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Hintergrund der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ölpumpe für einen Verbrennungsmotor sowie eine Ablassdruck-Steuervorrichtung für eine derartige Ölpumpe. Die Ölpumpe ist beispielsweise so eingerichtet, dass sie gleitenden und anderen Teilen des Verbrennungsmotors, der in einem Kraftfahrzeug installiert ist, Öl zuführt.
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Die internationale Veröffentlichung Nr.
WO 2012/100344 A1 offenbart eine Ablassdruck-Steuervorrichtung für eine Ölpumpe für einen Verbrennungsmotor, wobei die Ablassdruck-Steuervorrichtung so eingerichtet ist, dass sie einen Pumpen-Austrittsdruck durch Ablassen auf einen geeigneten Pegel steuert, wenn der Pumpen-Austrittsdruck zu hoch wird, beispielsweise, wenn die Ölpumpe mit hoher Geschwindigkeit arbeitet. Diese Ablassdruck-Steuervorrichtung enthält ein Ablassventil und ein Vorsteuerventil. Das Ablassventil ist so eingerichtet, dass es den von der Ölpumpe ausgegebenen Austrittsdruck steuert. Das Vorsteuerventil ist so eingerichtet, dass es einen Innendruck einer Gegendruck-Kammer des Ablassventils über ein Richtungs-Umschaltventil bei Empfang des Pumpen-Förderdrucks als ein Vorsteuersignal steuert. Das Ablassventil enthält ein Gehäuse, das eine Ventilaufnahme-Kammer enthält, ein Ventilelement, das gleitend in der Ventilaufnahme-Kammer installiert ist, sowie eine Ablass-Feder, die so eingerichtet ist, dass sie das Ventilelement in einer Richtung spannt. Das Vorsteuerventil enthält einen Zuführ-Anschluss zum Zuführen des eingeleiteten Pumpen-Austrittsdrucks zu dem Richtungs-Umschaltventil, sowie einen Ableit-Anschluss zum Ableiten eines von dem Richtungs-Umschaltventil zugeführten Öldrucks zu dem Zuführ-Anschluss. Das Vorsteuerventil ist so eingerichtet, dass es den Ableit-Anschluss in Abhängigkeit von dem Öldruck selektiv öffnet und schließt. Das Richtungs-Umschaltventil ist so eingerichtet, dass es Umschalten zwischen Fluidkanälen in einem An-Aus-Betrieb durchführt, indem es ein Ventilelement nach vorn oder nach hinten verschiebt, um zwei unterschiedliche Pegel des Ablassdrucks zu erzielen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Bei der in der internationalen Anmeldungsveröffentlichung
WO 2012/100344 offenbarten Ablassdruck-Steuervorrichtung kann das folgende Problem auftreten. In dem Richtungs-Umschaltventil werden der von dem Vorsteuerventil eingeleitete Öldruck und der von der Gegendruck-Kammer zurückgeführte Öldruck in entgegengesetzten Richtungen geleitet. Dementsprechend ist es, wenn das Ventilelement ein Kugelelement ist und kein Druck eines Stößels auf das Kugelventil-Element wirkt, möglich, dass das Verhalten des Kugelventil-Elementes instabil wird, so dass der Durchlass zwischen dem Zuführ-Anschluss und dem Ableit-Anschluss nicht ordnungsgemäß geöffnet und geschlossen werden kann.
