ES2222290T3 - Valvula de control de la presion accionada por solenoide. - Google Patents
Valvula de control de la presion accionada por solenoide.Info
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Abstract
Conjunto de válvula accionada por solenoide comprendiendo: (a) un cuerpo de la válvula (12) que define una cámara de válvula (22) provista de un puerto de admisión (60) que comunica con dicha cámara y por lo menos un puerto de salida (68) que comunica con dicha cámara; (b) un elemento de válvula (24) dispuesto en dicha cámara (22) y que se puede desplazar en su interior para, al conectar una fuente de fluido a presión a dicho puerto de admisión, controlar el flujo de fluido desde dicho puerto de admisión hasta dicho por lo menos un puerto de salida; (c) un conjunto de solenoide que incluye una guía de la armadura (38, 40) fijada a dicho cuerpo de la válvula y una armadura (44) dispuesta para el movimiento en dicha guía, en el que el movimiento de dicha armadura es operativo para efectuar dicho movimiento de dicho elemento de válvula (24); (d) una bobina (36) dispuesta alrededor de dicha guía de la armadura y operativa a la activación eléctrica para efectuar dicho movimiento de dicha armadura (44); y (e) una estructura para completar un bucle de flujo alrededor de dicha bobina (36) que incluye un elemento exterior (16) y un primer colector de flujo (30) configurado para formar un espacio de aire de trabajo con una primera parte extrema (54) de dicha armadura (44) y un segundo colector de flujo (14) que forma un espacio anular de aire con una segunda parte extrema de dicha armadura distante de dicha primera parte extrema, dicho segundo colector de flujo (14) provisto de una parte de área reducida (20) que continua en una dirección axial del cuerpo macizo del segundo colector de flujo (14), dicho espacio anular de aire estando formado en ambas partes, maciza y reducida, del segundo colector de flujo (14), por lo que a la activación de la bobina, y al movimiento de dicha armadura hacia dicho primer colector de flujo (30), el flujo a través de dicho espacio anular de aire se reduce progresivamente por dicha parte de área reducida, haciendo mínimo de ese modo el incremento de la fuerza magnética causado por la reducción progresiva de dicho espacio de aire de trabajo.
Description
Válvula de control de la presión accionada por
solenoide.
La presente invención se refiere a válvulas
accionadas por solenoide utilizadas para controlar el flujo de
fluido hidráulico a presión para accionamientos en un sistema
hidráulico en respuesta a una señal de control eléctrica, como por
ejemplo provista por un microordenador. Las válvulas de control de
la presión accionadas por solenoide se utilizan en una variedad de
aplicaciones, una aplicación de este tipo siendo para el control de
los accionamientos del embrague del cambio en transmisiones
automáticas para vehículos a motor.
Hasta ahora, las válvulas de control de la
presión accionadas eléctricamente para controlar el cambio en una
transmisión automática para un vehículo a motor han utilizado un
elemento de válvula configurado como un conjunto de rotor con partes
planas entre acanaladuras de las válvulas cilíndricas provistas en
el mismo para controlar el flujo del fluido hidráulico entre una
admisión y un puerto de salida de señal o de control con un control
de la presión provisto mediante el drenaje de fluido a través de un
puerto de salida de escape el cual devuelve el flujo a la fuente o
cárter.
Al proporcionar una válvula de control de la
presión accionada eléctricamente de este tipo para el control del
cambio de una transmisión automática de un vehículo a motor, se han
encontrado problemas en obtener un control adecuado de la presión
sobre una amplia gama del flujo requerido para proporcionar el
movimiento necesario del accionamiento del cambio debido a las
características magnéticas del solenoide de accionamiento.
Para un nivel dado de activación eléctrica del
solenoide, la fuerza magnética en una armadura típica del solenoide
varia de forma no lineal con respecto al movimiento de la armadura.
Cuando la armadura reduce el espacio del aire de trabajo con la
pieza del polo estacionario o colector de flujo, la fuerza magnética
tiende a incrementar exponencialmente proporcionando de ese modo la
respuesta de características indeseables resultante del rotor de la
válvula conectado a la armadura de la válvula. El incremento
exponencial de la fuerza magnética causa una abertura y un cierre
prohibitivamente rápidos de los puertos respectivos para unas
configuraciones dadas del puerto y de las partes planas entre
acanaladuras del rotor y hace de ese modo extremadamente difícil un
control apropiado de la presión hidráulica en el circuito de
accionamiento. Los conjuntos de válvulas accionadas por solenoide de
este tipo general se describen en los documentos
US-A-5,246,033 y DE U 1 86 26 681.
