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Hintergrund der Erfindung
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Technisches
Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft elektrohydraulische Ventile, und
mehr im einzelnen solche Ventile, welche den Betrieb von Einlass-
und Auslassventilen eines Mehrzylinder-Verbrennungsmotors steuern, um selektiv
den Betrieb ausgewählter
Zylinder zu aktivieren und zu deaktivieren oder auf andere Weise
zu steuern.
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Im
Bemühen,
die Brennstoffökonomie
zu verbessern, haben Automobilhersteller Systeme geschaffen, welche
ausgewählte
Zylinder eines Motors deaktivieren, wenn die gesamte, durch alle
Zylinder erzeugte Leistung nicht gefordert wird. Beispielsweise
ist der "V-8-6-4-Motor" in der Lage, zwischen
dem Betrieb mit vier, sechs und acht Zylindern umzuschalten. Die
Auswahl, welche Zylinder zu deaktivieren sind, wird durch die Motorzündfolge
bestimmt mit dem Wunsch, im deaktivierten Modus eine gerade Zündfolge
aufrechtzuerhalten. Es sind verschiedene Modi einer Zylinderdeaktivierung
möglich.
In einem Reihen-Modus wird die Vielzahl der Zylinder in der gleichen
Reihe eines Motors mit einer V-Konfiguration zur gleichen Zeit geschaltet,
während
beim Zylindersteuermodus jeder Zylinder unabhängig geschaltet wird. Ein bestimmter
Zylinder wird durch Steuerung des Betriebes der Einlassventile für diesen
Zylinder aktiviert und deaktiviert. Indem man das Einlassventil
oder die Einlassventile für
einen bestimmten Zylinder unwirksam macht, tritt kein Luft-Brennstoff-Gemisch
in diesen Zylinder ein, und demnach erfolgt keine Verbrennung. Das
Auslassventil kann auch in gleicher Weise unwirksam gemacht werden.
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Der
Betrieb des Motorzylinderventils wird durch ein solenoidaktiviertes
hydraulisches Ventil gesteuert, welches den Strom von unter Druck
stehendem Motorschmieröl
zu einem Zylinderventilaktuator regelt. Wenn das Solenoidventil
bestromt wird, dann wird unter Druck stehendes Motoröl von einem
Arbeitsport dieses Ventils zugeführt,
um einen federnd vorgespannten Verriegelungsstift im Inneren des
Zylinderventilhebers zu betätigen,
was die Nockenwelle wirksam von dem Zylinderventil abkoppelt. Wenn
die Stromzufuhr zu dem Solenoid unterbrochen wird, dann wird der
Arbeitsport des Solenoidventils mit der Motorölwanne verbunden, wodurch der
Druck an dem Zylinderventilaktuator aufgehoben wird, was dazu führt, dass
eine Feder den Verriegelungsstift vorspannt und das Einlass- oder
Auslassventil aktiviert. Alternativ dazu kann der Verriegelungsstift
für den
Zylinderventilheber so konfiguriert werden, dass eine Bestromung
und eine Stromunterbrechung des Solenoidventils die entgegengesetzten
Wirkungen haben.
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Es
ist erwünscht,
das Schalten der Motorzylinderventile in weniger als einem Motorzyklus
zu steuern. Deshalb muss das Solenoidventil sehr schnell reagieren,
um eine zeitige Deaktivierung und Reaktivierung des Motorzylinderventils
sicherzustellen. Es ist demnach erwünscht, dass das Solenoidventil
eine Kraft erzeugen soll, die so gering wie möglich ist, um so die Betriebszeit
zu minimieren.
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Wenn
der Motor abgeschaltet wird, dann fließt das Schmieröl, welches
dazu verwendet wurde, die Motorzylinderventile zu steuern, in die Ölwanne ab,
und in die Leitungen des Ventilsteuersystems tritt Luft ein. Es
muss deshalb ein Mechanismus vorgesehen werden, um beim Starten
des Motors die Luft aus dem System zu abzulassen.
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Weil
mehrere solenoidbetätigte
hydraulische Ventile erforderlich sind, ist es erwünscht, eine
Ventilanordnung zu schaffen, welche eine Positionierung und Anbringung
dieser Ventile an dem Motor erleichtert. Zusätzlich dazu sollte die Ventilanordnung
in hohem Maße
immun gegen Vibrationen, Temperaturänderungen und dagegen sein,
Fluiden ausgesetzt zu sein.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Ein
elektrohydraulisches Ventil für
ein hydraulisches System ist vorgesehen, um den Betrieb von Einlass-
und Auslassventilen eines Mehrzylindermotors zu steuern. Das elektrohydraulische
Ventil hat einen Ventilkörper
mit einer Bohrung, in die sich ein Einlass, ein Auslass und ein
Arbeitsport öffnen. Die
Bohrung hat einen ersten Ventilsitz zwischen dem Einlass und dem
Arbeitsport, sowie einen zweiten Ventilsitz zwischen dem Arbeitsport
und dem Auslass. Ein mechanisch nicht vorgespanntes Ventilelement
ist in der Bohrung beweglich angeordnet, um sich wahlweise an den
ersten Ventilsitz anzulegen bzw. sich von diesem abzuheben, um eine
Verbindung zwischen dem Einlass und dem Arbeitsport zu schließen. Das
Ventilelement und der erste Ventilsitz sind so konstruiert, dass
dann, wenn der Motor startet, Luft in dem hydraulischen System in
der Lage ist, aus dem Einlass über
den ersten Ventilsitz auszuströmen,
unabhängig
davon, ob das Zylinderventil aktiv oder inaktiv ist.