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Angesichts dessen ist die Schaffung einer Ölpumpe mit einer Ablassdruck-Steuervorrichtung wünschenswert, mit der ein Ablassdruck bei stabilisiertem Verhalten eines Ventilelementes eines elektromagnetischen Schaltventils selbst dann präzise gesteuert werden kann, wenn das Ventilelement ein Kugelelement ist.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst eine Ölpumpe für einen Verbrennungsmotor ein Ablassventil, das eine Gegendruck-Kammer enthält und so eingerichtet ist, dass es einen Pumpen-Austrittsdruck in Abhängigkeit von einer Druckdifferenz zwischen dem Pumpen-Austrittsdruck und einem Druck der Gegendruck-Kammer reguliert, wobei der Pumpen-Austrittsdruck ein Austrittsdruck der Ölpumpe ist und der Druck der Gegendruck-Kammer ein Öldruck in der Gegendruck-Kammer ist, ein elektromagnetisches Umschaltventil, das einen Ölkanal, einen Ventilsitz-Abschnitt, ein Kugelventil-Element sowie ein bewegliches Element enthält, das so eingerichtet ist, dass es elektromagnetisch bewegt wird und das Kugelventil-Element selektiv in einen Zustand, in dem es auf den Ventilsitz-Abschnitt gepresst wird, sowie in einen Zustand bringt, in dem es nicht auf den Ventilsitz-Abschnitt gepresst wird, um den Ölkanal selektiv zu schließen und zu öffnen, wobei das elektromagnetische Umschaltventil so eingerichtet ist, dass es der Gegendruck-Kammer des Ablassventils selektiv den Pumpen-Austrittsdruck zuführt und die Gegendruck-Kammer des Ablassventils ablässt, indem es den Ölkanal selektiv öffnet und schließt, sowie ein Vorsteuerventil, das dem elektromagnetischen Umschaltventil nachgelagert ist und so eingerichtet ist, dass es beim Empfang des Pumpen-Austrittsdrucks oder/und des Drucks der Gegendruck-Kammer arbeitet, und einen der Gegendruck-Kammer des Ablassventils zugeführten Öldruck steuert. Die Ölpumpe kann so eingerichtet sein, dass das elektromagnetische Umschaltventil so eingerichtet ist, dass es den Druck der Gegendruck-Kammer selektiv steuert, indem es Fluidverbindung zwischen einem Austrittskanal und einem Gegendruck-Kanal durch Betätigen des Kugelventil-Elementes in Abhängigkeit von einem Betriebszustand des Verbrennungsmotors zulässt und verhindert, so, dass der Pumpen-Austrittsdruck auf den Austrittskanal ausgeübt wird, und dass der Gegendruck-Kanal ein Ende enthält, das zu der Gegendruck-Kammer des Ablassventils offen ist. Die Ölpumpe kann so eingerichtet sein, dass das Vorsteuerventil einen Zuführ-Anschluss, der so eingerichtet ist, dass er Zufuhr des Pumpen-Austrittsdrucks von dem Austrittskanal direkt oder über den Gegendruck-Kanal empfängt, einen Austritts-Anschluss, der so eingerichtet ist, dass er den zugeführten Pumpen-Austrittsdruck austreten lässt, und einen Zylinder enthält, wobei der Zuführ-Anschluss ein Ende enthält, das zu dem Zylinder offen ist, und der Austritts-Anschluss ein Ende enthält, das zu dem Zylinder offen ist, ein Vorsteuer-Ventilelement, das gleitend in dem Zylinder installiert ist und einen Endabschnitt enthält, der eine Druckaufnahmefläche enthält, die so eingerichtet ist, dass sie den zugeführten Pumpen-Austrittsdruck aufnimmt, und so eingerichtet ist, dass es eine Öffnungsfläche des Austritts-Anschlusses ändert, indem es entsprechend dem zugeführten Pumpen-Austrittsdruck gleitet, sowie ein Spannelement enthält, das so eingerichtet ist, dass es das Vorsteuer-Ventilelement in einer Richtung zum Schließen des Austritts-Anschlusses spannt. Die Ölpumpe kann so eingerichtet sein, dass das Vorsteuerventil so eingerichtet ist, dass es eine Querschnittsfläche der Fluidverbindung zwischen dem Zuführ-Anschluss und dem Austritts-Anschluss durch Verschieben des Vorsteuer-Ventilelementes ändert. Die Ölpumpe kann so eingerichtet sein, dass das Vorsteuerventil so eingerichtet ist, dass es eine Querschnittsfläche der Fluidverbindung zwischen dem Gegendruck-Kanal und dem Austritts-Anschluss durch Verschieben des Vorsteuer-Ventilelementes ändert. Die Ölpumpe kann des Weiteren einen Ölfilter umfassen, der in einem Austrittskanal und dem Ablassventil sowie dem elektromagnetischen Umschaltventil vorgelagert angeordnet ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst eine Ablassdruck-Steuervorrichtung für eine Ölpumpe ein Ablassventil, das eine Ventilaufnahme-Kammer enthält, wobei ein Einleit-Anschluss ein Ende enthält, das zu der Ventilaufnahme-Kammer offen ist, ein Ableit-Anschluss ein Ende enthält, das zu der Ventilaufnahme-Kammer offen ist, der Einleit-Anschluss so eingerichtet ist, dass er einen Pumpen-Austrittsdruck über einen Austrittskanal einleitet, und der Pumpen-Austrittsdruck ein Austrittsdruck der Ölpumpe ist und der Ableit-Anschluss zum Ableiten des eingeleiteten Pumpen-Austrittsdrucks