DE102005060681A1

DE102005060681A1 - Selbstreinigende Ventilbaugruppe

Info

Publication number: DE102005060681A1
Application number: DE200510060681
Authority: DE
Inventors: Charles F. Pittsboro Long; Phillip F. Zionsville Mc Cauley; Scott E. Carmel Mundy
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 2004-12-21
Filing date: 2005-12-19
Publication date: 2006-08-10
Anticipated expiration: 2025-12-20
Also published as: DE102005060681B4; US20060131528A1; US7128084B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren und eine Vorrichtung für eine selbstreinigende Ventilbaugruppe bereit. Das Ventil ist derart ausgebildet, dass es sich zyklisch bewegt und dadurch die Ventilbaugruppe in Abhängigkeit von einem oder mehreren vordefinierten Parametern reinigt, die in einen programmierbaren Controller einprogrammiert sind. Das Ventil ist zusätzlich derart ausgebildet, dass es sich zyklisch gemäß einem oder mehreren von einigen unterschiedlichen Verfahren bewegt, von denen es sich gezeigt hat, dass sie die Ventilbaugruppe wirksam reinigen. Auf diese Weise wird die Ventilbaugruppe automatisch gereinigt, wodurch ihre Wirksamkeit verbessert wird.

Description

Diese Erfindung betrifft eine selbstreinigende Ventilbaugruppe.
Da sich über die Zeit Ablagerungen in einer Ventilbaugruppe aufbauen können und dadurch die Ventilreibung erhöhen, ist es erwünscht, eine selbstreinigende Ventilbaugruppe bereitzustellen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die selbstreinigende Ventilbaugruppe der vorliegenden Erfindung in einem Getriebe eingebaut. Es ist jedoch festzustellen, dass die selbstreinigende Ventilbaugruppe genauso gut in jeder beliebigen Anzahl von anderen Vorrichtungen verwendet werden kann.
Die Industrienorm für Ventilbohrungsspiele bei Getriebesteuerungssystemen schreibt ein Durchmesserspiel von 0,020 mm bis 0,058 mm (0,0008" bis 0,0023") vor. Dies lässt eine Gesamttoleranz von 0,013 mm (0,0005") bei dem Ventildurchmesser und 0,025 mm (0,001 ") bei der Ventilbohrung zu. Diese Toleranzen sind eingeführt und es ist schwierig, die Toleranz ohne eine weitaus teurere Verarbeitung der Teile weiter zu vermindern. Es ist beobachtet worden, dass, falls das Filtrationssystem keinen Abrieb oder Schmutz von größer als 0,020 (0,0008") herausfiltert, es eine Wahrscheinlichkeit gibt, dass Ablagerungen ein Festsitzen des Ventils hervorrufen. Typischerweise fangen Kraftfahrzeugfilter Abrieb und Schmutz mit Größen über 0,061 mm (0,0024") ein. Obgleich höhere Filtrationsgrade einen besseren Schutz bereitstellen können, verstopfen derartige Filter zu schnell, um in der Praxis eingesetzt werden zu können.
Ventile sind besonders empfindlich gegenüber Abrieb und Schmutz, der ungefähr die gleiche Größe wie das Ventilspiel aufweist. Einzelne Partikel können sich zwischen dem Ventil und dem Ventilkörper verkeilen, was das Ventil massiv festsitzen lässt. Eine andere Situation kann auftreten, wenn sich Partikel, die kleiner als das Durchmesserspiel sind, zwischen dem Ventil und dem Ventilkörper ansammeln und allmählich die Reibung bis zu dem Punkt erhöhen können, an dem die Hubzeiten verzögert werden oder das Ventil plötzlich festsitzt. Ein starker Aufbau kann bewirken, dass die Reibung die Kraft der Rückstellfeder übersteigt, was bewirkt, dass das Ventil in einer ausgefahrenen Position festsitzt.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung für ein selbstreinigendes Ventil. Genauer ist das Ventil derart ausgebildet, dass es ungeachtet der normalen Betätigung des Ventils automatisch Zyklen zu dem Zweck der Beseitigung von jeglichem Schmutz, Abrieb oder Ablagerungen in Abhängigkeit von einem vordefinierten Parameter oder Auslöser für einen gewünschten Anlagenbetrieb durchläuft.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird das Ventil mehrere Male vollständig ein- und ausgefahren, um die Ventilbaugruppe von jeglichem Schmutz zu befreien. Alternativ kann das Ventil durch ein Zittern mit hoher Frequenz geschüttelt werden, mehrere Male teilweise eingefahren werden, mehrere Male teilweise ausgefahren werden usw.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform beruhen die Häufigkeit und die Dauer der Ventilreinigung auf einem Parameter der Kilometerleistung des Fahrzeugs. Alternativ kann die Häufigkeit und die Dauer der Ventilreinigung auf irgendeiner Anzahl von anderen Parametern beruhen, wie etwa die in einer Gangstufe verbrachte Zeit, die Schaltdichte, die Zeit, die erforderlich ist, um das Ventil auszufahren, usw.