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Ein
Aktuator hat eine elektromagnetische Spule, in welcher ein Anker
verschiebbar aufgenommen ist. Von dem Anker steht ein Stößel ab,
welcher wahlweise das Ventilelement abhebt und gegen einen Druck
an dem Einlass außer
Anlage an dem ersten Ventilsitz bewegt.
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In
einer ersten Ausgestaltung des elektrohydraulischen Ventils ist
ein zweites Ventilelement mit dem Anker verbunden. Das zweite Ventilelement
legt sich an den zweiten Ventilsitz an, um eine Verbindung zwischen
dem Arbeitsport und dem Auslass zu schließen, wenn das erste Ventilelement
von dem ersten Ventilsitz abgehoben wird. Eine Feder ist eingebaut,
welche eine Kraft aufbringt, die die Tendenz hat, das zweite Ventilelement
von dem zweiten Ventilsitz und den Stößel von dem ersten Ventilelement fort
zu bewegen. Wenn der Motor startet, ist Luft in dem hydraulischen
System in der Lage, von dem Einlass durch den ersten Ventilsitz
zu strömen,
ohne das Ventilelement gegen den ersten Ventilsitz zu drücken. Allerdings
drückt
viskoseres Hydrauliköl,
welches in den Einlass eintritt, das Ventilelement gegen den ersten
Ventilsitz, wenn der Aktuator das Ventilelement nicht fern hält.
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In
einer zweiten Ausgestaltung des elektrohydraulischen Ventils ist
ein rohrförmiges
Element verschiebbar innerhalb der Bohrung zwischen dem Einlass
und einer in der Bohrung ausgebildeten Lippe aufgenommen. Der erste
Ventilsitz ist an einem Ende des rohrförmigen Elementes ausgebildet,
welches dem Arbeitsport zugewandt ist. Das Ventilelement legt sich
abwechselnd an den ersten und zweiten Ventilsitz an. Wenn der Mehrzylindermotor
startet, ist in dieser Version des Ventils die in dem hydraulischen
System befindliche Luft in der Lage, von dem Einlass um das rohrförmige Element
herum zu dem Auslass zu strömen,
während
das Ventilelement an dem ersten Ventilsitz anliegt. Beim Ausstoßen der Luft
aus dem hyd raulischen System drückt
der Druck von Öl
an dem Einlass das rohrförmige
Element gegen die Lippe der Bohrung und schließt dadurch einen Weg um das
rohrförmige
Element herum.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine Draufsicht einer Anordnung elektrohydraulischer Ventile gemäß der vorliegenden Erfindung;
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2 ist
eine Seitenansicht der Ventilanordnung;
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3 ist
eine Draufsicht einer Basisplatte in der Ventilanordnung;
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4, 5 und 6 sind
jeweils eine Draufsicht, eine Seitenansicht und eine Endansicht einer
Unterbaugruppe elektrischer Leitungen, die in die elektrohydraulische
Ventilanordnung eingebaut ist;
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7 ist
eine vergrößerte Seitenansicht
eines Schnittes der Unterbaugruppe der elektrischen Leitungen;
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8 ist
eine vergrößerte Draufsicht
des Schnittes der Unterbaugruppe der elektrischen Leitungen;
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9 ist
eine Schnittansicht entlang einer Linie 4-4 in 2 durch
eines der elektrohydraulischen Ventile; und
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10 ist
eine Schnittansicht durch eine andere Ausgestaltung eines elektrohydraulischen
Ventils.
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Ins Einzelne
gehende Beschreibung der Erfindung
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Es
wird auf die 1 bis 3 Bezug
genommen; eine Ventilanordnung 10 hat eine dünne, ebene
Basisplatte 12, die aus Metall hergestellt ist, mit drei Öffnungen 14, 15 und 16,
die sich zwischen zwei voneinander abgewandten Hauptflächen 17 und 18 erstrecken.
Drei elektrohydraulische Ventile 21, 22 und 23 sind
in den jeweiligen drei Öffnungen 14, 15 und 16 angeordnet.
Die Basisplatte 12 ist dimensioniert, um an einem Verteiler 25 eines
Mehrzylindermotors angebracht zu werden, wobei die Körper der
drei elektrohydraulischen Ventile 21 bis 23, die sich
unterhalb der Basisplatte erstrecken, in Öffnungen in dem Verteiler ragen.
