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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Automatikgetriebe, und im Speziellen ein hydraulisches Elektromagnetventil mit hohem Druck und hohem Durchfluss für ein Automatikgetriebe.
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Beschreibung des Standes der Technik
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Herkömmliche Fahrzeuge im Stand der Technik umfassen in der Regel einen Motor mit einem Drehausgang, der einen Dreheingang in ein Getriebe bereitstellt, etwa ein Automatikgetriebe für ein Antriebsstrangsystem des Fahrzeugs. Das Getriebe verändert Drehzahl und Drehmoment, die durch einen Ausgang des Motors erzeugt werden, über eine Reihe von vorbestimmten Zahnradsätzen oder Gängen, um Leistung an ein oder mehrere Räder des Fahrzeugs zu übertragen, wodurch ein Wechsel zwischen den Gängen dem Fahrzeug ermöglicht, mit unterschiedlichen Fahrzeuggeschwindigkeiten für eine gegebene Motordrehzahl zu fahren. Neben dem Wechseln zwischen den Gängen wird das Automatikgetriebe auch verwendet, um den Eingriff mit dem Motor zu modulieren, wodurch das Getriebe selektiv den Eingriff mit dem Motor steuern kann, um den Fahrzeugbetrieb zu vereinfachen. Als Beispiel wird die Drehmomentübertragung zwischen dem Motor und dem Automatikgetriebe in der Regel unterbrochen, während das Fahrzeug abgestellt oder im Leerlauf ist, oder wenn das Getriebe zwischen den Gängen schaltet. Bei herkömmlichen Automatikgetrieben erfolgt die Modulation über eine hydrodynamische Vorrichtung, wie etwa einen hydraulischen Drehmomentwandler. Moderne Automatikgetriebe können den Drehmomentwandler jedoch durch eine oder mehrere elektronisch und/oder hydraulisch betätigte Kupplungen ersetzen (in der Technik manchmal als „Doppelkupplungs-“Automatikgetriebe bezeichnet). Automatikgetriebe werden in der Regel unter Verwendung von Hydraulikfluid gesteuert und umfassen eine Pumpenanordnung, ein oder mehrere elektromagnetische Hydraulikventile und ein elektronisches Steuergerät. Die Pumpenanordnung stellt eine Quelle für Fluidleistung an die Elektromagnetventile bereit, die ihrerseits durch das Steuergerät betätigt werden, um selektiv Hydraulikfluid durch das Automatikgetriebe zu leiten, um die Modulation des Drehmoments zu steuern, das durch den Ausgang des Motors erzeugt wird. Die Elektromagnetventile werden in der Regel auch verwendet, um zwischen den Gängen des Automatikgetriebes zu schalten, und können auch verwendet werden, um Hydraulikfluid zu steuern, das zur Kühlung und/oder Schmierung verschiedener Komponenten des Getriebes während des Betriebs verwendet wird.
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Ein Typ von Automatikgetriebe ist als stufenlos variables Getriebe (CVT) bekannt. Solche Getriebe haben im Allgemeinen die Form von zwei verstellbaren Riemenscheiben, wobei jede Riemenscheibe eine Treibscheibe aufweist, die axial fixiert ist, und eine andere Treibscheibe, die relativ zu der ersten fixierten Treibscheibe axial verschiebbar oder beweglich ist. Ein flexibler Riemen aus Metall oder Elastomermaterial, oder eine Kette, wird verwendet, um die Riemenscheiben miteinander zu koppeln. Die Innenflächen der Riemenscheiben-Treibscheiben sind abgeschrägt oder abgefast, so dass, wenn die axial verschiebbare Treibscheibe bewegt wird, der Abstand zwischen den Treibscheiben und somit der effektive Riemenscheibendurchmesser eingestellt wird. Die verschiebbare Treibscheibe umfasst eine fluidhaltende Kammer zur Aufnahme von Fluid, um den effektiven Riemenscheibendurchmesser zu erhöhen, und wenn Fluid aus der Kammer ausgestoßen wird, wird der Riemenscheibendurchmesser verringert. Allgemein wird der effektive Durchmesser einer Riemenscheibe in einer Richtung eingestellt, während der effektive Durchmesser der zweiten Riemenscheibe in der entgegengesetzten Richtung variiert wird, wodurch eine Änderung des Antriebsverhältnisses zwischen einer Eingangswelle, die mit einer Eingangsriemenscheibe gekoppelt ist, und einer Ausgangswelle, die mit einer Ausgangsriemenscheibe gekoppelt ist, bewirkt wird. Als Ergebnis ist das Antriebsverhältnis zwischen den Wellen auf kontinuierliche, gleichmäßige Weise variabel. Die Elektromagnetventile werden in der Regel auch verwendet, um die Riemenscheiben des stufenlos variablen Automatikgetriebes zu betätigen, und können auch verwendet werden, um Hydraulikfluid zu steuern, das zur Kühlung und/oder Schmierung verschiedener Komponenten des Getriebes während des Betriebs verwendet wird.