eingerichtet ist, ein Ablassventil-Element, das gleitend in der Ventilaufnahme-Kammer installiert ist und eine Seite eines ersten Endes enthält, die so eingerichtet ist, dass sie den Pumpen-Austrittsdruck über den Einleit-Anschluss aufnimmt, und das so eingerichtet ist, dass es eine Öffnungsfläche des Ableit-Anschlusses durch Verschiebung entsprechend dem empfangenen Pumpen-Austrittsdruck ändert, ein Spannelement, das so eingerichtet ist, dass es das Ablassventil-Element in einer Richtung zum Schließen des Ableit-Anschlusses spannt, eine Gegendruck-Kammer, die in der Ventilaufnahme-Kammer an einer Seite eines zweiten Endes des Ablassventil-Elementes ausgebildet ist, sowie einen Gegendruck-Kanal, der ein Ende enthält, das zu der Gegendruck-Kammer offen ist, ein elektromagnetisches Umschaltventil, das hydraulisch mit dem Austrittskanal und dem Gegendruckkanal verbunden ist, wobei das elektromagnetische Umschaltventil ein Loch mit offenem Ende, das so eingerichtet ist, dass es Zufuhr des Pumpen-Austrittsdrucks von dem Austrittskanal empfängt, ein Gegendruck-Loch, das so eingerichtet ist, dass es den Pumpen-Austrittsdruck von dem Loch mit offenem Ende dem Gegendruck-Kanal zuführt, ein Kugelventil-Element, das so eingerichtet ist, dass es das Loch mit offenem Ende selektiv öffnet und schließt, und einen Elektromagneten enthält, der so eingerichtet ist, dass er das Kugelventil-Element betätigt, sowie ein Vorsteuerventil, das hydraulisch mit dem elektromagnetischen Umschaltventil und der Gegendruck-Kammer des Ablassventils verbunden und so eingerichtet ist, dass es bei Empfang des Pumpen-Austrittsdrucks oder/und eines Drucks der Gegendruck-Kammer arbeitet, wobei der Druck der Gegendruck-Kammer ein Öldruck in der Gegendruck-Kammer des Ablassventils ist, und es einen der Gegendruck-Kammer des Ablassventils zugeführten Öldruck steuert. Die Ablassdruck-Steuervorrichtung kann so eingerichtet sein, dass das elektromagnetische Umschaltventil so eingerichtet ist, dass es den Druck der Gegendruck-Kammer steuert, indem es selektiv Fluidverbindung zwischen dem Austrittskanal und dem Gegendruck-Loch durch Betätigen des Kugelventil-Elementes in Abhängigkeit von einem Betriebszustand eines Verbrennungsmotors zulässt oder verhindert. Die Ablassdruck-Steuervorrichtung kann so eingerichtet sein, dass das Vorsteuerventil einen Zuführ-Anschluss, der so eingerichtet ist, dass er Zufuhr des Pumpen-Austrittsdrucks von dem Austrittskanal direkt oder über den Gegendruck-Kanal empfängt, einen Austritts-Anschluss, der so eingerichtet ist, dass er den zugeführten Pumpen-Austrittsdruck austreten lässt, und einen Zylinder enthält, wobei der Zuführ-Anschluss ein Ende enthält, das zu dem Zylinder offen ist, und der Austritts-Anschluss ein Ende enthält, das zu dem Zylinder offen ist, ein Vorsteuer-Ventilelement, das gleitend in dem Zylinder installiert ist und einen Endabschnitt enthält, der eine Druckaufnahmefläche enthält, die so eingerichtet ist, dass sie den zugeführten Pumpen-Austrittsdruck aufnimmt, und so eingerichtet ist, dass sie eine Öffnungsfläche des Austritts-Anschlusses durch Verschiebung entsprechend dem zugeführten Pumpen-Austrittsdruck ändert, sowie ein Spannelement, das so eingerichtet ist, dass es das Vorsteuer-Ventilelement in einer Richtung zum Schließen des Austritts-Anschlusses spannt. Die Ablassdruck-Steuervorrichtung kann so eingerichtet sein, dass das Vorsteuerventil einen Zuführ-Anschluss, der so eingerichtet ist, dass er Zufuhr des Pumpen-Austrittsdrucks von dem Austrittskanal direkt oder über den Gegendruck-Kanal aufnimmt, einen Abzweig-Anschluss, der hydraulisch mit dem Gegendruck-Kanal verbunden ist, einen Austritts-Anschluss, der so eingerichtet ist, dass er einen von dem Abzweig-Anschluss zugeführten Öldruck austreten lässt, und einen Zylinder enthält, wobei der Zuführ-Anschluss ein Ende enthält, das zu dem Zylinder offen ist, der Abzweig-Anschluss ein Ende enthält, das zu dem Zylinder offen ist, und der Austritts-Anschluss ein Ende enthält das zu dem Zylinder offen ist, ein Vorsteuer-Ventilelement, das gleitend in dem Zylinder installiert ist und einen Endabschnitt enthält, der eine Druckaufnahmefläche enthält, die so eingerichtet ist, dass sie den zugeführten Pumpen-Austrittsdruck aufnimmt, und das so eingerichtet ist, dass es eine Querschnittsfläche der Fluidverbindung zwischen dem Abzweig-Anschluss und dem Austritts-Anschluss durch Verschiebung entsprechend dem zugeführten Pumpen-Austrittsdruck ändert, und ein Spannelement, das so eingerichtet ist, dass es das Vorsteuer-Ventilelement in einer Richtung zum Schließen des Austritts-Anschlusses spannt. Die Ablassdruck-Steuervorrichtung kann so eingerichtet sein, dass das Ablass-Ventilelement eine