Jede Basisplattenöffnung 14 bis 16 ist
geringfügig
größer als
die Außenabmessung
des elektrohydraulischen Ventils, was es dem Ventil ermöglicht,
sich frei in zwei orthogonalen Achsen auf einer Hauptfläche 17 oder 18 der
Basisplatte 12 zu bewegen. Wie noch beschrieben wird, erlaubt es
diese lose Befestigung jedem elektrohydraulischen Ventil, sich selbst
in der jeweiligen Verteileröffnung
zu platzieren und sich an Abmessungsungenauigkeiten der Komponenten
anzupassen, wenn die Ventilanordnung 10 an dem Motor montiert
wird. Ein Paar Zacken 24 stehen von einander gegenüberliegenden
Seiten zur Mitte einer jeden Basisplattenöffnung 14 bis 16 vor.
Der Abstand zwischen den Zacken 24 ist geringfügig größer als
die Außenabmessung
der äußeren metallischen
Kappe 26 der elektrohydraulischen Ventile 21 bis 23.
Die Kante der äußeren Kappe 26,
welche an der Basisplatte 12 anliegt, hat ein Paar Lappen 28,
welche durch die Öffnungen 14, 15 oder 16 hindurchgreifen
und lose gegen die Unterseite der Basisplatte gebogen sind. Bis
die Ventilanordnung 10 an dem Motor angebracht wird, beschränken die
Lappen 28 eine Bewegung der drei elektrohydraulischen Ventile 21, 22 und 23 gegenüber der
Basisplatte 12 nicht.
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Ein
Elektroleitungsrahmen 30 hat einen Fuß 31 mit einem Stift 38,
welcher durch eine Öffnung 39 der
Basisplatte 12 hindurchragt, und er hat eine Montageöffnung 36,
welche mit einem Loch 37 in der Basisplatte 12 (siehe 3)
fluchtet und einen Bolzen aufnimmt, wie noch beschrieben wird. Der
Elektroleitungsrahmen 30 hat einen Anschlusspfosten 32,
welcher von dem Fuß 31 aus
von der Basisplatte 12 fortsteht. Der Leitungsrahmen 30 hat
auch einen dünnen flexiblen
Riegel 34, welcher von dem Fuß 31 und dem Anschlusspfosten 32 aus
freitragend entlang einer Längskante
der Basisplatte 12 absteht. Der flexible Riegel 34 ist
nicht direkt mit der Basisplatte 12 verbunden. Der Fuß 31,
der Anschlusspfosten 32 und der flexible Riegel 34 sind
aus Kunststoff hergestellt, welcher um einen Satz von Elektroleitungen herum
geformt ist, welche sich von einem elektrischen Verbinder 35 am
Ende des Anschlusspfostens aus bis zu Anschlusspaaren 46 bis 49 erstrecken,
die neben den elektrohydraulischen Ventilen 21 bis 23 angeordnet
sind. Der elektrische Verbinder 35 nimmt einen dazu passenden
Verbinder an einem Ende eines Kabels auf, welches sich von dem Motorcomputer
aus erstreckt.
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Die
Verbindung des Leitungsrahmens 30 mit jedem elektrohydraulischen
Ventil 21 bis 23 verhindert, dass die Ventile
durch die Basisplatte 12 in 2 nach unten
fallen. Das nach außen
vorstehende Paar von Lappen 28 verhindert, dass sich das
jeweilige elektrohydraulische Ventil 21 bis 23 durch
die Basisplatte 12 hindurch nach oben bewegt. Das hält die Ventilanordnung 10 vor
der Anbringung an einem Motor zusammen.
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Es
wird auf die 4 bis 6 Bezug
genommen; der Satz Elektroleitungen 40 ist als Einheit aus
einem flachen Messingblech ausgestanzt; andere Metalle können gleichwohl
auch verwendet werden. Das Stanzstück wird sodann in die in den Zeichnungen
dargestellte Form gebogen. Die sich ergebende Struktur hat vier
parallele, koplanare Leiter 41, 42, 43 und 44,
welche zu Anfang miteinander durch dünne Bänder 45 verbunden
sind. Der erste Leiter 41 ist ganz allgemein mit allen
drei elektrohydraulischen Ventilen 21 bis 23 verbunden,
während
jeder der anderen drei Leiter 42, 43 und 44 mit
nur einem der Ventile verbunden ist. Der erste Leiter 41 hat
demnach drei Anschlüsse 46,
und zwar einen neben jedem Ort eines Ventils (siehe 1).
Der zweite Leiter 42 hat einen Anschluss 47 neben
dem ersten elektrohydraulischen Ventil 21, und ein Anschluss 48 des dritten
Leiters 43 ist in der Nähe
des zweiten elektrohydraulischen Ventils 22. Der vierte
Leiter 44 hat einen Anschluss 49 neben dem dritten
elektrohydraulischen Ventil 23.
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Jeder
Leiter 41, 42, 43 und 44 ist
mit einem Ende eines jeweils unterschiedlichen L-förmigen Schenkels 50, 51, 52 oder 53 verbunden,
welche in einer Ebene senkrecht zu der Ebene der Leiter liegen.