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Die Konstruktion oder Funktionalität von Elektromagnetventilen mit variabler Kraft (VFS), die in Hydrauliksteuerungen für Automatikgetriebe in Kraftfahrzeugen verwendet werden, werden oft durch den verfügbaren Bauraum, die Batteriespannung, den Druckbereich und die erforderlichen Strömungsraten begrenzt. Zum Beispiel gibt es VFS-Ventile mit mittlerem Druck (~20 bar) und mittlerem Durchfluss (~15 lpm) für direkt wirkende Getriebekupplungssteuerungen, VFS-Ventile mit niedrigem Druck (<10 bar) und niedrigem Durchfluss (<10 lpm) für zweistufige (Pilot-)Steuerungen, und VFS-Ventile mit hohem Druck (>40 bar) und niedrigem Durchfluss (-10 lpm) für saubere und niedrigviskose Fluidumgebungen.
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Zusätzlich haben diese Elektromagnetventile einen Ventilkörper, der in einer Ventilbohrung eines Ventilgehäuses angeordnet ist. Die Ventilbohrung weist einen kreisförmigen Querschnitt mit einem im Wesentlichen einzelnen Durchmesser auf, um den Ventilkörper aufzunehmen. Das Ventilgehäuse weist einen allgemein rechteckigen Strömungspfad zu dem Ventilkörper auf, und der Ventilkörper weist zwei gekrümmte und gegenüberliegende Seiten auf. Die bestehende Ventilkörper- und Ventilgehäusekonstruktion stellt keinen großen ringförmigen Strömungsbereich um ein Schieberventil bereit und verursacht eine übermäßige seitliche Belastung auf das Schieberventil oder Ventilelement in Anwendungen mit hohem Druck und hohem Durchfluss, was jedoch unerwünscht ist.
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Für Elektromagnete mit variabler Kraft und hohem Druck und hohem Durchfluss ist das Kräftegleichgewicht zwischen Rückkopplungskraft, Magnetkraft, Federkraft, und Strömungskraft kritisch. Insbesondere bei großen Strömungskräften in beiden axialen und radialen Richtungen muss die Magnetkraft oft größer sein, als der in dem Getriebe verfügbare Packraum zulässt. Somit besteht die Notwendigkeit in der Technik, ein hydraulisches Elektromagnetventil mit hohem Druck und hohem Durchfluss bereitzustellen, das in der Lage ist, einen hohen Durchfluss bereitzustellen und einen hohen Druck zu regeln, der zur Steuerung der Riemenscheiben des stufenlos variablen Automatikgetriebes erforderlich ist.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung stellt ein hydraulisches Elektromagnetventil mit hohem Druck und hohem Durchfluss zur Verwendung mit einem Automatikgetriebe bereit. Das hydraulische Elektromagnetventil mit hohem Druck und hohem Durchfluss umfasst einen proportionalen Elektromagnet und einen Ventilkörper, der mit dem Elektromagnet verbunden ist und diesem wirkmäßig zugeordnet ist. Der Ventilkörper weist eine sich axial erstreckende Ventilbohrung und zumindest zwei Fluidanschlüsse zur Fluidkommunikation mit der Ventilbohrung auf, wobei einer der zumindest zwei Fluidanschlüsse eine Hinterschneidung umfasst. Das hydraulische Elektromagnetventil mit hohem Druck und hohem Durchfluss umfasst auch ein Ventilglied, das axial und verschiebbar innerhalb der Ventilbohrung angeordnet ist. Das Ventilglied weist eine Vielzahl von Ventilelementen auf, die axial entlang des Ventilglieds beabstandet sind. Zumindest eines der Ventilelemente weist eine Dosierfläche auf, die mit der Hinterschneidung zusammenwirkt. Der eine der zumindest zwei Fluidanschlüsse weist zwei Öffnungen auf, die ungefähr hundertachtzig (180) Grad zueinander an dem Ventilkörper angeordnet sind, und das Ventilglied weist einen Steuermodulanschluss auf, der dazu ausgestaltet ist, neunzig Grad zu dem zumindest einen Fluidanschluss versetzt zu sein, um den Druck auf das Ventilglied bei hohen Durchflussbedingungen auszugleichen.