Tienen una estructura para completar un bucle de flujo alrededor de
la bobina eléctrica, una armadura y un primer colector de flujo
configurado para formar un espacio de aire de trabajo con una
primera parte extrema de dicha armadura y un segundo colector de
flujo que forma un espacio anular de aire con una segunda parte
extrema de dicha armadura distante de dicha primera parte extrema.
El documento DE A1 197 16 185 ilustra una válvula accionada por
solenoide de este tipo que incluye un colector de flujo provisto de
una parte de área reducida que forma un espacio anular de aire con
una parte extrema de la armadura. Este espacio anular de aire, sin
embargo, no llega más allá dentro del colector de flujo y el
documento no describe claramente la localización del espacio del
aire de trabajo.
De acuerdo con ello, se ha deseado durante mucho
tiempo proporcionar una válvula de control de la presión accionada
por solenoide para controlar el flujo de fluido hidráulico en un
circuito de accionamiento el cual proporciona una carrera de la
armadura relativamente larga con una respuesta substancialmente
lineal para un nivel dado de activación del solenoide y proporciona
un control de la presión globalmente lineal o proporcional sobre la
gama de accionamiento de la activación de la bobina.
La presente invención como se define en la
reivindicación 1 se dirige al problema antes descrito y proporciona
una válvula de control de la presión accionada por solenoide del
tipo provisto de un rotor móvil en el cuerpo de la válvula para
controlar el flujo desde una admisión hasta un puerto de salida de
señal o de control y a un puerto de drenaje para mantener el control
de la presión. El rotor del elemento de válvula en la presente
invención tiene un par de partes planas entre acanaladuras separadas
para controlar el flujo con respecto al puerto de control y de
escape en respuesta al movimiento del rotor por la armadura del
solenoide. El solenoide está construido para proporcionar un flujo
magnético reducido en un extremo de la armadura cuando el espacio
del aire de trabajo en un extremo remoto de la armadura se cierra
mediante un nivel dado en la activación de la bobina. El flujo
disminuye en el otro extremo de la armadura mediante una parte de
área reducida del colector de flujo que rodea al extremo distante de
la armadura que forma un espacio anular de aire entre ellos. La
reducción del flujo en el extremo remoto de la armadura resulta en
una fuerza substancialmente lineal frente a las características de
la carrera del solenoide al activar la bobina a un nivel dado. La
presión resultante en la salida de la presión de control por lo
tanto generalmente cambia proporcionalmente con respecto a la
activación cambiante de la bobina.
La figura 1 es una vista en perspectiva del
conjunto de válvula de la presente invención tomada desde el extremo
del solenoide.
La figura 2 es una vista similar a la figura 1
tomada desde el extremo del cuerpo de la válvula.
La figura 3 es una sección transversal del
conjunto de válvula de la figura 1.
La figura 4 es una vista en perspectiva del
despiece del conjunto de válvula de la figura 1.
La figura 5 es una parte de una sección
transversal similar a la figura 3 que muestra el rotor de la válvula
en una posición de flujo bajo.
La figura 6 es una vista similar a la figura 5
que muestra el rotor de la válvula en una posición de flujo
alto.
La figura 7 es un gráfico de la presión del flujo
en la salida de control trazada como una función de las corrientes
de la bobina. Y
La figura 8 es un gráfico del trazado de la
fuerza magnética en la armadura como una función de la carrera de la
armadura para un nivel dado de corriente de la bobina.
Con referencia a las figuras 1 hasta 4, el
conjunto de válvula de la presente invención está globalmente
indicado en 10 e incluye un cuerpo de la válvula 12 fijado a una
base o colector de flujo de montaje 14 el cual ha recibido sobre sí
mismo y tiene fijado al mismo un extremo de un elemento de flujo
exterior configurado como una envuelta cilíndrica 16 y la cual
coincide exactamente contra el reborde 18 provisto en el colector de
flujo 14. El colector de flujo 14 tiene una parte anular de diámetro
reducido 20 provista sobre el mismo y la cual se extiende axialmente
desde el mismo, la función magnética de la cual se describirá aquí
más adelante.
El cuerpo de la válvula 12 tiene un taladro de
válvula 22 formado en él dentro del cual es recibido de forma
deslizante en una disposición fuertemente ajustada un elemento de
rotor 24 provisto de un par de partes planas entre acanaladuras de
válvula cilíndricas separadas 26, 28 formadas sobre el mismo las
cuales se pueden recubrir dentro del taladro 22, si se desea
proporcionar el ajuste fuerte deseado.