Es ist beobachtet worden, dass das zyklische Bewegen des Ventils gemäß dem hierin beschriebenen Verfahren Ventilablagerungen wirksam beseitigt. Es ist jedoch festzustellen, dass jedes Verfahren, bei dem das Ventil zyklisch bewegt wird, zu diesem Zweck eingesetzt werden kann.
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Zeichnungen beschrieben; in diesen zeigt:
1 eine schematische Querschnittsansicht einer selbstreinigenden Ventilbaugruppe, bei der ein Ventil in einer Bohrung eines Ventilkörpers angeordnet ist, gemäß der vorliegenden Erfindung;
1a eine schematische Querschnittsansicht eines einzelnen großen Partikels, das zwischen dem Ventil und dem Ventilkörper von 1 sitzt;
1 b eine schematische Querschnittsansicht zahlreicher kleiner Partikel, die zwischen dem Ventil und dem Ventilkörper von 1 angeordnet sind;
2 ein Graph, der ein Verfahren der vorliegenden Erfindung darstellt, bei dem das Ventil mehrere Male vollständig ein- und ausgefahren wird;
3 ein Graph, der ein Verfahren der vorliegenden Erfindung darstellt, wobei die selbstreinigende Ventilbaugruppe von 1 durch ein Zittern mit hoher Frequenz geschüttelt wird;
4 ein Graph, der ein Verfahren der vorliegenden Erfindung darstellt, bei dem das Ventil mehrere Male teilweise eingefahren wird;
5 ein Graph ist, der ein Verfahren der vorliegenden Erfindung darstellt, bei dem das Ventil mehrere Male teilweise ausgefahren wird;
6 ein Graph, der ein Verfahren der vorliegenden Erfindung darstellt, bei dem die Reinigungshäufigkeit der selbstreinigenden Ventilbaugruppe von 1 auf einem Parameter einer Kilometerleistung (Mileage) eines Fahrzeugs beruht;
7 ein Graph, der ein Verfahren der vorliegenden Erfindung darstellt, bei dem die Reinigungshäufigkeit der selbstreinigenden Ventilbaugruppe von 1 auf einem Parameter einer in einer Gangstufe verbrachten Zeit beruht;
8 ein Graph, der ein Verfahren der vorliegenden Erfindung darstellt, bei dem die Reinigungshäufigkeit der selbstreinigenden Ventilbaugruppe von 1 auf einem Parameter einer Schaltdichte beruht; und
9 ein Graph, der ein Verfahren der vorliegenden Erfindung darstellt, bei dem die Reinigungshäufigkeit der selbstreinigenden Ventilbaugruppe von 1 auf einem Parameter beruht, der die Zeit widerspiegelt, die erforderlich ist, um das Ventil auszufahren.
In den Zeichnungen, in denen sich gleiche oder ähnliche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche Bauteile beziehen, zeigt 1 eine selbstreinigende Ventilbaugruppe 8, bei der ein Ventil 10 in einer Bohrung 12 eines Ventilkörpers 14 angeordnet ist. Der Ventilkörper 14 umfasst darüber hinaus ein oder mehrere Druckanschlüsse 16 und einen oder mehrere Ausgangsanschlüsse 18. Eine Rückstellfeder 20 steht mit dem Ventil 10 in der Bohrung 12 in Eingriff. Wenn Druck in den Druckanschluss 16 eingeleitet wird, wird das Ventil 10 verschoben, wodurch die Rückstellfeder 20 zusammengedrückt wird, um die Ausgangsanschlüsse 18 zu öffnen. Die Ventilbaugruppe 8 ist vorzugsweise durch einen programmierbaren Controller 22 elektronisch gesteuert, der derart ausgebildet ist, dass er die Fluidströmung in den Druckanschluss 16 regelt und dadurch das Ventil 10 betätigt. Der programmierbare Controller 22 ist darüber hinaus derart ausgebildet, dass er ein Auslösesignal oder Profil erzeugt, das die Häufigkeit und Dauer der Reinigung der Ventilbaugruppe steuert.