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Ferner stellt die vorliegende Erfindung ein hydraulisches Elektromagnetventil mit hohem Druck und hohem Durchfluss zur Verwendung in einem Automatikgetriebe bereit, umfassend einen proportionalen Elektromagnet und einen Ventilkörper, der mit dem Elektromagnet verbunden ist und diesem wirkmäßig zugeordnet ist. Der Ventilkörper weist eine Ventilbohrung, die sich axial erstreckt, und zumindest einen Fluideinlassanschluss zur Fluidkommunikation mit der Ventilbohrung und mit einer Quelle für druckbeaufschlagtes Hydraulikfluid, und zumindest einen Fluidauslassanschluss zur Fluidkommunikation mit der Ventilbohrung auf, wobei einer von dem zumindest einen Fluideinlassanschluss und dem zumindest einen Fluidauslassanschluss eine Hinterschneidung umfasst. Das hydraulische Elektromagnetventil mit hohem Druck und hohem Durchfluss umfasst auch ein Ventilglied, das axial und verschiebbar innerhalb der Ventilbohrung angeordnet ist. Das Ventilglied weist eine Vielzahl von Ventilelementen auf, die axial entlang des Ventilelements beabstandet sind. Der Ventilkörper weist eine grabsteinartige Gestalt an dem einen von dem zumindest einen Fluideinlassanschluss und dem zumindest einen Fluidauslassanschluss auf. Der eine von dem zumindest einen Fluideinlassanschluss und dem zumindest einen Fluidauslassanschluss weist zwei Öffnungen auf, die ungefähr hundertachtzig (180) Grad zueinander an dem Ventilkörper angeordnet sind, und das Ventilglied weist einen Steuermodulanschluss auf, der dazu ausgestaltet ist, neunzig Grad zu dem zumindest einen Fluideinlassanschluss und dem zumindest einen Fluidauslassanschluss versetzt zu sein, um den Druck auf das Ventilglied bei hohen Durchflussbedingungen auszugleichen
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Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass ein neues hydraulisches Elektromagnetventil mit hohem Druck und hohem Durchfluss für ein Automatikgetriebe, etwa ein stufenlos variables Automatikgetriebe, bereitgestellt wird, das in der Lage ist, einen hohen Durchfluss bereitzustellen und einen hohen Druck zu regeln, der zur Steuerung der Riemenscheiben des stufenlos variablen Automatikgetriebes erforderlich ist. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass das hydraulische Elektromagnetventil mit hohem Druck und hohem Durchfluss den Riemenscheibendruck direkt steuert, im Gegensatz zu einem herkömmlichen zweistufigen (Pilot-)Steuersystem, das in Riemenscheibensteuerungen verwendet wird. Noch ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass das hydraulische Elektromagnetventil mit hohem Druck und hohem Durchfluss ein Ventilglied, etwa ein Schieberventil, umfasst, das zumindest einen Dosierrand aufweist, der eine spezifische Geometrie hat, um hydraulische stationäre Strömungskräfte auf das Schieberventil bei hohen Durchflussbedingungen zu minimieren. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass das hydraulische Elektromagnetventil mit hohem Druck und hohem Durchfluss einen Ventilkörper mit einem oder mehreren Hydraulikanschlüssen aufweist, die jeweils zwei Öffnungen aufweisen, die ungefähr 180 Grad voneinander in dem Ventilkörper angeordnet sind, und wobei die Hydraulikanschlüsse ferner so angeordnet sind, dass sie 90 Grad von einem Steuermodulanschluss angeordnet sind, um den Druck auf das Schieberventil bei hohen Durchflussbedingungen auszugleichen.
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Figurenliste
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Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden deutlich werden, wenn dieselbe unter Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verständlich gemacht wird. In diesen zeigt:
- 1 ist eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs mit einem Antriebsstrangsystem, das ein hydraulisches Elektromagnetventil mit hohem Druck und hohem Durchfluss gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst;
- 2 ist eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform des hydraulischen Elektromagnetventils mit hohem Druck und hohem Durchfluss von 1 mit einem Ventilelement in einer ersten Betriebsstellung;
- 3 ist eine Ansicht ähnlich 2 und veranschaulicht das hydraulische Elektromagnetventil mit hohem Druck und hohem Durchfluss mit dem Ventilelement in einer zweiten Betriebsstellung;
- 4 ist eine Ansicht ähnlich 2 und veranschaulicht das hydraulische Elektromagnetventil mit hohem Druck und hohem Durchfluss mit dem Ventilelement in einer dritten Betriebsstellung;
- 5 ist eine Ansicht ähnlich 2 und veranschaulicht das hydraulische Elektromagnetventil mit hohem Druck und hohem Durchfluss mit dem Ventilelement in einer vierten Betriebsstellung;
- 6 ist eine perspektivische Darstellung des Ventilglieds des hydraulischen Elektromagnetventils mit hohem Druck und hohem Durchfluss von 2; und
- 7 ist eine Schnittansicht entlang der Linie 7 - 7 von 2.
- 8 ist eine Querschnittsansicht des Ventilglieds mit einer strömungskraftausgleichenden Gestalt.
- 9 ist eine Querschnittsansicht des hydraulischen Elektromagnetventils mit hohem Druck und hohem Durchfluss der 1-5.
- 10 ist eine perspektivische Darstellung eines Abschnitts des hydraulischen Elektromagnetventils mit hohem Druck und hohem Durchfluss von 9.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Unter Bezugnahme auf die Figuren, in denen gleiche Bezugszahlen verwendet werden, um die gleiche Struktur zu bezeichnen, sofern nichts anderes angegeben wird, wird in 1 bei 10 schematisch ein Fahrzeug veranschaulicht. Das Fahrzeug 10 umfasst einen Motor 12 in drehender Verbindung mit einem stufenlos variablen Automatikgetriebe 14 eines Antriebsstrangsystems. Der Motor 12 erzeugt Drehmoment, das selektiv auf das stufenlos variable Automatikgetriebe 14 übertragen wird, das wiederum Drehmoment an ein oder mehrere Räder überträgt, die allgemein bei 16 angezeigt sind. Zu diesem Zweck überträgt ein Paar von stufenlos variablen Gelenken 18 Drehmoment von dem stufenlos variablen Automatikgetriebe 14 auf die Räder 16. Es sollte klar sein, dass das stufenlos variable Automatikgetriebe 14 von 1 von einem Typ sein kann, der in einem herkömmlichen Antriebsstrangsystem für das Fahrzeug 10 „mit Vorderrad-Querantrieb“ eingesetzt wird. Es sollte auch klar sein, dass der Motor 12 und/oder das stufenlos variable Automatikgetriebe 14, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, von einem beliebigen geeigneten Typ sein und auf beliebige geeignete Weise konfiguriert sein könnten, die ausreichend ist, um Drehmoment zu erzeugen und zu übertragen, um das Fahrzeug 10 anzutreiben.