La envuelta exterior 16 tiene su extremo opuesto
conectado a un segundo elemento colector de flujo 30 y que coincide
exactamente contra un reborde 32 provisto en el mismo. Una bobina
enrollada 34 está dispuesta en el interior de la envuelta 16 y entre
los colectores de flujo 14, 30 y tiene una bobina eléctrica 36
enrollada sobre ella como se representa en la figura 3.
Cada uno de los colectores de flujo 14, 30 tiene
respectivamente un rodamiento 38, 40 dispuesto en él y una varilla
de accionamiento 42 está deslizantemente dispuesta en los
rodamientos 38, 40. La varilla de accionamiento 42 tiene una
armadura 44 recibida sobre la misma. Una arandela de tope 46 actúa
como separador magnético entre la armadura 44 y la pieza de polo 30.
Un elemento de retención del resorte 48 es recibido sobre el extremo
de la varilla 42 y un resorte 50 tiene un extremo que coincide
exactamente contra el elemento de retención 48 con el extremo
opuesto que coincide exactamente contra la superficie inferior de un
obturador de ajuste 52 el cual está acoplado mediante rosca en el
colector de flujo 30.
La armadura 44 tiene el extremo adyacente al
colector de flujo 30 de forma cónica como se indica mediante el
número de referencia 54 y el colector de flujo 30 tiene
correspondientemente una ranura configurada cónica 56 formada en su
interior, conos 54, 56 los cuales definen un espacio de aire de
trabajo entre la armadura 44 y el colector de flujo 30, una parte
del cual tiene una configuración anular.
En la práctica presente de la invención, se ha
encontrado que es satisfactorio que el extremo cónico 54 de la
armadura tenga un ángulo de veintidós grados (22º) con respecto al
eje de la bobina.
De forma similar, la periferia interior de la
parte de diámetro reducido 20 del colector de flujo 14 define un
espacio anular de aire con el extremo de la armadura 44 distante del
extremo cónico 54.
En la realización de las figuras 1 hasta 4, el
cuerpo de la válvula 12 tiene un puerto de admisión que comprende
aberturas 60 formadas adyacentes al extremo libre de la misma en un
anillo colector 62, y separada a lo largo del taladro 22 hay una
salida de la señal de presión o de control que comprende aberturas
64 formadas en un anillo colector 66. Separada adicionalmente a lo
largo del taladro 22 hay una salida de escape que comprende
aberturas 68. Las aberturas de admisión 60 están colocadas en una
estación a lo largo del taladro 22 de forma que la parte plana entre
acanaladuras 28 es operativa al desplazarla para controlar el flujo
a través de las aberturas 60 que entra en el talador de la válvula
22 en la zona de las partes planas entre acanaladuras intermedias
28, 26.
La parte plana entre acanaladuras 26 es operativa
para controlar el flujo de drenaje a través de las aberturas de
escape 68 desde el taladro 22.
Como se representa con la línea exterior
discontinua en la figura 3, las aberturas del puerto de escape 68
incluyen una entalladura puesta en bandolera indicada mediante el
número de referencia 72 para permitir que una pequeña cantidad de
fluido hidráulico escape en el momento de la abertura inicial del
puerto de escape y, por el contrario evite un cierre rápido
repentino del puerto de escape en el momento del cierre.
El rotor de la válvula 24 está retenido en el
taladro 22 mediante un resorte 74 que coincide exactamente en un
extremo del mismo contra una ranura 76 formada en el extremo de la
parte plana entre acanaladuras 28 y en su extremo opuesto el resorte
está retenido mediante un tapón 76 presionado en el extremo del
cuerpo de la válvula 12.
Una ranura 78 está provista cerca del extremo del
cuerpo de la válvula 12 y tiene alojada en ella un anillo de presión
80 el cual se entenderá que se utiliza para retener el cuerpo de la
válvula en un taladro (no representado) en el circuito hidráulico
del dispositivo que se va a controlar.
Con referencia a la figura 5, el rotor 24 se
representa en una posición de flujo bajo en la que la parte plana
entre acanaladuras de la válvula 26 tiene abierta sólo la parte de
entalladura puesta en bandolera 72 del puerto 68 y la parte plana
entre acanaladuras 28 está colocada para permitir sólo una pequeña
cantidad de flujo a través del puerto de admisión 60 al taladro 22 y
por lo tanto la presión en el puerto de control 64 se mantiene a un
nivel bajo.
Con referencia a la figura 6, el rotor 24 se
representa desplazado a una posición en la que la parte plana entre
acanaladuras 26 ha cerrado el puerto de escape 60 y la parte plana
entre acanaladuras 28 ha abierto substancialmente el puerto de
admisión 60 permitiendo un flujo completo en el puerto de control
64.
