DE10335487A1

DE10335487A1 - Elektrohydraulisches Ventil zum Steuern eines Nockenwellen-Phaseneinstellmechanismus eines Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE10335487A1
Application number: DE2003135487
Authority: DE
Inventors: Eric P. Waukesha Hamkins; Edward A. Pewaukee Flynn
Original assignee: Husco International Inc
Current assignee: Husco International Inc
Priority date: 2002-08-06
Filing date: 2003-08-02
Publication date: 2004-03-04
Also published as: US6640834B1; JP4057488B2; JP2004132355A

Abstract

Ein magnetbetätigtes Ventil hat einen Ventilkörper mit mehreren Öffnungen und einer Spule, die zur Verbindung der Öffnungen in unterschiedlichen Kombinationen miteinander innerhalb des Körpers verschieblich ist. Ein Magnet, der zum Antrieb der Spule angekoppelt ist, hat eine um einen ringförmigen Spulenkörper mit einem Rohr aus einem elektrisch leitenden nicht magnetischen Metall innerhalb des Spulenkörpers gewickelte Spule. Ein erstes Polstück erstreckt sich in ein Ende des Rohrs und ein zweites Polstück erstreckt sich in ein anderes Ende des Rohrs. Eine separate Buchse ist in einer Ausnehmung in jedem Polstück angeordnet. Jede Buchse hat einen rohrförmigen Körper mit einem ersten Endabschnitt, der einen größeren Außendurchmesser als ein zweiter Endabschnitt hat, und mit einem zweiten Endabschnitt, der einen geringeren inneren Durchmesser als der erste Endabschnitt hat. Der Magnet umfasst ferner einen Anker, der innerhalb der Buchsen verschieblich aufgenommen ist und an die Spule angreift.

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft hydraulische Steuerventile zum Steuern der Strömung eines Fluids in Verbrennungsmotoren und speziell elektrohydraulische Ventile zum Bestätigen eines Mechanismus, der die Phasenbeziehung zwischen einer Nockenwelle und einer Kurbelwelle des Motors variiert.

2. Beschreibung relevanten Standes der Technik

Verbrennungsmotoren haben mehrere Zylinder, die Kolben enthalten, welche mit einer Kurbelwelle verbunden sind. Jeder Zylinder hat zwei oder mehr Ventile zum Steuern der Strömung eines Kraftstoffgemisches in den Zylinder und der Strömung von Abgasen aus diesem. Traditionell wurden die Ventile durch eine Nockenwelle gesteuert, die wiederum mechanisch so verbunden war, dass sie sich mit der Drehung der Kurbelwelle drehte. Zahnräder, Ketten oder Riemen wurden zur Kopplung der Nockenwelle mit der Kurbelwelle so angewandt, dass diese beiden unisono rotieren würden. Es ist wichtig, dass die Ventile zu den richtigen Zeiten während des Verbrennungszyklus innerhalb jedes Zylinders öffnen und schliessen. Bislang war diese zeitliche Beziehung durch die mechanische Kopplung zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle festgelegt.

Die Einstellung der Nockenwellen-Zeitsteuerung war häufig ein Kompromiss, der den besten Gesamtbetrieb bei allen Motorbetriebsdrehzahlen hervorbrachte. Jedoch wurde beobachtet, dass die optimale Motorfunktionsleistung erzielt werden könnte, falls die Ventilzeitsteuerung als Funktion der Motordrehzahl, Motorlast und anderen Faktoren variiert würde. Mit dem Aufkommen computerisierter Motorsteuerung wurde es möglich, die optimale Motorventil-Zeitsteuerung oder -synchronisierung auf der Grundlage der Betriebsbedingungen festzulegen, die zu jedem gegebenen Punkt und Zeitpunkt auftreten. Gemäss 1 bestimmt der Motorcomputer die optimale Ventilzeiteinstellung oder -zeitsteuerung und gibt ein Signal an ein Elektrohydraulik-Ventil 10, das die Strömung unter Druck gesetzten Motoröls von einer Pumpe zu einem Nockenphasen-Einstellmechanismus 12 steuert. Der Einstellmechanismus 12 koppelt die Nockenwelle 14 an eine Riemenscheibe oder einen anderen Mechanismus, der mit der Motorkurbelwelle verbunden ist. Durch Steuern der Beaufschlagung einer zweier Öffnungen 18 oder 19 des Einstellmechanismus mit Motoröl kann die Phasenbeziehung zwischen der sich drehenden Riemenscheibe 16 und der Nockenwelle 14 variiert werden. Beispielsweise rückt die Beaufschlagung der ersten Öffnung 18 mit Motoröl von der Pumpe und der Auslass von Motoröl aus der zweiten Öffnung 19 zum Tank die Ventilzeiteinstellung vor. Dahingegen verzögern eine Verbindung der zweiten Öffnung 19 des Einstellmechanismus 12 mit der Pumpe und eine Kopplung der ersten Öffnung 18 zum Tank die Ventileinstellung. Das Hydraulikventil 10 ist eine Proportionalventil, das es ermöglicht, dass das Ausmass, mit dem die Zylinderventile vorgerückt, beziehungsweise beschleunigt oder verzögert werden, proportional mit der Zumessung der Strömung vom Motoröl zu und vom Einstellmechanismus 12 variiert wird. Ein Sensor 15 liefert ein elektrisches Signal, das die Winkelphase der Nockenwelle anzeigt.