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Das stufenlos variable Automatikgetriebe 14 vervielfacht Drehzahl und Drehmoment, die durch einen Ausgang des Motors 12 erzeugt werden, durch eine Riemenscheibenanordnung 22. In einer Ausführungsform ist ein Vorwärts-Rückwärts-Getriebe 20 zwischen dem Motor 12 und der Riemenscheibenanordnung 22 angeordnet. Die Riemenscheibenanordnung 22 umfasst eine primäre oder Eingangsriemenscheibe (nicht dargestellt) mit einer fixierten Treibscheibe (nicht dargestellt) und einer verschiebbaren oder beweglichen Treibscheibe (nicht dargestellt), wobei eine Servokammer der primären Treibscheibe (nicht dargestellt) positioniert ist, um Fluid einzulassen und abzugeben, und so die Stellung der beweglichen Treibscheibe einzustellen. Die Riemenscheibenanordnung 22 umfasst auch eine sekundäre oder Ausgangsriemenscheibe (nicht dargestellt) mit einer axial fixierten Treibscheibe (nicht dargestellt) und einer axial verschiebbaren oder beweglichen Treibscheibe (nicht dargestellt), wobei eine Servokammer der sekundären Treibscheibe (nicht dargestellt) positioniert ist, um Fluid einzulassen und abzugeben, und so den effektiven Durchmesser der Riemenscheibe einzustellen. Die Riemenscheibenanordnung 22 umfasst ferner einen Riemen oder eine Kette (nicht dargestellt), welche die Riemenscheiben miteinander koppelt. Der Ausgang der sekundären Riemenscheibe wird durch eine Differentialanordnung (nicht dargestellt) geführt, der den Ausgang zum Antrieb der Gelenke 18 führt und weiter an die Räder 16 des Fahrzeugs. Es sollte klar sein, dass dieser Antriebsstrang von dem Motor 12 zu den Gelenken 18 erst vervollständigt wird, wenn Fluid unter Druck in die Servokammer der Startkupplung eingelassen wird.
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Zusätzlich wird das stufenlos variable Automatikgetriebe
14 auch verwendet, um den Eingriff mit dem Motor
12 zu modulieren, wodurch das Getriebe
14 selektiv den Eingriff mit dem Motor
12 steuern kann, um den Fahrzeugbetrieb zu vereinfachen. Als Beispiel wird die Drehmomentübertragung zwischen dem Motor
12 und dem stufenlos variablen Automatikgetriebe
14 in der Regel unterbrochen, während das Fahrzeug
10 abgestellt oder im Leerlauf ist, oder wenn das Automatikgetriebe
14 zwischen den Gängen des Getriebes
20 umschaltet. In dem stufenlos variablen Automatikgetriebe
14 wird die Modulation des Drehmoments zwischen dem Motor
12 und dem Getriebe
14 über eine hydrodynamische Vorrichtung erreicht, etwa einen hydraulischen Drehmomentwandler (nicht dargestellt, aber im Stand der Technik allgemein bekannt). Ein Beispiel für ein stufenloses variables (Automatik-)Getriebe
14 in dem
US-Patent Nr. 4,712,453 an Haley offenbart, dessen Offenbarung in ihrer Gesamtheit durch Verweis hierin aufgenommen ist. Es sollte klar sein, dass das stufenlos variable Automatikgetriebe
14 zur Verwendung mit Fahrzeugen wie Kraftfahrzeugen geeignet ist, jedoch in Verbindung mit jedem geeigneten Fahrzeug verwendet werden könnte. Es sollte auch klar sein, dass in einigen CVT der Drehmomentwandler ersetzt und mit einer Starterkupplung verwendet wird.