Die anderen Enden der L-förmigen
Schenkel 50, 51, 52 und 53 sind
mit vier jeweiligen Kontakten 54, 55, 56 und 57 verbunden,
welche in einer Ebene senkrecht zu den Ebenen der L-förmigen Schenkel und
der Leiter liegen.
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Wie
man in den 4 und 5 sieht,
hat der zweite Leiter 42 eine Brücke 59, welche einen Arm 41a des
ersten Leiters 41 überbrückt, der
sich zu dem Anschluss 46 für das zweite elektrohydraulische Ventil 22 hin
erstreckt. Die Einzelheiten dieser Überbrückung sind in der Rückansicht
dieses Teils des Satzes elektrischer Leiter 40 in 7 gezeigt,
und ebenso in der vergrößerten Draufsicht
in 8. Der zweite Leiter 42 weist eine Unterbrechung
auf, wodurch der Leiter in zwei zueinander in einer Linie ausgerichtete
Abschnitte 42a und 42b unterteilt wird. Der Arm 41a des
ersten Leiters 41 erstreckt sich durch diese Unterbrechung
hindurch (siehe 5). Ein Paar U-förmiger Kupplungen 58 hat
jeweils ein Ende, welches sich von einem jeweils unterschiedlichen Abschnitt 42a oder 42b des
zweiten Leiters 42 aus erstreckt. Die anderen Enden der
Kupplungen 58 sind zu der Ebene der Leiter 41 bis 44 beabstandet, und
zwischen diesen anderen Enden erstreckt sich eine Brücke 59.
Bei dem zusammengebauten Elektroleitungsrahmen 30 hält der Kunststoff
des flexiblen Riegels 34 die Brücke 59 auf Abstand
von den Leitern 41 bis 44.
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Es
wird nochmals auf die 1 und 2 Bezug
genommen; wenn der Kunststoff um den Satz elektrischer Leiter 40 herum
geformt ist, dann sind die vier parallelen Leiter 41 bis 44 in
dem flexiblen Riegel 34 eingebettet, die L-förmigen Schenkel 50 bis 53 befinden
sich in dem Fuß 31,
und die vier Kontakte 54 bis 57 befinden sich
in dem Anschlusspfosten 32. Wenn die Gießform sich
schließt,
dann halten deren Elemente die Leiter 41 bis 44 in
ihrer Position fest und durchtrennen die Bänder 45 zwischen den
Leitern 41, 42, 43 und 44, bevor
der Kunststoff in die Gießform
eingespritzt wird.
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Die elektrohydraulischen
Ventile
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Die
Konstruktion des ersten elektrohydraulischen Ventils 21 in
der Anordnung 10 ist in 9 dargestellt,
wobei es sich von selbst versteht, dass die beiden anderen Ventile 22 und 23 mit
dem ersten identisch sind. Das erste elektrohydraulische Ventil 21 hat
einen Ventilkörper 60,
welcher sich passend in den Motorverteiler 25 einfügt, wenn
die Ventilanordnung 10 an dem Motor montiert wird. Dieses
Ventil 21 hat eine Längsbohrung 62,
die sich durch einen Ventilkörper 60 hindurch
erstreckt. Ein Einlass 64 der Bohrung 62 an der
Ventilnase öffnet
sich in eine Zuführgalerie 65 des
Motorverteilers, durch die hindurch unter Druck stehendes Schmieröl fließt, und ein
quer angeordneter Auslass 66 bildet einen Weg zwischen
der Bohrung und einer Rückführgalerie 67 in
dem Motorverteiler, welcher zur Ölwanne
führt. Zwischen
dem Einlass 64 und dem Auslass 66 entlang dem
Ventilkörper 60 ist
ein Arbeitsport 68 vorgesehen, welcher einen Weg zwischen
der Bohrung und einer Verteilergalerie 69 bildet, welcher
zu dem Zylinderventilaktuator führt.
Mehrere Dichtringe erstrecken sich außen um den Ventilkörper 60 herum, welche
sich an Innenwände
des Motorverteilers 25 anlegen.
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Ein
ringförmiger
Stopfen 70 ist in der Öffnung der
Bohrung 62 befestigt, und er bildet den Ventileinlass 64.
Ein erster Ventilsitz 74 ist in der Bohrung zwischen dem
Ventileinlass 64 und dem Arbeitsport 68 ausgebildet.
Ein erstes Ventilelement 76 in der Form einer Kugel ist
in einer Kammer 72 der Bohrung 62 gefangen, die
zwischen dem Stopfen 70 und einem ersten Ventilsitz 74 angeordnet
ist. Das erste Ventilelement 76 ist mechanisch nicht vorgespannt
und in der Lage, sich frei in der Kammer 72 in Abhängigkeit vom
Fluiddruck zu bewegen. Ein zweiter Ventilsitz 78 ist in
der Bohrung 62 zwischen dem Arbeitsport 68 und
dem Auslass 66 angeordnet.