Ein Schlüssel zum Betrieb der variablen Nockenwelle sind die richtige Steuerung des Motoröls zu den beiden Öffnungen oder Schlitzen 18 und 19 und eine exakte Zumessung des Motoröls. Daher wir das Steuerventil 10 zu einem kritischen Element hinsichtlich des korrekten Betriebs des Motors.

Zusammenfassung der Erfindung

Ein hydraulisches Steuerventil umfasst einen rohrförmigen Ventilkörper, der eine Längsbohrung durch sich aufweist, die an einem Ende des Ventilkörpers eine Auslassöftnung bildet. Eine erste Öffnung, eine zweite Öffnung und eine Einlassöffnung (Zulaufquerschnitt) erstrecken sich transversal durch den Körper und kommunizieren mit der Längsbohrung. Eine Spule beziehungsweise ein Steuerkolben ist innerhalb der Bohrung des Ventilkörpers verschieblich aufgenommen und weist eine Ausnehmung oder Öffnung auf, die sich von einem Ende der Spule, das proximal zu dem einen Ende des Ventilkörpers liegt, zu einem Punkt proximal einem entgegengesetzten der Spule erstreckt. Die Spule umfasst eine Auskerbung oder Einschnürung in einer Aussenfläche. Eine Feder spannt die Spule weg von dem einen Ende des Ventilkörpers vor.

Ein Stellglied umfasst eine Magnetspule, die auf einem ringförmigen Spulenkörper mit einem Rohr eines elektrisch leitenden, nicht magnetischen Metalls innerhalb des Spulenkörpers, gewickelt ist. Ein erstes Polstück des Stellgliedes oder Aktors erstreckt sich in ein Ende des Rohrs und eine zweites Polstück erstreckt sich in ein anderes Ende des Rohrs. Eine erste Buchse liegt in einer Öffnung im ersten Polstück und eine zweite Buchse in einer weiteren Öffnung im zweiten Polstück. Jede Buchse, die erste und zweite Buchse, weist einen rohrförmigen Körper mit einem ersten Endabschnitt mit einem grösseren Aussendurchmesser als dem eines zweiten Endabschnitts auf. Der Aussendurchmesser des ersten Endabschnitts greift an das jeweilige Polstück. Der zweite Endabschnitt jeder Buchse hat einen kleineren inneren Durchmesser als der erste Abschnitt. Das Stellglied umfasst auch einen Anker, der in der ersten und zweiten Buchse verschieblich aufgenommen ist und an die Spule beziehungsweise den Steuerkoben angreift.

Abhängig von der Gesamtkraft, die aus der Wechselwirkung von Kräften von der Feder und dem Anker resultiert, bewegt sich die Spule in mehrere Positionen innerhalb des Ventilkörpers. In einer ersten Position sieht die Spuleneinschnürung einen ersten Fluidweg zwischen der ersten Öffnung und der Einlassöffnung vor und es ist eine zweiter Fluidweg zwischen der zweiten Öffnung und der Auslassöffnung vorgesehen. Befindet sich die Spule bei einer zweiten Position, sieht die Einschnürung einen vierten Fluidweg zwischen der Einlassöffnung und der zweiten Öffnung vor und die Öffnung oder Ausnehmung sieht einen fünften Weg zwischen der ersten Öffnung und der Auslassöffnung vor.