zylindrische Form hat, die einen Boden, der eine Druckaufnahmefläche enthält, an einem Ende des Ablass-Ventilelementes in Längsrichtung enthält, und auf die Druckaufnahmefläche der eingeleitete Pumpen-Austrittsdruck ausgeübt wird. Die Ablassdruck-Steuervorrichtung kann so eingerichtet sein, dass das Ablass-Ventilelement eine zylindrische Form hat, die einen Boden einschließt, die Ventilaufnahme-Kammer eine zylindrische Form hat, sich das offene Ende des Einleit-Anschlusses an einem Endabschnitt der Ventilaufnahme-Kammer in Längsrichtung befindet und sich das offene Ende des Ableit-Anschlusses sowie das offene Ende des Gegendruck-Kanals an einem Randabschnitt der Ventilaufnahme-Kammer befinden und in einer Längsrichtung der Ventilaufnahme-Kammer angeordnet und so ausgebildet sind, dass sie sich in einer radialen Richtung der Ventilaufnahme-Kammer erstrecken. Die Ablassdruck-Steuervorrichtung kann so eingerichtet sein, dass das Vorsteuerventil einen Zuführ-Anschluss, der so eingerichtet ist, dass er Zufuhr des Pumpen-Austrittsdrucks von dem Austrittskanal direkt oder über den Gegendruck-Kanal aufnimmt, einen Abzweig-Anschluss, der hydraulisch mit dem Gegendruck-Kanal verbunden ist, einen Austritts-Anschluss, der so eingerichtet ist, dass er einen von dem Abzweig-Anschluss zugeführten Öldruck austreten lässt, und einen Zylinder enthält, wobei der Zuführ-Anschluss ein Ende enthält, das zu dem Zylinder offen ist, der Abzweig-Anschluss ein Ende enthält, das zu dem Zylinder offen ist und der Austritts-Anschluss ein Ende enthält, das zu dem Zylinder offen ist, ein Vorsteuer-Ventilelement, das gleitend in dem Zylinder installiert ist, das einen Endabschnitt enthält, der eine Druckaufnahmefläche enthält, die so konfiguriert ist, dass sie den zugeführten Pumpen-Austrittsdruck aufnimmt, und das so eingerichtet ist, dass es eine Querschnittsfläche der Fluidverbindung zwischen dem Abzweig-Anschluss und dem Austritts-Anschluss durch Verschiebung entsprechend dem zugeführten Pumpen-Austrittsdruck ändert, sowie ein Spannelement, das so eingerichtet ist, dass es das Vorsteuer-Ventilelement in einer Richtung zum Schließen des Austritts-Anschlusses spannt, wobei das Vorsteuer-Ventilelement eine zylindrische Form hat, die einen Boden enthält, der Zylinder eine zylindrische Form hat, sich das offene Ende des Zuführ-Anschlusses an einem Endabschnitt des Zylinders in Längsrichtung befindet, und das offene Ende des Austritts-Anschlusses sowie das offene Ende des Abzweig-Anschlusses in einer Längsrichtung des Zylinders angeordnet und so ausgebildet sind, dass sie sich in einer radialen Richtung des Zylinders erstrecken. Die Ablassdruck-Steuervorrichtung kann so eingerichtet sein, dass in dem elektromagnetischen Umschaltventil ein Aufnahmeteil enthalten ist, wobei der Aufnahmeteil an einem vorderen Endabschnitt des elektromagnetischen Umschaltventils angeordnet ist, eine zylindrische Form hat und das Kugelventil-Element beweglich aufnimmt, das Loch mit offenem Ende in einem vorderen Ende des Aufnahmeteils in einer Längsrichtung des elektromagnetischen Umschaltventils ausgebildet ist, das Gegendruck-Loch an einem Randabschnitt des Aufnahmeteils angeordnet ist und sich in einer radialen Richtung des Aufnahmeteils erstreckt, der Elektromagnet einen Stößel enthält, der in den Aufnahmeteil eingeführt ist, und der Stößel so eingerichtet ist, dass er das Kugelventil-Element veranlasst, sich selektiv vorwärts und rückwärts zu bewegen, um das Loch mit offenen Ende selektiv zu öffnen und zu schließen. Die Ablassdruck-Steuervorrichtung kann so eingerichtet sein, dass das elektrische Umschaltventil so eingerichtet ist, dass es das Loch mit offenem Ende beim Ingangsetzen der Ölpumpe mit dem Kugelventil-Element geschlossen hält. Die Ablassdruck-Steuervorrichtung kann so eingerichtet sein, dass Erregung des Elektromagneten des elektromagnetischen Umschaltventils auf Basis von Parametern eines Verbrennungsmotors gesteuert wird und die Parameter eine Öltemperatur, eine Wassertemperatur, eine Drehzahl und eine Last einschließen. Die Ablassdruck-Steuervorrichtung kann so eingerichtet sein, dass das elektromagnetische Umschaltventil ein Ablaufloch enthält, wobei sich das Ablaufloch an einem dem Loch mit offenen Ende gegenüberliegenden Abschnitt des Aufnahmeteils befindet und das Ablaufloch so eingerichtet ist, dass es Fluidverbindung zwischen dem Gegendruck-Kanal und einer Außenseite über das Gegendruck-Loch zulässt, wenn das Loch mit offenen Ende von dem Kugelventil-Element verschlossen wird.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine schematische Darstellung, die ein Ölpumpensystem zeigt, das eine Ölpumpe und eine Ablassdruck-Steuervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält.