Wie es am besten in 1a zu sehen ist, kann sich ein einzelnes großes Partikel 24 zwischen dem Ventil und dem Körper 14 verkeilen. Alternativ können sich, wie es in 1b gezeigt ist, zahlreiche kleinere Partikel 26 zwischen dem Ventil 10 und dem Körper 14 verfangen. Ein Aufbau von Ablagerungen, der aus Partikeln 24 und/oder 26 besteht, erhöht die Ventilreibung, wodurch die Wirksamkeit der Ventilbaugruppe 8 vermindert wird. Die selbstreinigende Ventilbaugruppe 8 ist daher derart ausgebildet, dass sie derartige Ablagerungen automatisch beseitigt, um eine optimale Ventilleistung aufrechtzuerhalten, wie es nachstehend ausführlich beschrieben wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die selbstreinigende Ventilbaugruppe 8 in einem Getriebesystem eingebaut. Es ist jedoch festzustellen, dass das selbstreinigende Ventil genauso gut mit irgendeiner beliebigen Anzahl von anderen Systemen verwendet werden kann. Die 2 bis 5, die nachstehend ausführlich beschrieben werden, zeigen verschiedene bevorzugte Verfahren zum zyklischen Bewegen und dadurch Reinigen der Ventilbaugruppe, es ist jedoch festzustellen, dass jedes Verfahren, bei dem das Ventil zyklisch bewegt wird, zu diesem Zweck eingesetzt werden kann.
2 zeigt ein Verfahren der vorliegenden Erfindung, bei dem das Ventil 10 mehrere Male vollständig ein- und ausgefahren wird, um die Ventilbaugruppe 8 zu reinigen. Genauer ist 2 ein Graph der Ventilstellung über die Zeit, wenn das Ventil 10 vollständig aus der Ein-Stellung in die Aus-Stellung eingefahren und danach vollständig aus der Aus-Stellung in die Ein-Stellung ausgefahren wird. Die Geschwindigkeit und Dauer des Verfahrens von 2 sind gemäß den Notwendigkeiten der besonderen Anwendung vordefiniert und können in den programmierbaren Controller 22 einprogrammiert sein.
3 zeigt ein Verfahren der vorliegenden Erfindung, bei dem das Ventil 10 mit einem Zittern mit hoher Frequenz, das eine Dauer aufweist, die lang genug ist, um die Ventilbaugruppe 8 in einem geringen Ausmaß physikalisch zu bewegen, geschüttelt wird. Genauer ist 3 ein Graph der Ventilstellung über die Zeit, wenn das Ventil 10 schnell zyklisch zwischen einer Ein-Position und einer Zwischen-Ventilposition hin- und herbewegt wird. Die Frequenz des Signals beruht vorzugsweise auf der Eigenfrequenz des Ventils.
4 zeigt ein Verfahren der vorliegenden Erfindung, bei dem das Ventil mehrere Male teilweise eingefahren wird. Genauer ist 4 ein Graph der Ventilstellung über die Zeit, wenn das Ventil 10 zyklisch zwischen einer Ein-Stellung und einer Zwischen-Ventilstellung hin- und herbewegt wird. Die Geschwindigkeit und Dauer des Verfahrens von 4 sind gemäß den Notwendigkeiten einer besonderen Anwendung vordefiniert und können in den programmierbaren Controller 22 einprogrammiert sein.
5 zeigt ein Verfahren der vorliegenden Erfindung, bei dem das Ventil mehrere Male teilweise ausgefahren wird. Genauer ist 5 ein Graph der Ventilstellung über die Zeit, wenn das Ventil 10 zyklisch zwischen der Aus-Stellung und einer Zwischen-Ventilstellung hin- und herbewegt wird. Die Geschwindigkeit und Dauer des Verfahrens von 5 sind gemäß den Notwendigkeiten einer besonderen Anwendung vordefiniert und können in den programmierbaren Controller 22 einprogrammiert sein.