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Ein
zweites Ventilelement 80 in der Form eines Ventilkegels
ist innerhalb der Bohrung 62 des Ventilkörpers 60 verschiebbar
aufgenommen, und es legt sich wahlweise an den zweiten Ventilsitz 78 an, um
einen Fluidstrom zwischen dem Arbeitsport 68 und dem Auslass 66 zu
steuern. Eine Feder 85 spannt das zweite Ventilelement 80 in
einer Richtung fort von dem zweiten Ventilsitz 78 vor.
Ein Stößel 82 steht
von dem zweiten Ventilelement 80 zu dem ersten Ventilelement
hin ab. Das zweite Ventilelement 80 ist an einem Anker 86 eines
Solenoidaktuators 84 angebracht und wird durch diesen betätigt. Das
zweite Ventilelement 80, der Stößel 82 und der Anker 86 sind
vorzugsweise aus einem Stück
hergestellt.
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Der
Solenoidaktuator 84 umfasst auch eine elektromagnetische
Spule 88, die auf einen Spulenkern 90 gewickelt
ist, welcher eine zentrale Öffnung aufweist,
durch die hindurch sich der Anker 86 erstreckt. Ein Paar
Anschlüsse 91 für die elektromagnetische
Spule 88 erstrecken sich horizontal nach außen (siehe
auch 1), und sie sind durch Widerstandsschweißen mit
den Anschlüssen 46 und 47 an dem
Leitungsrahmen 30 befestigt. Die elektromagnetische Spule 88 und
der Spulenkern 90 sind innerhalb der metallischen Kappe 26 aufgenommen,
die ein offenes Ende hat, das durch ein Magnetpolteil 94 und den
Ventilkörper 60,
welcher an der Kappe befestigt ist, verschlossen ist. Das Magnetpolteil 94 hat
einen ringförmigen
Absatz 95, welcher passend in die Öffnung der Bohrung 62 an
dem inneren Ende des Ventilkörpers 60 eingreift.
Dieser ringförmige
Absatz 95 unterstützt
eine Ausrichtung des Solenoidaktuators 84 mit dem Körper 60 während des
Zusammenbaus des Ventils 21.
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Die
Kappe 26 hat eine Entlüftungsöffnung 96,
durch die hindurch Öl,
welches über
den Anker hinweg sickert, aus der Kappe in den Motor entweicht.
Typischerweise ist die Ventilanordnung 10 unterhalb des
Motorventildeckels angeordnet, so dass das entweichende Schmieröl angehalten
ist, durch den Motor und in die Ölwanne
zu fließen.
Die metallische Ventilkappe 26 hat eine Zunge 98,
welche sich von einer Seite aus erstreckt und um den Leitungsrahmen 30 herum
gebogen ist, um diese Komponenten miteinander zu verbinden.
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9 stellt
das erste elektrohydraulische Ventil 21 in einem bestromten
Zustand dar, in welchem ein elektrischer Strom der elektromagnetischen
Spule 88 des Solenoidaktuators 84 zugeführt wird.
Dies erzeugt ein magnetisches Feld, welches den Anker 86 weiter
in den Ventilkörper 60 hinein treibt.
Diese Bewegung drückt
das zweite Ventilelement 80 gegen den ersten Ventilsitz 78,
wodurch ein Fluidweg zwischen dem Arbeitsport 68 und dem
Auslass 66 geschlossen wird. Die Bewegung des Ankers 86 bewirkt
auch, dass der Stößel 82 das
erste Ventilelement 76 von dem ersten Ventilsitz 74 fort
drückt, was
einen Weg zwischen dem Einlass 64 und dem Arbeitsport 68 öffnet. In
diesem Zustand des ersten elektrohydraulischen Ventils 21 wird
unter Druck stehendes Schmieröl
durch den Arbeitsport 68 dem Zylinderventilaktuator zugeführt, und
es deaktiviert das Motorzylinderventil.
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Wenn
der elektrische Strom zu der elektromagnetischen Spule 88 unterbrochen
wird, dann drückt
die Feder 85 und ein hydraulischer Druck das zweite Ventilelement 80 aus
der Anlage an dem zweiten Ventilsitz 78 fort. Als Ergebnis
wird ein Fluidweg zwischen dem Arbeitsport 68 und dem Auslass 66 geöffnet. Diese
Bewegung bewegt auch den Stößel 82 von
dem ersten Ventilelement 76 fort, wodurch es ermöglich wird,
dass der Druck an dem Einlass 64 das erste Ventilelement
in Anlage an dem ersten Ventilsitz 74 bewegt und so den
Weg zwischen dem Einlass 64 und dem Arbeitsport 68 schließt. Diese Position
des ersten elektrohydraulischen Ventils 21 hebt den zuvor
an den Zylinderventilaktuator angelegten Druck auf und aktiviert
den zugeordneten Motorzylinder.