In einer Zwischenposition der Spule zwischen der ersten und zweiten Position ist die Auslassöffnung von der ersten und zweiten Öffnung abgetrennt. Die Einschnürung kann so hergestellt sein, dass sie eine verschiedener Abmessungen aufweist, um die in der Zwischenposition vorgesehene Verbindung zu ändern. Eine relativ kurze Einschnürung erstreckt sich, während sie angrenzend an die Einlassöffnung liegt, nicht zu einer der ersten oder zweiten Öffnungen. Daher sind die erste und zweite Öffnung in der Zwischenposition geschlossen. Eine relativ lange Einschnürung bildet einen dritten Fluidweg, der gleichzeitig die erste Öffnung, die zweite Öffnung und die Einlassöffnung verbindet, wenn die Spule sich in der Zwischenposition befindet.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Darstellung eines Einstellsystems mit variablem Nocken, in welchem das vorliegende Hydraulikventil eingesetzt werden kann;
2 ist eine Ansicht im Längsschnitt durch eine Elektrohydraulikventil nach der Erfindung;
3 ist eine Querschnittsansicht durch das Elektrohydraulikventil längs einer Linie 3-3 in 2;
4 ist eine Querschnittsansicht einer Buchse im Elektrohydraulikventil; 5 ist eine Ansicht von oben auf die Buchse;
6 ist eine Querschnittsansicht einer alternativen Buchse;
7 ist eine isometrische Ansicht einer Teilanordnung mit Gehäuse und Stellglied des Elektrohydraulikventils; und
8 ist eine Querschnittsansicht einer alternativen Ventilspule für das Elektrohydraulikventil.
Detaillierte Beschreibung des Erfindung
Gemäss 2 ist ein elektrohydraulisches Steuerventil 30 dargestellt, welches in eine Öffnung 32 in einem Verteiler 34 eines variablen Nockenphasen-Einstellmechanismus eingesetzt ist. Die Öffnungen oder Schlitze 18 und 19 des Nockenphasen-Einstellmechanismus 12, der in 1 dargestellt ist, sind jeweils mit zwei Passagen 20 und 21 verbunden, die sich durch den Verteiler 34 erstrecken, wobei diese Passagen mit der Öffnung 32 kommunizieren. Eine Zufuhrpassage 22 erstreckt sich zwischen der Ölpumpe und der Verteileröffnung oder Verteilerausnehmung 32, während eine Rückführpassage 23 am inneren Ende der Öffnung 32 zur Ölwanne des Motors führt.
Das Elektrohydraulikventil 30 hat einen rohrförmigen Ventilkörper 40 mit einer Längsbohrung 42 und transversalen Öffnungen, die Schlitze oder Öffnungen zwischen den Verteilerpassagen und der Längsbohrung vorsehen. Speziell zeigt eine erste Öffnung 24 eine Verbindung zur ersten Passage 18 und eine zweite Öffnung 25 kommuniziert mit der zweiten Passage 21. Eine Einlassöffnung 26 (auch Zulauf genannt) im Ventilkörper ist der Zufuhrpassage 22 zugeordnet und eine Auslassöffnung 27 (auch Ausfluss genannt) öffnet sich in die Rückführpassage 23.
Eine Spule beziehungsweise eine Steuerkolben 44 ist verschieblich innerhalb der Bohrung 42 des Ventilkörpers 40 aufgenommen und weist eine äussere ringförmige Auskerbung beziehungsweise Einschnürung 46 auf, die in selektiven Positionen der Spule einen Fluidweg zwischen verschiedenen der Öffnungen und so zwischen den Verteilerpassagen vorsieht. Eine mittige Ausnehmung oder Öffnung 48 erstreckt sich zwischen den entgegengesetzten Enden der Spule 44. Eine Feder 50 spannt das inwärtige Ende der Spule 44 weg vom inneren Ende 52 des Ventilkörpers 40. Das auswärtige Ende der Ventilspule 44 hat einen Kopf 54.
Das Ventil 30 umfasst ferner ein elektrisches Stellglied 56, welches eine Magnetspule 58 umfasst, die auf einem nicht magnetischen Spulenkörper 60, der vorzugsweise aus einem Kunststoff gefertigt ist, aufgewickelt ist. Die Spule wird durch ein pusbreitenmoduliertes (PWM) Signal angesteuert, das ein Tastverhältnis aufweist, das zur Positionierung der Spule 44 im Ventilkörper 40 variiert wird. Ein Futterrohr 62 aus Kupfer oder Messing streckt sich innerhalb und im wesentlichen längs der gesamten Längenausdehnung des Spulenkörpers 60. Das Futter- oder Einsatzrohr 62 wirkt als Schutz- oder Abschirmspule, wodurch die Eingangsimpedanz-Charakteristik der Magnetspule 58 mehr wie ein Widerstand und weniger wie ein Induktor ist. Infolgedessen linearisiert, wenn eine Klemm/Unterdrückungsdiode in der elektronischen Schaltung verwendet wird, die die Magnetspule 58 ansteuert, das Futterrohr 62 die Beziehung zwischen dem Tastverhältnis des PWM Steuersignals und dem RMS Strom dieses Signals.