Con referencia a la figura 7, la curva de presión
P_{c} en el puerto de salida de control 64 está trazada como una
función de la corriente de excitación de la bobina I_{c} y a
partir de la figura 7 se verá que la presión de control en el puerto
64 aumenta generalmente proporcional con respecto al incremento de
la corriente en la bobina.
Con referencia a las figuras 1, 2 y 4, el
colector de flujo 30 está representado provisto de una pluralidad de
recortes periféricamente separados formados en él los cuales están
dispuestos opuestos a los correspondientes recortes 84 provistos en
la envuelta cilíndrica 16. El colector de flujo 30 es giratorio de
forma ajustable en la envuelta 16 para variar la colocación de las
muescas 82, 84, unas con respecto a las otras para ajustar los nodos
de flujo creados de ese modo para calibrar el movimiento de la
armadura con respecto a un nivel dado de activación de la
bobina.
Se entenderá que, puesto que la armadura es
atraída al colector de flujo 30 y la parte cónica 54 de la armadura
44 cierra contra la ranura 56, el flujo magnético a través del
espacio de aire cónico generalmente incrementa exponencialmente. Sin
embargo, la parte de área reducida 20 del colector de flujo 14
disminuye el flujo a través del espacio anular de aire en el extremo
del cono opuesto 54 de la armadura 44 de forma que compensa el
rápido incremento del flujo en el extremo cónico de la armadura.
Se entenderá que, si se desea, el extremo cónico
de la armadura se puede invertir alternativamente y atraerlo al
colector de flujo 14 y, si se emplea esta disposición alternativa,
la ranura cónica 56 estará provista en el colector 14 si se desea
invertir el movimiento de la armadura con respecto a la activación
de la bobina para invertir el movimiento de válvula del rotor
24.
Con referencia a la figura 8, se ilustra el
efecto del área disminuida de la parte 20 del colector de flujo 14.
Las características de la fuerza del solenoide como una función de
la carrera de la armadura como se muestra en la representación
gráfica y como se ilustra son bastante lineales y tienen una
pendiente suficientemente baja como para ser consideradas
globalmente constantes. La presente invención permite por lo tanto
una carrera más larga de la armadura para una corriente de la bobina
dada y proporciona de ese modo una mayor flexibilidad o una mayor
resolución en el control del flujo a través de los puertos de la
válvula.
Aunque la invención ha sido descrita antes aquí
con respecto a las realizaciones ilustradas, se entenderá que la
invención se puede modificar y variar y está limitada sólo por las
siguientes reivindicaciones.
Claims (12)
1. Conjunto de válvula accionada por solenoide
comprendiendo:
(a) un cuerpo de la válvula (12) que define una
cámara de válvula (22) provista de un puerto de admisión (60) que
comunica con dicha cámara y por lo menos un puerto de salida (68)
que comunica con dicha cámara;
(b) un elemento de válvula (24) dispuesto en
dicha cámara (22) y que se puede desplazar en su interior para, al
conectar una fuente de fluido a presión a dicho puerto de admisión,
controlar el flujo de fluido desde dicho puerto de admisión hasta
dicho por lo menos un puerto de salida;
(c) un conjunto de solenoide que incluye una guía
de la armadura (38, 40) fijada a dicho cuerpo de la válvula y una
armadura (44) dispuesta para el movimiento en dicha guía, en el que
el movimiento de dicha armadura es operativo para efectuar dicho
movimiento de dicho elemento de válvula (24);
(d) una bobina (36) dispuesta alrededor de dicha
guía de la armadura y operativa a la activación eléctrica para
efectuar dicho movimiento de dicha armadura (44); y
(e) una estructura para completar un bucle de
flujo alrededor de dicha bobina (36) que incluye un elemento
exterior (16) y un primer colector de flujo (30) configurado para
formar un espacio de aire de trabajo con una primera parte extrema
(54) de dicha armadura (44) y un segundo colector de flujo (14) que
forma un espacio anular de aire con una segunda parte extrema de
dicha armadura distante de dicha primera parte extrema, dicho
segundo colector de flujo (14) provisto de una parte de área
reducida (20) que continua en una dirección axial del cuerpo macizo
del segundo colector de flujo (14), dicho espacio anular de aire
estando formado en ambas partes, maciza y reducida, del segundo
colector de flujo (14), por lo que a la activación de la bobina, y
al movimiento de dicha armadura hacia dicho primer colector de flujo
(30), el flujo a través de dicho espacio anular de aire se reduce
progresivamente por dicha parte de área reducida, haciendo mínimo de
ese modo el incremento de la fuerza magnética causado por la
reducción progresiva de dicho espacio de aire de trabajo.