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2 ist eine schematische Darstellung, die das Ölpumpensystem in 1 in einem Zustand zeigt, in dem ein elektromagnetisches Umschaltventil erregt ist.
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3 ist eine schematische Darstellung, die das Ölpumpensystem in 1 in einem Zustand zeigt, in dem das elektromagnetische Umschaltventil enterregt ist.
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4 ist eine schematische Darstellung, die das Ölpumpensystem in 1 in einem Zustand zeigt, in dem das elektromagnetische Umschaltventil enterregt gehalten wird.
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5 ist ein Kennlinien-Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem Pumpen-Austrittsdruck und einer Pumpen-Drehzahl (oder Motor-Drehzahl) in dem Ölpumpensystem in 1 zeigt.
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6 ist eine schematische Darstellung, die ein Ölpumpensystem zeigt, das eine Ölpumpe und eine Ablassdruck-Steuervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält.
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7 ist eine schematische Darstellung, die das Ölpumpensystem in 6 in einem Zustand zeigt, in dem ein elektromagnetisches Umschaltventil erregt ist.
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8 ist eine schematische Darstellung, die das Ölpumpensystem in 6 in einem Zustand zeigt, in dem das elektromagnetische Umschaltventil enterregt ist.
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9 ist eine schematische Darstellung, die das Ölpumpensystem in 6 in einem Zustand zeigt, in dem das elektromagnetische Umschaltventil enterregt gehalten wird.
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10 ist ein Kennlinien-Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem Pumpen-Austrittsdruck und einer Pumpen-Drehzahl (oder Motor-Drehzahl) in dem Ölsystem in 6 zeigt.
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Ausführliche Beschreibung der Erfindung
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In jeder vorliegenden Ausführungsform ist eine Ölpumpe als eine Ölpumpe ausgeführt, die als eine Kraftquelle für eine variable Steuervorrichtung (variable timing control device – VTC) dient, mit der Öffnungs- und Schließzeiten von Motorventilen eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeuges geändert werden, oder die dazu dient, gleitenden Teilen des Verbrennungsmotor Schmieröl zuzuführen, insbesondere zueinander gleitenden Teilen jedes Kolbens und der entsprechenden Zylinderbohrung Schmieröl mittels Öleinspritzung zuzuführen, oder dazu dient, Lagern einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors Schmieröl zuzuführen.
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Erste Ausführungsform
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Ein Ölpumpensystem, das eine Ölpumpe 1 vom Drehkolben-Typ und eine Ablassdruck-Steuervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält, enthält, wie in 1 bis 4 gezeigt, ein Ablassventil 3, ein elektromagnetisches Umschaltventil 4 sowie ein Vorsteuerventil 5. Ablassventil 3 ist in einem Abzweig-Kanal 2 angeordnet, der von einem Austrittskanal 1a von Ölpumpe 1 abzweigt, und ist zum Regulieren eines Pumpen-Austrittsdrucks von Ölpumpe 1 eingerichtet. Das elektromagnetische Umschaltventil 4 ist so eingerichtet, dass es so gesteuert wird, dass es selektiv einer Gegendruck-Kammer 10 von Ablassventil 3 den Pumpen-Austrittsdruck zuführt und verhindert, dass der Pumpen-Austrittsdruck der Gegendruck-Kammer 10 zugeführt wird. Vorsteuerventil 5 ist hydraulisch mit Gegendruck-Kammer 10 von Ablassventil 3 und dem elektromagnetischen Umschaltventil 4 verbunden und so eingerichtet, dass es den Pumpen-Austrittsdruck über das elektromagnetische Umschaltventil 4 zuführt und einen Gegendruck-Kammer 10 zugeführten Öldruck steuert.