Dies verbessert die Steuerbarkeit des Magnetstroms und so die Position des An kers 72 und der Ventilspule 44. Ein magnetisch leitendes C-Polstück 64 hat einen zylindrischen Abschnitt 66, der sich in ein Ende des Spulenkörpers und des Kupferrohres erstreckt. Ein O-Ring 65 sieht eine fluiddichte Abdichtung zwischen dem C-Polstück 64 und dem Futterrohr 62 vor. Das C-Polstück 64 hat einen Flansch 68, der vom zylindrischen Abschnitt 66 nach aussen vorsteht, wobei er sich über das auswärtige Ende des Ventilkörpers 40 erstreckt. Ein End-Polstück 70 erstreckt sich in das entgegen gesetzte Ende des Spulenkörpers 60 und weist ein inneres Ende innerhalb des Spulenkörpers auf, das vom C-Polstück 66 beabstandet ist. Ein Abstandsstück 69 aus nicht magnetischem Material ist zwischen den beiden Polstücken 68 und 70 vorgesehen. Ein weiteren O-Ring 71 sieht eine fluiddichte Abdichtung zwischen dem End-Polstück 70 und dem Futterrohr 62 innerhalb des Spulenkörpers vor.
Ein beweglicher Anker 72 des Stellgliedes 56 ist innerhalb des Spulenkörpers vorgesehen und umfasst einen Ankerzylinder 74 aus magnetischem Material mit einer Öffnung oder Ausnehmung, durch die ein Stossstift 76 im Presssitz eingepasst ist. Der Stoss- oder Schubstift 76 ragt durch eine mittige Ausnehmung im C-Polstück 64 und wird darin durch eine erste Buchse 78 verschieblich gehalten. Der Kopf 54 der Ventilspule 44 stösst an das innere Ende des Schubstifts 76. Der Schubstift 76 erstreckt sich auch in eine Ausnehmung im End-Polstück 70, in welchem der Schubstift durch eine zweite Buchse 79 gelagert ist.
Die erste und zweite Buchse 78 und 79 sind aus Aluminiumbronze gefertigt und weisen gleiche rohrförmige Konstruktionen auf, wobei die zweite Buchse in den 4 und 5 im Detail gezeigt ist. Speziell umfasst die zweite Buchse 79 einen rohrförmigen Körper 80, der sich von einem Flansch 81 erstreckt, welcher verhindert, dass der Ankerzylinder 74 das End-Polstück 70 streift. Ein Paar Schlitze 77 erstrecken sich längs der Aussenfläche des Körpers 80, um für Fluid, das durch die Bewegung des Ankers 72 verschoben wird, Wege zur Belüftung zwischen beiden Seiten der Buchse 79 vorzusehen. Der rohrförmige Körper 80 weist einen Endabschnitt 82 mit vergrössertem Aussendurchmesser auf, wobei dieser Endabschnitt die Innenseite der Ausnehmung im End-Polstück 70 berührt. Der Innendurchmesser des ersten Endabschnitts 82 ist wesentlich grösser als der Aussendurchmesser des Schubstiftes 76, so dass zwischen diesen Kompo nenten kein Kontakt auftritt. Das entgegengesetzte Ende des rohrförmigen Körpers 80 von der Buchse weist einen zweiten Endabschnitt 83 geringeren Innendurchmessers auf, wobei dieser Abschnitt die Aussenfläche des Schubstiftes 76 berührt. Die beiden Abschnitte 82 und 83 unterschiedlichen Durchmessers sind in Längsrichtung auf der zweiten Buchse 79 beabstandet, das heisst, der erste Endabschnitt 82 erstreckt sich nicht in den zweiten Endabschnitt 83. Daher deformieren radial gerichtete Kräfte, die auf die Buchse ausgeübt werden, wenn diese in die Ausnehmung im End-Polstück 70 gedrückt wird, die Buchse nicht bis zu einem solchen Ausmass, dass ein Kontakt mit dem Schubstift 76 erfolgt. Derartige Kompressionskräfte sind auf den ersten Endabschnitt 82 grösseren Durchmessers begrenzt und werden nicht auf den zweiten Endabschnitt 83 übertragen, der sich in Kontakt mit dem Schubstift 76 befindet. Dies erleichtert den Zusammenbau des Ventils ohne die Gefahr, dass eine Deformation der Buchse die darauffolgende Bewegung des Schubstifts 76 nachteilig beeinflussen könnte. Diese Kraft-Trennfunktion wird auch durch die alternative Auslegung der in 6 gezeigten zweiten Buchse vorgesehen. In dieser Alternative hat der erste Endabschnitt 84 einen geringeren inneren Durchmesser, der sich an die Aussenfläche des Schubstiftes 76 legt, und der zweite Endabschnitt 85 des rohrförmigen Körpers 80 hat den grösseren Aussendurchmesser, der die Innenfläche der Polstück-Ausnehmung berührt.