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Wenn
der Motor abgestellt wird, dann wird der Strom zum ersten elektrohydraulischen
Ventil 21 unterbrochen. Die Kraft der Feder 85 bewegt
das zweite Ventilelement 80 von dem zweiten Ventilsitz 78 fort,
und den Stößel 82 von
dem ersten Ventilelement 76 fort, wodurch jeder Fluiddruck
an dem Arbeitsport 68 aufgehoben wird. Zu Anfang hält der Druck
an dem Ventileinlass 64 das erste Ventilelement 76 gegen
den ersten Ventilsitz 74. Schließlich fällt der Einlassdruck auf den
atmosphärischen Druckpegel
ab. Wenn dieser Druckausgleich ein tritt, dann fällt das erste Ventilelement 76 infolge
der Schwerkraft von dem ersten Ventilsitz 74 ab, und Schmieröl in den
Kanälen
des Motors fließt
in die Ölwanne
ab. Dadurch wird Luft in das erste elektrohydraulische Ventil 21 und
die Galerien des Motorverteilers eingeführt.
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Wenn
der Motor wieder gestartet wird, dann wird die Luft innerhalb der
Verteilerzuführgalerie durch
Schmieröl
von der jetzt arbeitenden Ölpumpe des
Motors zu dem Ventileinlass 64 gedrückt. Anfangs sind alle Motorzylinder
aktiv, wobei das erste elektrohydraulische Ventil 21 ohne
Stromzufuhr ist, so dass das zweite Ventilelement 80 von
dem zweiten Ventilsitz 78 abgehoben ist, und der Stößel 82 außer Eingriff
mit dem ersten Ventilelement 76 ist. Allerdings ist die
relativ niedrige Viskosität
der durch den Einlass 64 strömenden Luft nicht ausreichend,
um einen Druckunterschied zu erzeugen, der groß genug ist, um das kugelförmige erste
Ventilelement 76 vollständig
nach oben gegen den ersten Ventilsitz 74 zu bewegen. Als
Folge davon entweicht die Luft vom Einlass 64 durch den
zweiten Ventilsitz 78 und in den Auslass 66, von
wo die Luft zu einer Kammer unterhalb des Motorventildeckels strömt. Einiges
Schmieröl
fließt über den
ersten Ventilsitz 74 und verdrängt Luft in der mit dem Arbeitsport 68 verbundenen
Galerie. Schließlich
wird die gesamte Luft von der Zuführgalerie durch den Einlass 64 gedrückt, und
das viskosere Schmieröl
erzeugt einen signifikant großen Druckunterschied,
welcher genügend
Kraft aufbringt, um das erste Ventilelement 76 gegen den
ersten Ventilsitz 74 zu drücken. Auf diese Weise wird
Luft automatisch aus dem hydraulischen System abgelassen. Deshalb
umfasst das vorliegende elektrohydraulische Ventil einen Mechanismus,
welcher automatisch Luft aus dem hydraulischen System ablässt, um
die Motorzylinder zu aktivieren und zu deaktivieren.
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10 stellt
eine zweite Ausgestaltung eines elektrohydraulischen Ventils 100 gemäß der vorliegenden
Erfindung dar, welches einen Ventilkörper 101 mit einer
Längsbohrung 102 hat,
die sich durch diesen hindurch erstreckt. Der Ventilkörper 101 hat einen
Einlass 104 an einem freiliegenden Ende der Bohrung 102,
einen querverlaufenden Auslass 106 und einen querverlaufenden
Arbeitsport 108 zwischen dem Einlass und dem Auslass. Ein
erster Ventilsitz 110 ist an einem rohrförmigen Element 111 ausgebildet,
welches innerhalb der Bohrung zwischen dem Ventileinlass 104 und
dem Arbeitsport 108 verschiebbar aufgenommen ist. Ein zweiter
Ventilsitz 114 ist in der Bohrung 102 zwischen
dem Arbeitsport 108 und dem Auslass 106 ausgebildet.
Ein kugelförmiges
Ventilelement 112 ist in der Bohrung 102 gefangen,
und es legt sich wahlweise jeweils an einen, d. h. an den ersten
Ventilsitz 110 bzw. an den zweiten Ventilsitz 114,
an.
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Das
kugelförmige
Ventilelement 112 wird durch einen Stößel 120 betätigt, welcher
von einem Anker 118 absteht, welcher Teil des Solenoidaktuators 122 ist.
Der Anker 118 ist zu einer Anlage an dem kugelförmigen Ventilelement 112 durch
eine Feder 126 vorgespannt, und er wird von dem kugelförmigen Ventilelement
durch das magnetische Feld fort gedrückt, das von einer elektromagnetischen
Spule 124 erzeugt wird. Das erste Magnetpolteil 128 ist
innerhalb einer metallischen Kappe 130 des Solenoidaktuators 122 befestigt,
und erstreckt sich in die elektromagnetische Spule 124.
Sowohl das erste Magnetpolteil 128 als auch die Kappe 130 haben
eine Öffnung 132 bzw. 134,
um zu ermöglichen,
dass Öl,
welches über
die Armatur 118 sickert, aus dem Ventil 100 entweichen
kann. Die metallische Kappe 130 hat ein offenes Ende, welches
durch ein zweites ringförmiges
Magnetpolteil 136 und den Ventilkörper 101 verschlossen
wird, an welchem die Kappe befestigt ist.