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Ölpumpe 1 enthält ein Gehäuse, eine Pumpenwelle, einen inneren Rotor und einen äußeren Rotor. Das Gehäuse ist an einem Zylinderblock 01 eines Verbrennungsmotors angebracht. Die Pumpenwelle ist drehbar in das Gehäuse eingeführt und so eingerichtet, dass sie Eingang eines Drehmomentes von einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors empfängt. Der innere Rotor wird an einem Außenumfang der Pumpenwelle mittels Presspassen oder dergleichen befestigt und enthält äußere Zähne vom Trochoid-Typ, wobei die Anzahl der Zähne des äußeren Rotors um 1 größer ist als die des inneren Rotors.
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Ölpumpe 1 ist so eingerichtet, dass sie zulässt, dass die Pumpenwelle mittels Drehantrieb der Kurbelwelle gedreht wird und so Schmieröl aus einer Ölwanne 6 über einen Ansaugkanal 1b und einen inneren Ansaug-Anschluss ansaugt und das Schmieröl über einen inneren Austritts-Anschluss zu Austrittskanal 1a austreten lässt. Das Schmieröl wird dann über eine Haupt-Ölleitung 27 gleitenden Teilen des Verbrennungsmotors und der VTC-Vorrichtung sowie anderen Teilen zugeführt. Ein Ölfilter 28 befindet sich an einem Abschnitt von Haupt-Ölleitung 27 nahe an Austrittskanal 1a.
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Ablassventil 3 enthält eine Ventilaufnahme-Kammer 8, ein Ablassventil-Element 9, eine Gegendruck-Kammer 10 sowie eine Ventilfeder 11. Ventilaufnahme-Kammer 8 ist in einer Verkleidung 7 ausgebildet und hat eine zylindrische Form, deren Öffnung mit einem Stopfen 8a verschlossen ist. Ablassventil-Element 9 ist gleitend in Ventilaufnahme-Kammer 8 installiert. Gegendruck-Kammer 10 ist in einem unteren Teil des Innenraums von Ventilaufnahme-Kammer 8 ausgebildet. Ventilfeder 11 ist in Gegendruck-Kammer 10 installiert und so eingerichtet, dass sie als ein Spannelement dient, das das Ablassventil-Element 9 von Stopfen 8a weg nach oben spannt.
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Ventilaufnahme-Kammer 8 ist mit einem Einleit-Anschluss 12, einem Ablass-Anschluss 13 sowie einem Gegendruck-Anschluss 14 versehen. Einleit-Anschluss 12 befindet sich an einem oberen Endabschnitt von Ventilaufnahme-Kammer 8 und ist hydraulisch mit eines stromab liegenden Ende eines Rückleit-Kanals 2a verbunden, der von Abzweig-Kanal 2 abzweigt. Ablass-Anschluss 13 befindet sich an einem Randabschnitt von Ventilaufnahme-Kammer 8, näher an dem oberen Endabschnitt von Ventilaufnahme-Kammer 8, und ist hydraulisch mit einem stromauf hegenden Ende eines Ablasskanals 1c verbunden, der hydraulisch mit Ansaugkanal 1b verbunden ist. Gegendruck-Anschluss 14 befindet sich an einem unteren Endabschnitt von Ventilaufnahme-Kammer 8 und ist hydraulisch mit Gegendruck-Kammer 10 verbunden.
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Ablassventil-Element 9 hat eine zylindrische Form, die einen Boden enthält. Das heißt, Ablassventil-Element 9 enthält eine obere Wand 9a mit einer Scheibenform. Die obere Wand 9a enthält eine obere Fläche, die eine Druckaufnahmefläche 9b enthält, die so eingerichtet ist, dass sie den Pumpen-Austrittsdruck über den Einleit-Anschluss 12 aufnimmt. Wenn eine Umfangswand 9c von Ablassventil-Element 9 mit einer zylindrischen Form an einer Innenumfangsfläche von Ventilaufnahme-Kammer 8 gleitet, ändert sich die Öffnungsfläche von Ablass-Anschluss 13.
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Ventilfeder 11 ist so eingerichtet, dass sie das Ablassventil-Element 11 mittels einer elastischen Kraft konstant nach oben spannt und damit das Ablassventil-Element 9 in einer Richtung spannt, in der das offene Ende von Ablass-Anschluss 13 durch die Außenumfangsfläche von Umfangswand 9c verschlossen wird.
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Gegendruck-Anschluss 14 weist ein stromauf liegendes Ende auf, das hydraulisch mit einem stromab liegenden Ende von Gegendruck-Kanal 15 verbunden ist, der hydraulisch mit dem elektromagnetischen Umschaltventil 4 verbunden ist, und ist selbst dann konstant zu Gegendruck-Kammer 10 offen, wenn Ablassventil-Element 9 maximal nach unten bewegt wird.