Um das elektrische Stellglied 56 ist eine Kunststoffhülle 86 geformt und ragt nach aussen über dieses hinaus. Ein elektrischer Verbinder 88 ist am abgewandten beziehungsweise fernen Ende des vorstehenden Abschnittes der Hülle ausgebildet. Der elektrische Verbinder 88 weist ein Paar Anschlüsse 87 auf, die durch eine federnde Dichtung 89 ragen und mit der Magnetspule 58 über Drähte 59 verbunden sind. Die federnde oder nachgiebige Dichtung 89 sieht eine Dichtung vor, die verhindert, dass Wasser in das Ventil zwischen den Anschlüssen 87 und dem Kunststoffkörper 86 eintritt, und die auch verhindert, dass unter Druck stehendes Öl, das längs der Drähte 59 wandern kann, aus dem Ventil austritt.
Gemäss den 2 und 3 erstreckt sich ein äusseres Metallgehäuse 90 um denjenigen Abschnitt der Kunststoffhülle 86, der das elektrische Stellglied 56 einkapselt. Das untere Ende des äusseren Gehäuses 90 in der Orientierung des Ventils in 2 greift dicht an den Aussendurchmesser des Flansches 68 am C-Polstück 64 und ist bei 91 um die obere Kante des rohrförmigen Ventilkörpers 40 herumgefalzt. Das obere Ende des äusseren Gehäuses 90 weist eine mittige Ausnehmung 92 auf, durch die sich das End-Polstück 70 erstreckt, wie in 7 zu sehen ist. Die Kante dieser mittigen Ausnehmung 92 weist mehrere Einschnitte 94 auf, bei denen das Material der Hülle oder Einfassung gegen das End-Polstück 70 gedrückt wird, um diese beiden Komponenten miteinander zu verstemmen. Die dichte Anlage des C-Polstücks 64 am äusseren Gehäuse 90 sieht einen hochleitenden Flusspfad für das Magnetstellglied vor und hält ferner diese Komponenten während der darauffolgenden Schritte des Zusammenbaus zusammen.
Hier gemachte Bezugnahmen auf Richtungsbeziehungen und Bewegungsrichtungen wie obere und untere oder abwärts und aufwärts beziehen sich auf die Beziehung und Bewegung der Komponenten in der in den Zeichnungen dargestellten Lage, welche nicht die Lage der Komponenten sein kann, wenn diese am Motoraufbau befestigt sind.
Gemäss 4, auf die wiederum Bezug genommen wird, wird während der Fabrikation des Ventils 30 das Stellglied 76 in eine Form gesetzt, in die für die Hülle 86 verflüssigter Kunststoff eingespritzt wird. Der verflüssigte Kunststoff wird in den Spalt zwischen dem äusseren Gehäuse 90 und der Teilanordnung aus Spulenkörper/Magnetspule hineingedrückt, wo der Kunststoff dann eine Bondierung zum Spulenträger 60 bewirkt, um die Magnetspule 58 einzukapseln. Daher liefert die angegossene Hülle 86 bei Aushärtung eine hermetische Abdichtung, die einen Durchtritt von Wasser zur Magnetspule 58 und das Hervorrufen eines Kurzschlusses zum freiliegenden äusseren Gehäuse 90 verhindert.
Wenn das elektrohydraulische Steuerventil 30 nicht durch elektrischen Strom aktiviert ist, der von der Magnetspule 58 zugeführt wird, drückt die Feder 50 die Spule 44 in eine Position, bei der die ringförmige Einschnürung 46 einen Fluidweg zwischen der Einlassöffnung 26 und ersten Öffnung 24 vorsieht, welche zur ersten Verteilerpassage 18 führt. In diesem aberregten Zustand ist das innere Ende der Spule 44 nach oben zurückgezogen, wodurch ein Weg zwischen der Auslassöffnung 27 und der zweiten Öffnung 21 geöffnet wird, welche mit der zweiten Verteilerpassage 19 kommuniziert. Unter Druck stehendes Motoröl wird nun durch die Öffnung 18 des Nockenphasen-Einstellmechanismus 12 gespeist und Öl wird von der zweiten Öffnung 20 dieses Mechanismus zur Ölwanne gezogen, wodurch die Ventilzeitsteuerung vorgerückt wird.
Aus dem aberregten Zustand ruft das Anlegen eines elektrischen Stroms relativ geringer Grösse an die Solenoid-Spule 58 eine Bewegung des Ankerzylinders 74 und des Schubstiftes 76 zum Ventilkörper 40 hervor. Diese Bewegung bewegt auch die Spule 44, wodurch die Grösse der Fluidwege, die unmittelbar weiter oben erläutert wurden, reduziert wird. Dies reduziert die Motorölströmung zum Nockenphasen-Einstellmechanismus 12, was wiederum die Rate reduziert, mit der die Ventilzeitsteuerung oder Ventilzeiteinstellung geändert wird.