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Die
metallische Kappe 130 des Solenoidaktuators 122 hat
eine Zunge 140, welche sich von einer Seite aus erstreckt,
und um den Leitungsrahmen 30 herum gebogen ist. Elektrische
Anschlüsse 142 der
elektromagnetischen Spule 124 sind mittels Widerstandsschweißung mit
Anschlüssen
des Leitungsrahmens 30 verbunden, wodurch das Ventil 100 mit
dem Motorcomputer elektrisch verbunden wird.
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In
dem stromlosen Zustand des elektrohydraulischen Ventils 100 ist
die Kraft der Feder 126 größer als die durch den Druck
an dem Einlass 102 aufgebrachte Kraft. Deshalb wird der
Anker 118 in den Zeichnungen nach unten bewegt, wobei der
Stößel 120 das
kugelförmige
Ventilelement 112 gegen den ersten Ventilsitz 110 drückt, was
wiederum das rohrförmige
Element 111 gegen Anschläge bei dem Einlass 104 verschiebt.
In diesem Zustand blockiert das kugelförmige Ventilelement 112,
welches an den ersten Ventilsitz 110 anstößt, wirksam
einen Ölstrom
von dem Einlass 104. Allerdings kann Öl von dem Arbeitsport 108 über den
Stößel 120 und
den Anker 118 zu dem Auslass 106 strömen. Deshalb
wird an dem Arbeitsport 108 der Druck aufgehoben, was den
Zylinderventilaktuator veranlasst, den Motorzylinder zu aktivieren.
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Wenn
der Motor abgestellt wird, dann kommt der Druck in dem hydraulischen
System bei dem atmosphärischen
Druckpegel ins Gleichgewicht. Wenn das auftritt, dann bewirkt die
Schwerkraft, dass das rohrförmige
Element 111 und das kugelförmige Ventilelement 112 gegen
Anschläge
bei dem Einlass 104 fallen. Wenn der Motor wieder angelassen
wird, dann fließt
Luft in dem Ventilhydrauliksystem in den Ventileinlass 104 und
durch einen schmalen Spalt zwischen der äußeren Oberfläche des
rohrförmigen
Elementes 111 und der Bohrung 102. Dieser Luftstrom setzt
sich bis zu dem Ventilauslass 106 fort, von wo sie aus
dem System ausgestoßen
wird. Die relativ nied rige Viskosität der Luft erzeugt keinen Druckunterschied,
der groß genug
ist, eine signifikante Kraft aufzubringen, um das rohrförmige Element 111 von dem
Einlass 104 fort zu bewegen. Wenn Schmieröl, welches
eine größere Viskosität als Luft
hat, den Einlass 104 erreicht, dann wird das rohrförmige Element 111 nach
oben gegen eine Lippe 116 in der Bohrung 102 gedrückt, welche
den Spalt zwischen dem rohrförmigen
Element und der Bohrung abdichtet. Die Kraft des unter Druck stehenden Öls, die
jetzt über das
rohrförmige
Element 111 auf die Oberfläche des kugelförmigen Ventilelementes 112 aufgebracht
wird, welches diesem in der zentralen Öffnung eingesetzt ist, ist
nicht ausreichend, die Federkraft aufzuheben und das Ventilelement
von dem ersten Ventilsitz 110 abzuheben.
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Wenn
das elektrohydraulische Ventil 100 bestromt wird, dann
zieht das von der elektromagnetischen Spule 124 erzeugte
magnetische Feld den Anker gegen die Kraft der Feder 126 nach
oben. Diese Aktion bewegt den Stößel 120 von
dem kugelförmigen
Ventilelement 112 fort, welches sodann durch den Einlass-Öldruck von dem ersten Ventilsitz 110 fort
und gegen den zweiten Ventilsitz 114 gedrückt wird.
In diesem Zustand fließt
unter Druck stehendes Schmieröl
von dem Einlass 104 durch den Arbeitsport 108,
um das Motorzylinderventil zu deaktivieren. Das kugelförmige Ventilelement 112,
welches an den zweiten Ventilsitz 114 stößt, verhindert,
dass Öl zu
dem Auslass 106 strömt.
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Herstellung
der Ventilanordnung
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Bevor
jedes der elektrohydraulischen Ventile 21 bis 23 auf
der Basisplatte 12 montiert wird, hat die Zunge 98 der
metallischen Ventilkappe 26 eine große obere Öffnung. Die Ventilanordnung 10 wird
gebaut, indem man die drei elektrohydraulischen Ventile 21 bis 23 aufwärts in die
jeweiligen Öffnungen 14 bis 16 in
der Basisplatte 12 einsetzt, bis die Lappen 28 an der
Unterseite der Basisplatte anstoßen. Die relativ große Abmessung
der Öffnungen 14 bis 16 ermöglichen
es den Ventilen 21 bis 23, sich entlang den beiden
orthogonalen. Achsen der Ebene der Basisplatte 12 zu bewegen.