Die Häufigkeit und Dauer der hierin beschriebenen Ventilreinigung sind vorzugsweise in den programmierbaren Controller 22 als Funktion von einem oder mehreren unterschiedlichen Parametern oder Auslösern einprogrammiert. Beispielsweise können derartige Parameter die Kilometerleistung eines Fahrzeugs, die in einer Gangstufe verbrachte Zeit, die Schaltdichte, die Drosselklappe, Geschwindigkeitsänderungen, die Öltemperatur, das Ölalter usw. umfassen. Die 6 – 9 zeigen einige bevorzugte Parameter, die ausgebildet sind, um die Häufigkeit und Dauer der Ventilreinigung zu steuern. Es ist jedoch festzustellen, dass für einen derartigen Zweck jede beliebige Anzahl von alternativen Parametern eingesetzt werden kann.
6 zeigt eine Reinigungshäufigkeit, die auf dem Parameter einer Kilometerleistung (Mileage) eines Fahrzeugs beruht. Genauer ist 6 ein Graph der Reinigungshäufigkeit über die Kilometerleistung eines Fahrzeugs, bei dem die Ventilbaugruppe 8 weniger häufig gereinigt wird, wenn die Kilometerleistung des Fahrzeugs zunimmt. Die in 6 gezeigte Ausführungsform wurde in Reaktion auf die Beobachtung entwickelt, dass der Großteil von festsitzenden Ventilen innerhalb der ersten 8000 km (5000 Meilen) auftritt, wenn das Getriebe eine Kupplungseinbremsperiode durchläuft (in Öl suspendiertes Reibungselementmaterial ist während der Einbremsperiode in höheren Konzentrationen vorhanden).
7 zeigt eine Reinigungshäufigkeit, die auf einem Parameter einer in einer Gangstufe verbrachten Zeit beruht. Genauer ist 7 ein Graph der Reinigungshäufigkeit über die in einer Gangstufe verbrachte Zeit, wobei die Ventilbaugruppe 8 häufiger gereinigt wird, wenn das Ventil 10 über eine längere Zeitdauer in einem vordefinierten Ventilstellungsbereich bleibt. Die in 7 gezeigte Ausführungsform wurde in Reaktion auf die Beobachtung entwickelt, dass es wahrscheinlicher ist, dass Ventile festsitzen oder stecken bleiben, wenn sie über eine längere Zeitdauer in einer einzigen Stellung bleiben. Der Parameter der in einer Gangstufe verbrachten Zeit ist besonders gut dafür angepasst, die Ventilbaugruppe 8 von dem Aufbau zahlreicher feiner Partikel, wie etwa die in 1b gezeigten Partikel 26, zu befreien.
8 zeigt eine Reinigungshäufigkeit, die auf dem Parameter einer Schaltdichte beruht. Genauer ist 8 ein Graph der Reinigungshäufigkeit über die Schaltvorgänge pro Meile, wobei die Ventilbaugruppe 8 weniger häufig gereinigt wird, wenn die Anzahl von Schaltvorgängen pro Meile zunimmt. Der Schaltdichteparameter ist besonders gut dafür ausgebildet, die Ventilbaugruppe 8 von dem Aufbau zahlreicher feiner Partikel, wie etwa die in 1b gezeigten Partikel 26 zu befreien.
9 zeigt eine Reinigungshäufigkeit, die auf einem Parameter beruht, der die Zeit widerspiegelt, um das Ventil 10 auszufahren. Eine Zunahme der Ventilreibung aufgrund von Ablagerungen verringert die Wirksamkeit und kann die Ventilausfahrzeit erhöhen. Wenn die gemessene Ventilausfahrzeit eine optimale Ventilausfahrzeit um einen vorbestimmten Betrag übersteigt, kann daher eine Zunahme der Ventilreinigungshäufigkeit ausgelöst werden. In einer alternativen Ausführungsform kann die Zeit, die erforderlich ist, um das Ventil 10 einzufahren, mit der optimalen Ventileinfahrzeit verglichen werden, um eine Zunahme der Ventilreinigungshäufigkeit auszulösen.
Zusammengefasst stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung für eine selbstreinigende Ventilbaugruppe bereit. Das Ventil ist derart ausgebildet, dass es sich zyklisch bewegt und dadurch die Ventilbaugruppe in Abhängigkeit von einem oder mehreren vordefinierten Parametern reinigt, die in einen programmierbaren Controller einprogrammiert sind. Das Ventil ist zusätzlich derart ausgebildet, dass es sich zyklisch gemäß einem oder mehreren von einigen unterschiedlichen Verfahren bewegt, von denen es sich gezeigt hat, dass sie die Ventilbaugruppe wirksam reinigen. Auf diese Weise wird die Ventilbaugruppe automatisch gereinigt, wodurch ihre Wirksamkeit verbessert wird.