Das Anlegen eines elektrischen Stroms grösserer Amplitude an die Magnetspule 58 bewegt gegebenenfalls die Spule 44 in 2 in eine Zwischenposition nach unten, bei der der Weg zwischen der zweiten Öffnung 25 und der Auslassöffnung 27 über die mittige Ausnehmung 48 der Spule geschlossen wird. Die ringförmige Spuleneinschnürung 46 erstreckt sich nun zwischen der ersten Öffnung 24 und der zweiten Öffnung 25, wodurch unter Druck stehendes Motoröl, das an der Einlassöffnung 26 aufgenommen wird, sowohl zur ersten als auch zweiten Öffnung 24 und 25 geführt wird, die mit dem Nockenphasen-Einstellmechanismus 12 verbunden sind. Dies stoppt eine Bewegung des Nockenphasen-Einstellmechanismus 12, wobei die Beziehung zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle des Motors festgelegt wird.
Eine alternative Spule beziehungsweise ein alternativer Steuerkolben 45 ist in 8 gezeigt, wobei hier die Einschnürung 47 in der äusseren Oberfläche kürzer als die Einschnürung 46 in der Spule 44 der 2 ist. Wenn die Spule sich in die Zwischenposition in der Bohrung 32 bewegt, so wird deshalb weder die erste noch die zweite Öffnung 24 oder 25 mit der Einlassöffnung 26 verbunden. In der Zwischenposition ist die kurze Einschnürung 47 über der Einlassöffnung 26 zentriert und die beiden Enden fallen in die Bereiche zwischen der Einlassöffnung und der ersten und zweiten Öffnung. Ferner ist auch die Auslassöffnung 27 von der ersten und zweiten Öffnung 24 und 25 getrennt. Diese alternative Spule 45 sieht eine aussermittige, dezentrierte Position vor, in der kein Fluid zum oder vom Nockenphasen-Einstellmechanismus 12 strömen kann. Anderenfalls sieht die alternative Spule 45 die selben Fluidwegverbindungen wie das erste Ausführungsbeispiel einer Spule 44 vor.
Gemäss 2, auf die wieder Bezug genommen wird, bewegt ein Anlegen einer noch grösseren Amplitude eines elektrischen Stroms an die Magnetspule 58 eventuell die Spule 44 weiter nach unten in eine Position, in der die erste Öffnung 24 mit der zentralen Ausnehmung 48 über die Spule 44 kommuniziert. Dies öffnet einen Fluidweg zwischen der ersten Öffnung 24 und der Auslassöffnung 27. In dieser Position sieht die ringförmige Einschnürung 46 der Spule einen Weg zwischen der Einlassöffnung 26 und nur der zweiten Öffnung 25 vor, die zur zweiten Öffnung 19 des Nockenphasen-Einstellmechanismus 12 führt. Dies führt unter Druck gesetztes Motoröl zur zweiten Öffnung 19 des Mechanismus und zieht das Öl von der ersten Öffnung 18 des Mechanismus zur Ölwanne hin ab, wodurch die Phasenbeziehung zwischen der Nockenwelle und der Kurbelwelle retardiert wird. Die Grösse der Öffnungen zwischen diesen Passagen wird durch Steuern der Amplitude des elektrischen Stromes variiert, welcher an die Magnetspule 58 angelegt wird, um die Motorölströmung zuzumessen und so die Rate, mit der sich die Ventilzeiteinstellung ändert, zu steuern.
Die vorausgehende Beschreibung war primär auf bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung gerichtet. Obgleich ein gewisses Augenmerk auf verschiedenen Alternativen innerhalb des Umfangs der Erfindung gerichtet wurde, wird vorausgesetzt, dass die Fachleute auf diesem Gebiet wahrscheinlich weitere Alternativen realisieren werden, die nun aus der Offenbarung von Ausführungsbeispielen der Erfindung offensichtlich werden. Entsprechend sollte der Umfang der Erfindung sich aus den folgenden Ansprüchen bestimmen und nicht auf die obige Offenbarung eingeschränkt sein.
Die Erfindung kann wie folgt zusammengefasst werden: Ein magnetgetätigtes Ventil hat einen Ventilkörper mit mehreren Öffnungen und eine innerhalb des Körpers verschiebliche Spule zur Untereinander-Verbindung der Öffnungen in unterschiedlichen Kombinationen. Ein Magnet, der zum Antrieb der Spule angekoppelt ist, hat eine auf einem ringförmigem Spulenkörper mit einem Rohr eines elektrisch leitenden, nicht magnetischen Metalls innerhalb des Spulenkörpers gewickelte Spule. Ein erstes Polstück erstreckt sich in ein Ende des Rohrs und ein zweites Polstück erstreckt sich in ein anderes Ende des Rohrs. Eine separate Buchse liegt in einer Ausnehmung in jedem Polstück. Jede Buchse hat einen rohrförmigen Körper mit einem ersten Endabschnitt, der einen grösseren äusseren Durchmesser als ein zweiter Endabschnitt aufweist, und mit dem zweiten Endabschnitt, der einen kleineren inneren Durchmesser als der erste Endabschnitt aufweist. Der Magnet umfasst ferner einen Anker, der innerhalb der Buchsen verschieblich aufgenommen ist und an die Spule angreift.