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Als
nächstes
wird der flexible Riegel 34 des Elektroleitungsrahmens 30 zwischen
den Hauptteil der Kappe 26 eines jeden Ventils und die
Zunge 98 eingesetzt. Wenn das erfolgt, dann tritt der Stift 38 an dem
Leitungsrahmenfuß 31 in
die Öffnung 39 in
der Basisplatte 12 ein. Die Spitzen der Zungen 98 werden
sodann über
die obere Kante des flexiblen Riegels 34 gebogen, um die
drei elektrohydraulischen Ventile 21 bis 23 an
dem Elektroleitungsrahmen 30 zu sichern. An diesem Punkt
sind die elektrohydraulischen Ventile 21 bis 23 in
der Anordnung durch die Verbindung mit dem Leitungsrahmen 30 und
die nach außen
vorstehenden Ventillappen 28 gefangen, wodurch die Ventilanordnung 10 zusammengehalten wird,
bevor sie an dem Motor angebracht wird.
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Wenn
die Ventilanordnung an dem Motorverteiler 25 montiert wird,
dann werden die Körper 60 der
drei elektrohydraulischen Ventile 21 bis 23 in
getrennte Öffnungen
in dem Verteiler eingesetzt. Der Stift 38 am Anschlusspfosten 32 des
Leitungsrahmens, welcher durch die Basisplatte 12 hindurchragt, tritt
in eine Positionieröffnung
in dem Verteiler ein und positioniert die Basisplatte. Bolzen 148 werden
durch Öffnungen 150 in
der Basisplatte 12 hindurch- und in Gewindelöcher in
dem Verteiler 25 eingeführt.
Wenn die Bolzen 148 angezogen werden, dann werden die elektrohydraulischen
Ventile weiter in die Verteileröffnungen
gedrückt.
Der lose Eingriff der Ventile in der Basisplatte 12 ermöglicht es
jedem Ventil, sich gegenüber
der Basisplatte zu bewegen und sich korrekt in die jeweilige Öffnung einzufügen. Der
frei abste hende Riegel 34 des Leitungsrahmens 30 biegt
sich und ermöglicht
es jedem Ventil 21 bis 23, sich in einem Bogen
gegenüber
dem Anschlusspfosten 32 zu bewegen und dadurch die Position
der Ventile hinsichtlich der Abmessungsungenauigkeiten zwischen den
Ventilöffnungen
und den Bolzenlöchern
in dem Verteiler zu justieren. Wenn die Bolzen vollständig angezogen
sind, dann werden die Lappen 28 an den elektrohydraulischen
Ventilen 21 bis 23 zwischen der Basisplatte 12 und
dem Verteiler 25 geklemmt, um eine weitere Bewegung der
Ventile zu verhindern, die dadurch in ihrer Position gesichert sind.
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Weiter
werden durch den Motorbetrieb erzeugte Schwingungen durch den Leitungsrahmen 30,
der sich entlang seiner Länge
biegt, absorbiert, und sie werden nicht an den elektrischen Verbindungen
zwischen den Ventilen und dem Leitungsrahmen konzentriert. Diese
Verteilung der Schwingungsbewegung reduziert eine Ermüdung in
signifikanter Weise, die andernfalls bei diesen Verbindungen auftreten
würde.
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Die
vorstehende Beschreibung war vorwiegend auf eine bevorzugte Ausgestaltung
der vorliegenden Erfindung gerichtet. Wenn auch einige Aufmerksamkeit
verschiedenen Alternativen innerhalb des Umfanges der Erfindung
geschenkt wurde, so wird doch unterstellt, dass ein auf diesem Gebiet
bewanderter Fachmann zusätzliche
Alternativen realisieren wird, die jetzt aus der Offenbarung von
Ausgestaltungen der Erfindung offensichtlich sind. Demzufolge sollte
der Umfang der Erfindung aus den nachfolgenden Ansprüchen bestimmt
und nicht durch die oben stehende Offenbarung beschränkt werden.
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Zusammenfassend
steuert ein elektrisch betriebenes Ventil den Ölstrom zu und von einer Vorrichtung,
die einen Zylinder eines Mehrzylindermotors aktiviert und deaktiviert.
Ein erster Ventilsitz liegt zwischen einem Einlass und einem mit
der Vorrichtung verbundenen Arbeitsport, und ein zweiter Ventilsitz
liegt zwischen dem Arbeitsport und einem Auslass. Ein Ventilelement
legt sich an den ersten Ventilsitz an, wenn ein Solenoidaktuator
bestromt wird. Das Ventilelement und der erste Ventilsitz wirken
zusammen und ermöglichen
es der Luft, beim Starten des Motors von dem Einlass durch das Ventil
zu entweichen, verhindert jedoch, dass Öl in diesen Weg strömt, falls
der Solenoidaktuator nicht bestromt ist. Bei einer Version des Ventils
legt sich das Ventilelement an den zweiten Ventilsitz an, wenn es
von dem ersten Ventilsitz abgehoben wird. In einer zweiten Version
legt sich ein anderes Ventilelement an den zweiten Ventilsitz an,
wenn Öl
durch den ersten Ventilsitz hindurchströmt.