kurzzeitig der Förderdruck pi, was dazu führt, dass der Ventilstößel 80 gegen den Ventilschließkörper 62 gedrückt wird, wodurch wiederum die fluidische Verbindung zwischen dem Regelanschluss 54 und dem Auslassanschluss 56 hergestellt wird. Dies erfolgt in einem sehr kurzen Zeitraum, da die durch ström bare Querschnittsfläche in diesem Ventil sehr groß gewählt werden kann. Hierdurch sinkt der Steuerdruck p2 und somit der Förderdruck pi bis sich erneut der zur Bestromung des Elektromagneten passende Förderdruck pi einsteilt.
Daraus folgt, dass durch die Integration des Drucksensors in das Strömungsgehäuse ohne zusätzliche äußere Leitungen eine ständige Überwachung und Einstellung des Förderdruckes möglich ist. Auch bei Verschleiß am Ventil, wodurch keine direkte Zuordnung einer Bestromung zur Stellung der Ventileinheit und damit zum einzustellenden Förderdruck mehr möglich ist, bleibt eine exakte Regelung realisierbar. Der zusätzliche Montageaufwand ist dabei minimiert.
Es sollte deutlich sein, dass sich diese Ventil Vorrichtungen auch für andere Hydraulikkreisläufe eignen. Konstruktive Änderungen der Ventilvorrichtung im Vergleich zum dargestellten Ausführungsbeispiel, wie beispielsweise eine andere Anordnung der Anschlüsse oder eine andere Ausbildung der Ventileinheit sind ebenfalls denkbar, ohne den Schutzbereich des Hauptanspruchs zu verlassen.

Claims

Pierburg GmbH, 41460 Neuss P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Ventilvorrichtung für einen Hydraulikkreislauf mit
einer Aktoreinheit (10), die einen elektromagnetischen Kreis (18) mit einem bewegbaren Anker (26), einem Kern (24), einer bestrombaren Spule (22) und Flussleiteinrichtungen (28, 30) aufweist,
einem Strömungsgehäuse (14) mit einem Regelanschluss (54), einem Förderdruckanschluss (58) und einem Auslassanschluss (56), einer über ein Federelement (44) belasteten Ventileinheit (16), die im Strömungsgehäuse (14) angeordnet ist und einen Ventilschließkörper (62) aufweist, der mit dem Anker (26) verbunden ist und einen Ventilsitz (60) zwischen dem Regelanschluss (54) und dem Auslassanschluss (56) beherrscht, und einem Drucksensor (86),
dadurch gekennzeichnet, dass
der Drucksensor (86) im Strömungsgehäuse (14) integriert ist und über Leiterbahnen, die sich zumindest teilweise durch die Aktoreinheit (10) erstrecken, mit einer Ventilsteuerelektronik (90) verbunden ist.
2. Ventilvorrichtung für einen Hydraulikkreislauf nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Drucksensor (86) im Förderdruckanschluss (58) des Strömungsgehäuses (14) angeordnet ist.
3. Ventilvorrichtung für einen Hydraulikkreislauf nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Leiterbahnen in eine Flexfolie (88) integriert sind.
4. Ventilvorrichtung für einen Hydraulikkreislauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Ventilsteuerelektronik (90) im Innern der Aktoreinheit (10) angeordnet ist.
5. Ventilvorrichtung für einen Hydraulikkreislauf nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Ventilsteuerelektronik (90) in einer Motorsteuereinhett integriert ist und die Leiterbahnen (88) in einem Stecker (32) der Aktoreinheit (10) münden.
6. Ventilvorrichtung für einen Hydraulikkreislauf nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Leiterbahnen (88) in der Aktoreinheit (10) axial zwischen einem Spulenträger (20) und dem Kern (24) verlaufen.
7. Ventilvorrichtung für einen Hydraulikkreislauf nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Leiterbahnen (88) in der Aktoreinheit (10) axial zwischen dem Spulenträger (20) und der Spule (22) verlaufen.
8. Ventilvorrichtung für einen Hydraulikkreislauf nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Spulenträger (20) an seinem zum Strömungsgehäuse (14) weisenden Ende eine sich radial erstreckende ringförmige Erweiterung (89) aufweist, in der ein Ausschnitt (91) ausgebildet ist, durch den die Leiterbahnen (88) in einen sich axial erstreckenden Abschnitt (93) des Spulenträgers (20) ragen.
9. Ventilvorrichtung für einen Hydraulikkreislauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Außengehäuse (12) das Strömungsgehäuse (14) und die Aktoreinheit (10) radial umgibt.
10. Ventilvorrichtung für einen Hydraulikkreislauf nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Leiterbahnen (88) vom Drucksensor (86) zur Aktoreinheit (10) zwischen dem Außengehäuse (12) und dem Strömungsgehäuse (14) verlaufen.
11. Ventilvorrichtung für einen Hydraulikkreislauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Strömungsgehäuse (14) und der Spulenträger (20) einstückig ausgebildet sind.
12. Ölpumpenregelanordnung mit einer Ventilvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, einer variablen Ölpumpe (96) mit einer Steuerkammer und einer Ölwanne (92),
dadurch gekennzeichnet, dass
der Drucksensor (86) mit dem Förderdruck der variablen Ölpumpe (96) beaufschlagt ist.
13. Ölpumpenregelanordnung nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Regelanschluss (54) der Ventileinheit (16) fluidisch mit der Steuerkammer der variablen Ölpumpe (96) verbunden ist.
14. Ölpumpenregelanordnung nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass
der Auslassanschiuss (56) der Ventileinheit (16) mit der Olwanne (92) fluidisch verbunden ist.
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