Claims

Elektrohydraulisches Ventil zum Steuern eines Verbrennungsmotors, welches elektrohydraulische Steuerventil aufweist: einen rohrförmigen Ventilkörper, aufweisend eine Längsbohrung durch sich, die eine Auslassöffnung an einem Ende des Ventilkörpers bildet, und aufweisend eine erste Öffnung, eine zweite Öffnung und eine Einlassöffnung, die sich transversal durch den Körper in Kommunikation mit der Längsbohrung erstrecken; eine innerhalb der Bohrung des Ventilkörpers verschieblich aufgenommene Spule, die eine Ausnehmung aufweist, die sich von einem Ende der Spule, das proximal zu dem einen Ende des Ventilkörpers liegt, zu einem Punkt proximal an einem entgegengesetzten Ende der Spule erstreckt, wobei die Spule eine Einschnürung in einer äusseren Oberfläche aufweist; eine Feder, die die Spule weg von dem einen Ende des Ventilkörpers drückt; und ein Stellglied, das eine auf einem ringförmigen Spulenkörper gewickelte Magnetspule aufweist, ein erstes Polstück, das sich in ein Ende des Spulenkörpers erstreckt und eine erste Ausnehmung aufweist, eine zweites Polstück, das sich in ein anderes Ende des Spulenkörpers erstreckt und eine zweite Ausnehmung aufweist, wobei das Stellglied ferner einer erste Buchse in der ersten Ausnehmung und eine zweite Buchse in der zweiten Ausnehmung aufweist, wobei jede, die erste und die zweite Buchse, einen rohrförmigen Körper mit einem ersten Endabschnitt aufweist, der einen grösseren Aussendurchmesser als ein zweiter Endabschnitt aufweist, und wobei der zweite Endabschnitt einen kleineren Innendurchmesser als der erste Endabschnitt aufweist, das Stellglied zusätzlich einen Anker aufweist, der in der ersten und zweiten Buchse verschieblich aufgenommen ist und sich gegen die Spule legt; wobei ansprechend auf Kräfte von der Feder und dem Anker sich die Spule in eine einer ersten Position, in der die zweite Öffnung in Fluidkommunikation mit der Auslassöffnung ist und die erste Öffnung in Fluidkombination mit der Einlassöffnung über die Einschnürung ist, und einer zweiten Position bewegt, in der die Einlassöffnung in Fluidkommunikation mit der zweiten Öffnung über die Einschnürung ist und die Ausnehmung einen Fluidweg zwischen der ersten Öffnung und der Auslassöffnung vorsieht.
Elektrohydraulisches Ventil nach Anspruch 1, ferner aufweisend die Spule mit einer Zwischenposition zwischen der ersten Position und der zweiten Position, worin in der Zwischenposition die Einschnürung ein Verbindung zwischen der ersten Öffnung, der zweiten Öffnung und der Einlassöffnung vorsieht.
Elektrohydraulisches Ventil nach Anspruch 1, in welchem die Spule eine Zwischenposition zwischen der ersten Position und der zweiten Position aufweist, wobei in der Zwischenposition die erste Öffnung und die zweite Öffnung von der Einlassöffnung und der Auslassöffnung abgetrennt sind.
Elektrohydraulisches Ventil nach Anspruch 1, ferner aufweisend: ein Metallgehäuse welches um das Stellglied vorgesehen ist und am Ventilkörper befestigt ist; und eine Hülle aus einem Kunststoff, die sich zwischen dem Metallgehäuse und dem Stellglied erstreckt und hermetisch am Spulenkörper abgedichtet ist, wobei das Gehäuse einen Abschnitt aufweist, der sich aus dem Gehäuse heraus erstreckt und einen darin ausgebildeten elektrischen Anschluss aufweist.
Elektrohydraulisches Ventil nach Anspruch 4, in welchem das Metallgehäuse mit dem ersten Polstück verstemmt ist.
Elektrohydraulisches Ventil nach Anspruch 4, in welchem der Abschnitt des Gehäuses einen darin ausgebildeten elektrischen Verbinder aufweist.
Elektrohydraulisches Ventil nach Anspruch 4, in welchem der Abschnitt des Gehäuses einen elektrischen Verbinder aufweist, der einen elektrischen Anschluss und eine Dichtung hat, die eine Grenzfläche zwischen dem elektrischen Anschluss und dem Gehäuse abdichtet.
Elektrohydraulisches Ventil nach Anspruch 4, in welchem die Hülle durch Einspritzen des Kunststoffes zwischen dem Metallgehäuse und dem Stellglied ausgebildet ist.
Elektrohydraulisches Ventil nach Anspruch 1, in welchem das Stellglied ferner ein Rohr aus einem elektrisch leitenden, nicht magnetischen Metall zwischen dem Spulenkörper und jedem, dem ersten und zweiten Polstück, aufweist.
Elektrohydraulisches Ventil nach Anspruch 9, in welchem das Rohr des Stellglieds aus einem Material gebildet ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Kupfer und Bronze besteht.
Elektrohydraulisches Ventil nach Anspruch 1, in welchem die erste und zweite Buchse aus einer Aluminiumbronze-Legierung gebildet sind.
Elektrohydraulisches Ventil zum Steuern eines Verbrennungsmotors, welches elektrohydraulische Steuerventil aufweist: einen rohrförmigen Ventilkörper, aufweisend eine Längsbohrung durch sich, die eine Auslassöffnung an einem Ende des Ventilkörpers bildet, und aufweisend eine erste Öffnung, eine zweite Öffnung und eine Einlassöffnung, die sich transversal durch den Körper in Kommunikation mit der Längsbohrung erstrecken; eine innerhalb der Bohrung des Ventilkörpers verschieblich aufgenommene Spule, die eine Ausnehmung aufweist, die sich von einem Ende der Spule, das proximal zu dem einen Ende des Ventilkörpers liegt, zu einem Punkt proximal an einem entgegengesetzten Ende der Spule erstreckt, wobei die Spule eine Einschnürung in einer äusseren Oberfläche aufweist; eine Feder, die die Spule weg von dem einen Ende des Ventilkörpers drückt; und ein Stellglied, das eine auf einem ringförmigen Spulenkörper mit einem Rohr aus einem elektrisch leitenden, nicht magnetischen Metall innerhalb des Spulenkörpers, gewickelte Magnetspule aufweist, ein erstes Polstück, das sich in ein Ende des Rohrs erstreckt und eine erste Ausnehmung aufweist, ein zweites Polstück, das sich in ein anderes Ende des Rohrs erstreckt und eine zweite Aus nehmung aufweist, wobei das Stellglied ferner einer erste Buchse in der ersten Ausnehmung und eine zweite Buchse in der zweiten Ausnehmung aufweist, wobei jede, die erste und die