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Unabhängig von der konkreten Konfiguration des Antriebsstrangsystems wird das stufenlos variable Automatikgetriebe 14 in der Regel unter Verwendung von Hydraulikfluid gesteuert. Insbesondere wird das stufenlos variable Automatikgetriebe 14 unter Verwendung von Hydraulikfluid gekühlt, geschmiert und betätigt und zur Modulation des Drehmoments eingesetzt. Für diese Zwecke umfasst das stufenlos variable Automatikgetriebe 14 in der Regel ein elektronisches Steuergerät 24 in elektrischer Verbindung mit einem oder mehreren hydraulischen Elektromagnetventilen 26 (siehe 1), die verwendet werden, um die Fluidströmung innerhalb des Getriebes 14 zu leiten, zu steuern oder auf andere Weise zu regulieren, wie im Folgenden noch detaillierter beschrieben wird. Um den Fluss von Hydraulikfluid innerhalb des stufenlos variablen Automatikgetriebes 14 zu erleichtern, umfasst das Fahrzeug 10 zumindest eine oder mehrere Pumpen, die allgemein bei 28 angezeigt sind, um druckbeaufschlagtes Fluid an das Getriebe 14 zuzuführen. Es sollte klar sein, dass die Pumpe 28 Hydraulikfluid mit hohem Durchfluss und hohem Druck an die Elektromagnetventile 26 liefert. Nun bezugnehmend auf 2 wird dort eine Ausführungsform eines hydraulischen Elektromagnetventils 26 mit hohem Durchfluss und hohem Druck gemäß der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit dem Automatikgetriebe 14 dargestellt. Das Elektromagnetventil 26 umfasst eine Hülse oder einen Ventilkörper 30, der in einer Bohrung 31a eines Ventilgehäuses 31b angeordnet ist. Der Ventilkörper 30 weist eine Ventilbohrung 32 auf. Die Ventilbohrung 32 weist ein Vorspannende 34 und ein Betätigungsende 36 auf. Der Ventilkörper 30 umfasst auch zumindest einen Einlassanschluss 38 und zumindest einen Auslassanschluss 40, die dazu geeignet sind, die Fluidkommunikation mit einer Quelle für druckbeaufschlagtes Hydraulikfluid und einem Rücklauf zu der Quelle für druckbeaufschlagtes Hydraulikfluid, etwa der Pumpe 28, bereitzustellen. Im Speziellen umfasst der Ventilkörper 30 einen ersten Drucksteueranschluss 38a, einen zweiten Drucksteueranschluss 38b, einen Druckzufuhranschluss 38c, und einen Ablaufanschluss 40a. Die operativen Verbindungen der Anschlüsse werden in der Folge noch erläutert.
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Das Elektromagnetventil 26 umfasst auch ein Ventilglied 42 oder ein Schieberventil (d. h., Hydrauliksteuerventil), das verschiebbar innerhalb der Ventilbohrung 32 des Ventilkörpers 30 angeordnet ist. Das Ventilglied 42 weist eine Vielzahl von Ventilelementen auf, die allgemein bei 44 angezeigt sind. Die Ventilelemente 44 sind dazu geeignet, die Strömung von druckbeaufschlagtem Hydraulikfluid zwischen den Anschlüssen des Ventilkörpers 30 zu steuern. In einer Ausführungsform sind die Ventilelemente 44 drei Ventilelemente 44a, 44b und 44c, die wirkmäßig jeweils durch erste und zweite Bereiche mit verringertem Durchmesser, 46 und 48, getrennt sind. Das Ventilelement 42 umfasst ferner ein Vorspannende 50 und ein Betätigungsende 52. Das Ventilglied 42 umfasst auch einen Hohlraum 49, der sich axial in das Vorspannende 50 erstreckt, und einen Steuermodulanschluss 49a, der fluidmäßig mit dem Hohlraum 49 und der Ventilbohrung 32 des Ventilkörpers 30 kommuniziert. Es sollte klar sein, dass das Ventilelement 42 integral, einteilig und als ein Stück gefertigt ist. Es sollte auch klar sein, dass der Steuermodulanschluss 49a dazu ausgestaltet ist, neunzig Grad zu zumindest einem Fluidanschluss versetzt zu sein, um den Druck auf das Ventilglied 42 bei hohen Durchflussbedingungen auszugleichen.
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Das Elektromagnetventil 26 umfasst ferner eine Vorspann-Rückholfeder 54, die in der Ventilbohrung 32 zwischen dem Vorspannende 50 des Ventilglieds 42 und dem Vorspannende 34 der Ventilbohrung 32 angeordnet ist. Das Elektromagnetventil 16 umfasst ein Endelement 53, das in dem Vorspannende 34 der Ventilbohrung 32 angeordnet ist, und einen Führungsstift oder Stab 55, der sich von dem Endelement 53 weg und in den Hohlraum 49 des Ventilglieds 42 erstreckt. Es sollte klar sein, dass das Endelement 53 und der Führungsstab 55 fixiert sind, und das Ventilglied 42 sich axial entlang und relativ zu dem Führungsstab 55 bewegt.
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Das Elektromagnetventil 26 umfasst auch einen elektronisch gesteuerten Elektromagnet 56 zur Betätigung des Ventilglieds 42, um den Hydraulikfluiddruck zwischen dem ersten Steuerdruckanschluss 38a, dem zweiten Drucksteueranschluss 38b, dem Druckzufuhranschluss 38c und dem Ablaufanschluss 40a zu steuern. Der Elektromagnet 56 umfasst einen Spulenkörper 58 und ein Gehäuse 60, das den Spulenkörper 58 umgibt. Der Spulenkörper 58 hat eine elektromagnetische Primärspule 62, die darum gewickelt ist, um ein Magnetfeld zu erzeugen, wenn sie erregt wird. Der Elektromagnet 56 umfasst auch eine Anschlussklemme 64 zur Verbindung mit der elektromagnetischen Spule 62 und mit Masse (nicht dargestellt). Es sollte klar sein, dass die Anschlussklemme ein stufenlos variables digitales Steuersignal von einem Primärtreiber (nicht dargestellt) erhält, etwa dem elektronischen Steuergerät 24.