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Das elektromagnetische. Umschaltventil 4 enthält ein Ventilgehäuse 16, einen Elektromagnet-Teil 17 sowie ein Kugelventil-Element 19. Ventilgehäuse 16 hat eine zylindrische Form und ist in ein in Zylinderblock 01 ausgebildetes Ventil-Loch 02 eingeführt und darin befestigt. Elektromagnet-Teil 17 befindet sich an einem hinteren Ende von Ventilgehäuse 16. Kugelventil-Element 19 ist beweglich in einem Ventilaufnahme-Teil 18 installiert, der in Ventilgehäuse 16 und an einem vorderen Ende von Ventilgehäuse 16 ausgebildet ist.
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Ventilgehäuse 16 ist hermetisch abgeschlossen und wird in Ventil-Loch 02 mit einem Dichtungsring 20 gehalten, der auf einen Außenumfang eines hinteren Endabschnitts von Ventilgehäuse 16 aufgepasst und daran befestigt ist. Ventilgehäuse 16 ist mit einem Stangen-Einführloch 21 versehen, das in der Längsrichtung von Ventilgehäuse 16 verläuft, und hat ein vorderes Ende, das dem Ventilaufnahme-Teil 18 zugewandt ist. Der vordere Endabschnitt von Ventilgehäuse 16 ist mit einem Loch 22 mit offenem Ende versehen, das Fluidverbindung zwischen Ventilaufnahme-Teil 18 und Abzweig-Anschluss 2b von Abzweig-Kanal 2 zulässt, und das in der Längsrichtung durch Ventilgehäuse 16 hindurch verläuft. das Loch 22 mit offenem Ende hat eine abgesetzte Form, die einen Abschnitt mit kleinem Durchmesser im Inneren aufweist, und der Rand des Lochs 22 mit offenem Ende dient als ein ringförmiger Sitzabschnitt, der so eingerichtet ist, dass er mit dem Kugelventil-Element 19 in Kontakt ist oder nicht in Kontakt ist.
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Die Umfangswand des vorderen Endabschnitts von Ventilgehäuse 16 ist mit einer Vielzahl von Gegendruck-Löchern 23 versehen, die in der radialen Richtung von Ventilgehäuse 16 verlaufen und Fluidverbindung zwischen Ventilaufnahme-Teil 18 und Gegendruck-Kanal 15 über eine Ringnut 23a zulassen.
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Ventilgehäuse 16 ist mit einer Vielzahl von Ablauflöchern 25 versehen, wobei jedes Ablaufloch 25 in der radialen Richtung von Ventilgehäuse 16 verläuft, und ist über einen röhrenförmigen Kanal 24, der in einem Teil von Stangen-Einführloch 21 ausgebildet ist, hydraulisch mit Ventilaufnahme-Teil 18 verbunden. Jedes Ablaufloch 25 ist über eine Nut 25a hydraulisch mit Ölwanne 6 verbunden.
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Ventilaufnahme-Teil 18 hat eine zylindrische Form mit kleinem Durchmesser und erstreckt sich in der Längsrichtung von Ventilgehäuse 16 und ist so eingerichtet, dass er zulässt, dass sich Kugelventil-Element 19 in Ventilaufnahme-Teil 18 in der Längsrichtung von Ventilaufnahme-Teil 18 bewegt.
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Elektromagnet-Teil 17 enthält eine zylindrische Verkleidung 17a, die eine elektromagnetische Spule, einen festen Außenkern, einen beweglichen Kolben und andere Komponenten aufnimmt. Ein vorderes Ende des beweglichen Kolbens ist an einem hinteren Ende von Stößel 26 befestigt, der ein bewegliches Element ist, das so eingerichtet ist, dass es in Stangen-Einführloch 21 gleitet. Ein vorderes Ende von Stößel 26 wird in der Längsrichtung auf Kugelventil-Element 19 gepresst oder aus dem Presszustand gelöst.
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Wenn die elektromagnetische Spule des elektromagnetischen Umschaltventils 4 von einer nicht dargestellten Steuereinheit erregt (bzw. angeschaltet) wird, wird Stößel 26 durch den beweglichen Kolben veranlasst, sich nach vorn zu bewegen und auf das Kugelventil-Element 19 zu drücken. Dieser Vorgang bewirkt, dass Kugelventil-Element 19 in Druck- bzw. Presskontakt mit dem ringförmigen Sitzabschnitt ist und dadurch das Loch 22 mit offenem Ende geschlossen wird, und lässt gleichzeitig Fluidverbindung zwischen den Gegendruck-Löchern 23 und dem Ablaufloch 25 über den röhrenförmigen Kanal 24 zu.