zweite Buchse, einen rohrförmigen Körper mit einem ersten Endabschnitt aufweist, der einen grösseren Aussendurchmesser als ein zweiter Endabschnitt aufweist, und wobei der zweite Endabschnitt einen kleineren Innendurchmesser als der erste Endabschnitt aufweist, das Stellglied zusätzlich einen Anker aufweist, der in der ersten und zweiten Buchse verschieblich aufgenommen ist und sich gegen die Spule legt; wobei ansprechend auf Kräfte von der Feder und dem Anker sich die Spule in eine erste Position bewegt, in der ein erster Fluidweg zwischen der zweiten Öffnung und der Auslassöffnung vorgesehen ist und in der die Einschnürung einen zweiten Fluidweg zwischen der ersten Öffnung und der Einlassöffnung vorsieht, und in eine zweite Position, in der die Einschnürung einen dritten Fluidweg zwischen der Einlassöffnung und der zweiten Öffnung vorsieht und in der die Ausnehmung einen vierten Weg zwischen der ersten Öffnung und der Auslassöffnung vorsieht.
Elektrohydraulisches Ventil nach Anspruch 12, in welchem die Spule eine Zwischenposition zwischen der ersten Position und der zweiten Position hat und in der Zwischenposition die Einschnürung eine Verbindung zwischen der ersten Öffnung, der zweiten Öffnung und der Einlassöffnung vorsieht.
Elektrohydraulisches Ventil nach Anspruch 12, in welchem die Spule eine Zwischenposition zwischen der ersten Position und der zweiten Position aufweist, wobei in der Zwischenposition die erste Öffnung und die zweite Öffnung von der Einlassöffnung und der Auslassöffnung abgetrennt sind.
Elektrohydraulisches Ventil nach Anspruch 12, ferner aufweisend: ein Metallgehäuse, welches um das Stellglied vorgesehen ist und am Ventilkörper befestigt ist; und eine Hülle aus einem Kunststoff, die sich zwischen dem Metallgehäuse und dem Stellglied erstreckt und hermetisch am Spulenkörper abgedichtet ist, wobei das Gehäuse einen Abschnitt aufweist, der sich aus dem Gehäuse heraus erstreckt und einen darin ausgebildeten elektrischen Anschluss aufweist.
Elektrohydraulisches Ventil nach Anspruch 12, in welchem das Rohr des Stellglieds aus einem Material gebildet ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Kupfer und Bronze besteht.
Elektrohydraulisches Ventil nach Anspruch 12, in welchem die erste und zweite Buchse aus einer Aluminiumbronze-Legierung gebildet sind.
Elektrohydraulisches Ventil zum Steuern eines Verbrennungsmotors, welches elektrohydraulische Steuerventil aufweist: einen rohrförmigen Ventilkörper, aufweisend eine Längsbohrung durch sich, die eine Auslassöffnung an einem Ende des Ventilkörpers bildet, und aufweisend eine erste Öffnung, eine zweite Öffnung und eine Einlassöffnung, die sich transversal durch den Körper in Kommunikation mit der Längsbohrung erstrecken; eine innerhalb der Bohrung des Ventilkörpers verschieblich aufgenommene Spule, die eine Ausnehmung aufweist, die sich von einem Ende der Spule, das proximal zu dem einen Ende des Ventilkörpers liegt, zu einem Punkt proximal an einem entgegengesetzten Ende der Spule erstreckt, wobei die Spule eine Einschnürung in einer äusseren Oberfläche aufweist; eine Feder, die die Spule weg von dem einen Ende des Ventilkörpers drückt; und ein Stellglied, das eine auf einem ringförmigen Spulenkörper mit einem Rohr aus einem elektrisch leitenden, nicht magnetischen Metall innerhalb des Spulenkörpers, gewickelte Magnetspule aufweist, ein erstes Polstück, das sich in ein Ende des Rohrs erstreckt und eine erste Ausnehmung aufweist, ein zweites Polstück, das sich in ein anderes Ende des Rohrs erstreckt und eine zweite Ausnehmung aufweist, wobei das Stellglied ferner einer erste Buchse in der ersten Ausnehmung und eine zweite Buchse in der zweiten Ausnehmung aufweist, wobei jede, die erste und die zweite Buchse, einen rohrförmigen Körper mit einem ersten Endabschnitt aufweist, der einen grösseren Aussendurchmesser als ein zweiter Endabschnitt aufweist, und wobei der zweite Endabschnitt einen kleineren Innendurchmesser als der erste Endabschnitt aufweist, das Stellglied zusätz lich einen Anker aufweist, der in der ersten und zweiten Buchse verschieblich aufgenommen ist und sich gegen die Spule legt; ein Metallgehäuse um das Stellglied und am Ventilkörper befestigt; und eine Hülle aus einem Kunststoff, die sich zwischen dem Metallgehäuse und dem Stellglied erstreckt und hermetisch am Spulenkörper abgedichtet ist; wobei ansprechend auf Kräfte von der Feder und dem Anker sich die Spule in eine erste Position bewegt, in der ein erster Fluidweg zwischen der zweiten Öffnung und der Auslassöffnung vorgesehen ist, und in der die Einschnürung einen zweiten Fluidweg zwischen der ersten Öffnung und der Einlassöffnung vorsieht, und in eine zweite Position, in der die Einschnürung einen dritten Fluidweg zwischen der Einlassöffnung und der zweiten Öffnung vorsieht und in der die Ausnehmung einen vierten Weg zwischen der ersten Öffnung und der Auslassöffnung vorsieht.
Elektrohydraulisches Ventil nach Anspruch 18, in welchem die Spule eine Zwischenposition zwischen der ersten Position und der zweiten Position aufweist, worin in der Zwischenposition die Einschnürung ein Verbindung zwischen der ersten Öffnung, der zweiten Öffnung und der Einlassöffnung vorsieht.
Elektrohydraulisches Ventil nach Anspruch 18, in welchem die Spule eine Zwischenposition zwischen der ersten Position und der zweiten Position aufweist, wobei in der Zwischenposition die erste Öffnung und die zweite Öffnung von der Einlassöffnung und der Auslassöffnung abgetrennt sind.
Elektrohydraulisches Ventil nach Anspruch 18, in welchem das Metallgehäuse mit dem ersten Polstück verstemmt ist.
Elektrohydraulisches Ventil nach Anspruch 18, in welchem das Rohr des Stellglieds aus einem Material gebildet ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Kupfer und Bronze besteht.
Elektrohydraulisches Ventil nach Anspruch 18, in welchem die erste und zweite Buchse aus einer Aluminiumbronze-Legierung gebildet sind.