2. El conjunto de válvula definido en la
reivindicación 1 en el que dicha parte de área reducida (20) de
dicho segundo colector de flujo comprende una parte anular de
diámetro reducido.
3. El conjunto de válvula definido en la
reivindicación 1 en el que dicho primer extremo de la armadura (54)
tiene una configuración cónica y dicho primer colector de flujo (30)
incluye una ranura (54) correspondientemente cónica y dicho primer
espacio de aire incluye una parte cónica anular.
4. El conjunto de válvula definido en la
reivindicación 1 en el que dicho elemento exterior (16) incluye una
pluralidad de superficies (82) que definen un primer conjunto de
nodos de flujo y dicho primer colector de flujo (30) incluye una
pluralidad de superficies (84) que definen un segundo conjunto de
nodos de flujo, en el que dicho primer colector de flujo (30) se
puede desplazar para ajustar el flujo entre dichos conjuntos de
nodos primero y segundo.
5. El conjunto de válvula definido en la
reivindicación 1 en el que dicho elemento de válvula comprende un
rotor (24) y dicho por lo menos un puerto de salida incluye un
primer puerto de salida de señal (64) y un segundo puerto de salida
de drenaje (68).
6. El conjunto de válvula definido en la
reivindicación 1 en el que dicho por lo menos un puerto de salida
incluye un puerto de salida de control de la presión y un puerto de
salida de drenaje y dicho elemento de válvula incluye un rotor (24)
provisto de una primera parte plana entre acanaladuras (28) que
controla el flujo a dicha salida de control de la presión y una
segunda parte plana entre acanaladuras (26) que controla el flujo a
dicha salida de drenaje.
7. El conjunto de válvula definido en la
reivindicación 1 en el que dicho elemento exterior incluye una
envuelta globalmente cilíndrica (16).
8. El conjunto de válvula definido en la
reivindicación 1 en el que dicho elemento exterior comprende un
elemento hueco cilíndrico (16) provisto de un conjunto de nodos de
flujo que comprenden una pluralidad de recortes (84) en un extremo
del mismo.
9. El conjunto de válvula definido en la
reivindicación 1 en el que dicho cuerpo de válvula (12) está fijado
a dicho segundo colector de flujo (14).
10. Procedimiento de fabricación de un conjunto
de válvula accionada por solenoide (20) comprendiendo:
(a) disponer un elemento de válvula (24) en un
cuerpo de válvula (12) y desplazar dicho elemento de válvula y
controlar el flujo desde una admisión (60) hasta por lo menos una
salida (68);
(b) disponer una armadura (44) en una guía de
válvula y conectar operativamente dicha armadura para efectuar dicho
movimiento del elemento de válvula (24);
(c) disponer una bobina (36) sobre dicha armadura
(44) y guía de la armadura y completar un bucle de flujo alrededor
de dicha bobina con un elemento exterior (16) y un primer colector
de flujo (30) y formar un espacio de aire de trabajo entre dicha
armadura y el primer colector de flujo y disponer un segundo
colector de flujo (14) separado de dicho primer colector de flujo
(30) y formar un espacio anular de aire entre dicha armadura y dicho
segundo colector de flujo;
(d) formar una parte de área reducida (20) en
dicho segundo colector de flujo (14) que continua en una dirección
axial del cuerpo macizo del segundo colector de flujo (14), dicho
espacio anular de aire estando formado en ambas partes, maciza y
reducida, del segundo colector de flujo (14), por lo que a la
activación de dicha bobina se reduce progresivamente el flujo a
través de dicho segundo espacio de aire y se hace mínimo el
incremento de la fuerza magnética a medida que se reduce dicho
espacio de aire de trabajo.
11. El procedimiento definido en la
reivindicación 10 en el que dicho paso de completar el bucle de
flujo incluye la formación de un primer conjunto de nodos de flujo
en dicho primer colector de flujo (30) y la formación de un segundo
conjunto de nodos de flujo en dicho elemento exterior (16) y el giro
de dicho primer colector de flujo (30) con respecto a dicho elemento
exterior (16) y la calibración del movimiento de dicha armadura
(44).
12. El procedimiento definido en la
reivindicación 10 en el que dicho paso de la formación de un espacio
de aire de trabajo incluye la formación de conicidad en un extremo
(56) de dicha armadura (44) y la formación de ranuras
correspondientemente cónicas (54) en dicho primer colector de flujo
(30).
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