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Dementsprechend wird die elektromagnetische Spule 62 unabhängig durch jeweilige stufenlos variable, digitale Steuersignale gesteuert. Das elektronische Steuergerät 24 ist mit einem Paar von Kontakten (nicht dargestellt) verbunden, die an dem Gehäuse 60 des Elektromagnets 56 angeordnet sind. Wenn die Motorbedingungen ein Kuppeln des Getriebes 14 erfordern, gibt das elektronische Steuergerät 24 ein Steuersignal an den Elektromagnet 56 über die Kontakte und die Anschlussklemme 64 ein. Das elektronische Steuergerät 24 steuert automatisch die Betätigung während automatischer Schaltvorgänge. Es sollte klar sein, dass das elektronische Steuergerät 24 auch verwendet werden könnte, wenn das Fahrzeug 10 auf einer Steigung angehalten hat, oder dergleichen mehr. Es sollte auch klar sein, dass das elektronische Steuergerät 24 so funktionieren kann, dass es das Auftreten eines manuellen Schaltvorgangs erfasst und ein Signal an den Elektromagnet 56 sendet, um das Elektromagnetventil 26 zu betätigen.
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Der Elektromagnet 56 umfasst ferner einen Innendurchmesser oder eine Öffnung 66, der/die sich durch die Längsachse des Spulenkörpers 58 erstreckt. Das Betätigungsende 36 des Ventilkörpers 30 ist in dem Kanal 66 angeordnet. Der Elektromagnet 56 umfasst einen Anker 68, der koaxial innerhalb der Ventilbohrung 32 angeordnet ist, und ein Stellstab 70 ist durch den Anker 68 hindurch angeordnet und verschiebt sich koaxial mit diesem. Der Elektromagnet 56 umfasst ferner eine Ankerfeder 72, die sich an einem Ende des Ankers 68 gegenüber dem Ventilglied 42 befindet. Die Ankerfeder 72 spannt den Anker 68 in einer im Wesentlichen auswärtigen Richtung zu dem Ventilglied 42 hin vor. Es sollte klar sein, dass ein Befestigungselement 74 mit der Ankerfeder 72 verbunden werden kann und eine mechanische Einstellung der Kraft, die durch die Ankerfeder 72 auf den Anker 68 ausgeübt wird, ermöglicht. Es sollte auch klar sein, dass das Magnetfeld den Anker 68 bewegt, wenn die elektromagnetische Spule 62 erregt wird.
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Das Elektromagnetventil 26 der vorliegenden Erfindung umfasst einen Strömungskraftausgleich mit einer Ausgangs-Dosierkonfiguration. Das Getriebe 14 der vorliegenden Erfindung umfasst das Elektromagnetventil 26 mit einer Ausgangs-Dosierkonfiguration, die für Stabilität in Ansprechen auf transiente Strömungskräfte sorgt, und umfasst ferner einen Strömungskraftausgleich, der eine stabile und präzise Druckregelung bereitstellt, indem er die Wirkungen von stationären Strömungskräften ebenso überwindet.
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Um den Strömungskraftausgleich zu erreichen, umfasst das Ventilglied
42 der vorliegenden Erfindung ferner eine strömungskraftausgleichende Gestalt, wie dies in den
2 bis
6 veranschaulicht wird. Im Speziellen umfasst das Ventilglied
42 zumindest zwei der Ventilelemente
44 mit einer Dosierfläche
76. Das Ventilelement
44a weist eine Dosierfläche
76a auf, die dazu geeignet ist, die Strömung des druckbeaufschlagten Hydraulikfluids zwischen dem ersten Drucksteueranschluss
38a und dem Ablaufanschluss
40a zu steuern. Das Ventilelement
44c weist eine Dosierfläche
76c auf, die dazu geeignet ist, die Strömung des druckbeaufschlagten Hydraulikfluids zwischen dem zweiten Drucksteueranschluss
38b und dem Druckzufuhranschluss
38c zu steuern. Die Dosierfläche
76a umfasst einen strömungskraftausgleichenden ringförmigen Leerraum
78a und die Dosierfläche
76c umfasst einen strömungskraftausgleichenden ringförmigen Leerraum
78c, der dem strömungskraftausgleichenden ringförmigen Leerraum
78a gegenüberliegt. Es sollte klar sein, dass die strömungskraftausgleichende Gestalt ähnlich jener sein kann, die in
US-Patent Nr. 7,431,043 an Xiang et al. offenbart ist, dessen Offenbarung durch Verweis ausdrücklich hierin aufgenommen ist.