Claims

Verfahren zum Reinigen einer Ventilbaugruppe, die wirksam mit einer Anlage zur Beeinflussung des Anlagenbetriebs verbunden ist, wobei das Verfahren umfasst, dass: eine Ventilbaugruppe bereitgestellt wird, die einen hohlen Ventilkörper, in der eine Ventilbohrung ausgebildet ist, und ein Ventil umfasst, das in der Ventilbohrung angeordnet ist und in Abhängigkeit von einem gewünschten Anlagenbetrieb normal betätigt werden kann, ein Auslösesignal in Abhängigkeit von einer vordefinierten Bedingung erzeugt wird, und dass das Ventil ungeachtet der normalen Betätigung des Ventils in Abhängigkeit von dem Auslösesignal betätigt wird, um jegliche Ablagerungen in der Ventilbaugruppe für einen gewünschten Anlagenbetrieb zu beseitigen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigen des Ventils in der Bohrung umfasst, dass das Ventil mehrere Male vollständig aus- und eingefahren wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigen des Ventils in der Ventilbohrung umfasst, dass das Ventil mit einem Zittern mit hoher Frequenz geschüttelt wird, das eine Dauer aufweist, die lang genug ist, um das Ventil in einem geringen Umfang physikalisch zu bewegen.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Zittern mit hoher Frequenz auf der Eigenfrequenz des Ventils beruht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigen des Ventils in der Ventilbohrung umfasst, dass das Ventil teilweise eingefahren wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigen des Ventils in der Ventilbohrung umfasst, dass das Ventil teilweise ausgefahren wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vordefinierte Bedingung auf der Kilometerleistung des Fahrzeugs beruht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vordefinierte Bedingung auf einer in einer Gangstufe verbrachten Zeit beruht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vordefinierte Bedingung auf einem Parameter einer Schaltdichte beruht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vordefinierte Bedingung auf der Zeit, die erforderlich ist, um das Ventil auszufahren, beruht.
Selbstreinigende Ventilbaugruppe, die wirksam mit einer Anlage zum Beeinflussen des Anlagengetriebes verbunden ist, wobei die Ventilbaugruppe umfasst: einen hohlen Ventilkörper, in dem eine Ventilbohrung ausgebildet ist, ein Ventil, das in der Ventilbohrung des Ventilkörpers angeordnet ist und in Abhängigkeit von einem gewünschten Anlagenbetrieb normal betätigt werden kann, und einen programmierbaren Controller, der selektiv betreibbar ist, um ein Auslösesignal in Abhängigkeit von einer vordefinierten Bedingung zu erzeugen, wobei der programmierbare Controller darüber hinaus betreibbar ist, um das Ventil ungeachtet der normalen Betätigung des Ventils zur Selbstreinigung in Abhängigkeit von dem Auslösesignal für einen gewünschten Anlagenbetrieb zu betätigen.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der programmierbare Controller derart ausgebildet ist, dass er das Ventil betätigt, indem das Ventil mehrere Male vollständig ein- und ausgefahren wird.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der programmierbare Controller derart ausgebildet ist, dass er das Ventil mit einem Zittern mit hoher Frequenz betätigt, das eine Dauer aufweist, die lang genug ist, um das Ventil in einem geringen Umfang physikalisch zu bewegen.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Zittern mit hoher Frequenz auf der Eigenfrequenz des Ventils beruht.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der programmierbare Controller derart ausgebildet ist, dass er das Ventil betätigt, indem das Ventil teilweise eingefahren wird.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der programmierbare Controller derart ausgebildet ist, dass er das Ventil betätigt, indem das Ventil teilweise ausgefahren wird.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der programmierbare Controller derart ausgebildet ist, dass er ein Auslösesignal in Abhängigkeit von der Kilometerleistung des Fahrzeugs erzeugt.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der programmierbare Controller derart ausgebildet ist, dass er ein Auslösesignal in Abhängigkeit von einer in einer Gangstufe verbrachten Zeit erzeugt.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der programmierbare Controller derart ausgebildet ist, dass er ein Auslösesignal in Abhängigkeit von einem Parameter einer Schaltdichte erzeugt.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der programmierbare Controller derart ausgebildet ist, dass er ein Auslösesignal in Abhängigkeit von der Zeit erzeugt, die erforderlich ist, um das Ventil auszufahren.