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In 2 ist das Elektromagnetventil 26 in einer ersten Betriebsstellung gezeigt. In dieser Stellung schließt das Ventilelement 44a des Ventilglieds 42 den Ablaufanschluss 40a, und das Ventilelement 44c des Ventilglieds 42 öffnet den zweiten Drucksteueranschluss 38b zum Teil. In 3 wird das Elektromagnetventil 26 in einer zweiten Betriebsstellung gezeigt. In dieser Stellung schließt das Ventilelement 44a des Ventilglieds 42 den Ablaufanschluss 40a, und das Ventilelement 44c des Ventilglieds 42 schließt den zweiten Drucksteueranschluss 38b. In 4 wird das Elektromagnetventil 26 in einer dritten Betriebsstellung gezeigt. In dieser Stellung öffnet das Ventilelement 44a des Ventilglieds 42 den Ablaufanschluss 40a zum Teil, und das Ventilelement 44c des Ventilglieds 42 schließt den zweiten Drucksteueranschluss 38b. In 5 wird das Elektromagnetventil 26 in einer vierten Betriebsstellung gezeigt. In dieser Stellung öffnet das Ventilelement 44a des Ventilglieds 42 den Ablaufanschluss 40a vollständig, und das Ventilelement 44c des Ventilglieds 42 schließt den zweiten Drucksteueranschluss 38b. Es sollte klar sein, dass der hydraulische Versorgungsdruck ferner an verschiedene Steuer- und Betätigungskomponenten kommuniziert wird, etwa die Riemenscheiben des Getriebes 14. Es sollte auch klar sein, dass das Ventilglied 42 sich konstant mit den Druckveränderungen und zwischen den veranschaulichten Stellungen bewegt.
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Ein Ansatz bezieht sich auf eine Wechselwirkung zwischen Ventilelement und Anschluss, die als „Eingangs-Dosier-“Konfiguration bezeichnet wird, wobei das Ventilelement konstruiert ist, sich über den Linien- oder Einlassanschluss zu bewegen und den Leitungsdruck dort zu dosieren, wobei der Rücklauf- und Sauganschluss des Ventils offen und unverengt bleiben. Eine Eingangs-Dosierkonfiguration liefert eine gute Steuerung über die stationäre Strömung, ist jedoch allgemein instabil bei der Regelung der transienten Strömungskraft. Der andere Ansatz ist als „Ausgangs-Dosier-“Konfiguration bekannt. Bei einer Ausgangs-Dosierkonfiguration ist das Ventilelement konstruiert, um sich über den Saug- oder Auslassanschluss zu bewegen und den Leitungsdruck dort zu dosieren, wobei der Einlassanschluss des Ventils offen und unverengt bleibt. Eine Ausgangs-Dosierkonfiguration bietet eine gute Steuerung während transienter Strömungskraftbedingungen, jedoch eine weniger stabile Steuerung der stationären Strömungskraft. Es sollte ferner klar sein, dass der Strömungspfad ein Ausgangs-Dosierungs-Strömungspfad ist, während der Einlassanschluss 38a offen ist und das erste Ventilelement 44a die Strömung über den Auslassanschluss 40a dosiert, oder der Einlassanschluss 38c offen ist und das erste Ventilelement 44a die Strömung über den Auslassanschluss 38b dosiert. Es sollte auch klar sein, dass die Ausgangs-Dosierkonfiguration besser geeignet ist, um eine gute Ventilstabilität während Veränderungen in den transienten Strömungskräften bereitzustellen. Unter Bezugnahme auf 2 und 7 wird dort ein Abschnitt des Ventilkörpers 30 und des Ventilglieds 42 gezeigt. Das Ventilglied 42 ist in der Ventilbohrung 32 angeordnet und axial entlang einer Achse beweglich. In der Regel ist der Druckzufuhranschluss 38c fluidmäßig mit einer Quelle für druckbeaufschlagtes Hydraulikfluid verbunden, das an einen Steuerdruckanschluss 38a, 38b dosiert werden soll, oder ein Steuerdruck ist, der an einen Ablaufdruckanschluss 40a dosiert werden soll. Das Ventilglied 42 weist eine Ventilelement 44 auf, um Fluid zwischen dem zweiten Drucksteueranschluss 38b und dem Druckzufuhranschluss 38c zu dosieren. Um den zweiten Drucksteueranschluss 38b mit dem Druckzufuhranschluss 38c zu verbinden, wird das Ventilglied 42 in eine solche Richtung bewegt, dass das Ventilelement 44c in den zweiten Steuerdruckanschluss 38b eintritt, wodurch die hydraulische Kommunikation von dem Druckzufuhranschluss 38c zu dem zweiten Drucksteueranschluss 38b schrittweise geöffnet wird. Es sollte klar sein, dass Fluid von dem ersten Drucksteueranschluss 38a in den Steuermodulanschluss 49a strömt und den Hohlraum 49 füllt, um eine Rückkopplung zu erzeugen, um den Druck auf das Ventilglied 42 bei hohen Durchflussbedingungen auszugleichen und in Ansprechen auf transiente Strömungskräfte für Stabilität zu sorgen.
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Unter Bezugnahme auf 7, 9 und 10 ist dort eine Vergrößerung des räumlichen Fluidsteuerdruckanschlusses 38b dargestellt. Wie gezeigt weist der Ventilkörper 30 eine relativ große und „grabsteinartige“ Gestalt auf. Der Fluidanschluss 38b hat zwei symmetrisch beabstandete Strömungsöffnungen oder Kammern 82 in dem Ventilkörper 30, die hundertachtzig (180) Grad zueinander orientiert sind. Die Öffnungen 82 sind allgemein halbkreisförmig und erstrecken sich allgemein in einer Ebene senkrecht auf eine Achse des Ventilglieds 42. Das Fluid tritt zuerst in den zweiten Drucksteueranschluss 38b an den Öffnungen 82 ein und gelangt in Kontakt mit zwei geformten Steuerkanten 80, die hundertachtzig (180) Grad zueinander orientiert sind. Wenn das Ventilelement 44c weiter in den zweiten Drucksteueranschluss 38b eintritt, kann schließlich das Fluid entlang des vollen 360°-Umfangs des Ventilelements 44c eintreten. Es sollte klar sein, dass die Öffnungen 82 so dimensioniert sind, dass sie die Strömung im Wesentlichen nicht begrenzen, und daher ist sogar bei extremen Strömungsraten der Druckabfall von einem Ende der Öffnung 82 zum anderen minimal. Es sollte auch klar sein, dass der Fluidanschluss 38b um das Ventilglied 42 herum viel ausgeglichener ist, da dieses sich innerhalb des Ventilkörpers 30 verschiebt, und daher übermäßige Reibung und Verschleiß deutlich verringert oder beseitigt wird.
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Wie in 8 veranschaulicht, umfasst das Ventilglied 42 der vorliegenden Erfindung, um einen Strömungskraftausgleich zu erreichen, zumindest ein Ventilelement 44a, 44c mit einem strömungskraftausgleichenden Leerraum, wobei nur einer davon im Detail beschrieben wird. Das Ventilelement 44a weist einen Außendurchmesser 75a und eine Dosierfläche 76a auf. Die Dosierfläche 76a ist dazu geeignet, die Strömung des druckbeaufschlagten Hydraulikfluids zwischen dem Fluideinlassanschluss 38a und dem Fluidauslassanschluss 40a zu steuern. Die Dosierfläche 76a umfasst einen strömungskraftausgleichenden ringförmigen Leerraum 78a, der benachbart zu dem Außendurchmesser 75a des Ventilelements 44a angeordnet ist und durch einen Führungswinkel „a“ definiert wird, der zwischen dem Außendurchmesser 75a und einer Linie gemessen wird, die den Außendurchmesser 75a schneidet und tangential zu dem ringförmigen Leerraum 78a verläuft. Um eine wahrnehmbare Wirkung zu erreichen, ist der Führungswinkel α kleiner als neunzig (90) Grad, vorzugsweise zwischen fünfzehn (15) Grad und siebzig (70) Grad, in Abhängigkeit von der optimalen Kompensation von Druck versus Temperatur, noch bevorzugter kleiner als fünfundvierzig (45) Grad. Die Dosierfläche 76a weist eine radiale Dicke von mehr als 0,5 Millimeter auf. Es sollte klar sein, dass es wünschenswert ist, die Dosierfläche 76a als eine Messerkante auszubilden, doch aufgrund der Herstellungsprozesse darf die Dosierfläche 76 nicht weniger als 0,5 Millimeter aufweisen Es hat sich auch gezeigt, dass die Vorsehung eines Führungswinkels α von weniger als 90 Grad zu einer gewissen Abnahme der Wirkung der Strömungskraft auf das Ventilglied 42 führt. Die Strömungskräfte, die auf das Ventilglied 42 wirken, schwächen sich monoton in Bezug auf die Abnahme des Führungswinkels α ab. Je kleiner daher der Führungswinkel α ist und je tiefer der ringförmige Leerraum 78a in der Dosierfläche 76a, 76c, umso größer ist die Verringerung der Strömungskraft. Es sollte klar sein, dass Herstellungsbeschränkungen und -kosten sich auf den gewählten Führungswinkel bei der Herstellung des Elektromagnetventils der vorliegenden Erfindung auswirken. Während die Strömungskräfte theoretisch vollständig ausgeglichen werden können, indem ein Führungswinkel α von möglichst 0 Grad vorgesehen wird, liefert die monoton abnehmende Verbesserung des Ausgleichs abnehmende Verbesserungen an den kleineren Führungswinkeln, und kann kostspieliger oder unpraktischer in der Herstellung sein. Es sollte klar sein, dass der in der bevorzugten Ausführungsform eingesetzte Führungswinkel α ständig verringert werden kann, wenn sich die Herstellungstechniken und -prozesse verbessern und die Herstellung von geringeren Führungswinkeln wirtschaftlich sinnvoller machen. Somit umfasst das Elektromagnetventil der vorliegenden Erfindung einen Strömungskraftausgleich, der eine hohe Ventilstabilität und eine präzise und stabile Fluidströmung im Hinblick auf die Strömungskraftauswirkungen auf das Ventilglied 42 sowohl im stationären Zustand als auch bei transienten Regelungsbedingungen bereitstellt.
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Die Erfindung wurde hierin rein zur Veranschaulichung beschrieben. Es sollte jedoch klar sein, dass die verwendete Terminologie rein deskriptiv und keinesfalls einschränkend gemeint ist.
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Im Licht der oben angeführten Lehren sind viele verschiedene Abwandlungen und Variationen der vorliegenden Erfindung möglich. Daher kann die Erfindung innerhalb des Umfangs der folgenden Ansprüche auf andere Weise praktisch umgesetzt werden, als dies in der Beschreibung beschrieben wurde.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 4712453 [0013]
- US 7431043 [0021]