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Wenn hingegen die Erregung der elektromagnetischen Spule des elektromagnetischen Umschaltventils 4 unterbrochen wird, bewirkt der bewegliche Kolben, dass sich Kugelventil-Element 19 durch eine Rückstellfeder nach hinten bewegt, die in dem beweglichen Kolben installiert ist. Dieser Vorgang bewirkt, dass Kugelventil-Element 19 das Loch 22 mit offenem Ende öffnet und dass gleichzeitig das Ende des röhrenförmigen Kanals 24 durch den Pumpen-Austrittsdruck verschlossen wird, der über das Loch 22 mit offenem Ende eingeleitet wird. Dementsprechend wird Fluidverbindung zwischen dem Loch 22 mit offenem Ende und Gegendruck-Löchern 23 über den Ventilaufnahme-Teil 18 zugelassen, während Fluidverbindung zwischen Ventilaufnahme-Teil 18 und Ablaufloch 25 verhindert wird.
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Die Steuereinheit ist so eingerichtet, dass sie die elektromagnetische Spule des elektromagnetischen Umschaltventils 4 auf Basis eines erfassten Funktionszustandes des Verbrennungsmotors, der Parameter einschließlich einer Öltemperatur, einer Wassertemperatur, einer Motor-Drehzahl, einer Motorlast usw. einschließt, selektiv erregt und enterregt. In dem vorliegenden Beispiel wird die Erregung/Enterregung der elektromagnetischen Spule hauptsächlich auf Basis der Motor-Drehzahl gesteuert.
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Vorsteuerventil 5 hat einen ähnlichen Aufbau wie Ablassventil 3. Das heißt, Vorsteuerventil 5 enthält einen Zylinder 30, ein Vorsteuerventil-Element 31 sowie eine Ventilfeder 32. Zylinder 30 ist in Verkleidung 7 ausgebildet und hat eine zylindrische Form, deren untere Öffnung von einem Stopfen 30a verschlossen wird. Vorsteuerventil-Element 31 ist gleitend in Zylinder 30 installiert. Ventilfeder 32 ist in Zylinder 30 installiert und so eingerichtet, dass sie als ein Spannelement dient, das das Vorsteuerventil-Element 31 von Stopfen 30a weg nach oben spannt.
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Zylinder 30 ist mit einem Zuführ-Anschluss 33, einem Austritts-Anschluss 34 sowie einem Lüftungs-Anschluss 35 versehen. Zuführ-Anschluss 33 befindet sich an einem oberen Endabschnitt von Zylinder 30 und ist hydraulisch mit einem nachgelagerten Ende eines Signal-Kanals 29 verbunden, der von Gegendruck-Kanal 15 abzweigt. Austritts-Anschluss 34 befindet sich an einem Randabschnitt eines oberen Seitenabschnitts von Zylinder 30 und ist hydraulisch mit Ansaugkanal 1b verbunden. Lüftungs-Anschluss 35 befindet sich an einem Randabschnitt eines unteren Seitenabschnitts von Zylinder 30 und ist konstant mit der Außenluft verbunden, um ungehindertes Gleiten von Vorsteuerventil-Element 31 zu gewährleisten. Als Alternative dazu kann Lüftungs-Anschluss 35 in Stopfen 30a ausgebildet sein.
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Vorsteuerventil-Element 31 hat eine zylindrische Form, die einen Boden einschließt. Das heißt Vorsteuerventil-Element 31 enthält eine obere Wand 31a, die eine Scheibenform hat. Die obere Wand 31a enthält eine obere Fläche, die eine Druckaufnahmefläche 31b enthält, die so eingerichtet ist, dass sie Zufuhr des Pumpen-Austrittsdrucks über den Signal-Kanal 29 aufnimmt. Wenn eine Umfangswand 31c von Vorsteuerventil-Element 31 mit einer zylindrischen Form an einer Innenumfangsfläche von Zylinder 30 gleitet, ändert sich die Öffnungsfläche von Austritts-Anschluss 34 (d. h., die Querschnittsfläche der Fluidverbindung zwischen Zufuhr-Anschluss 33 und Austritts-Anschluss 34 ändert sich).
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Ventilfeder 32 ist so eingerichtet, dass sie das Vorsteuerventil-Element 31 mittels einer elastischen Kraft nach oben spannt und so das Vorsteuerventil-Element 31 in einer Richtung spannt, in der die Öffnung von Austritts-Anschluss 34 durch die Außenumfangsfläche von Umfangswand 31c verschlossen wird. Die elastische Kraft von Ventilfeder 32 ist so eingestellt, dass, wenn der Pumpen-Austrittsdruck, der, wie in 5 dargestellt, einem zweiten Öldruck-Wert P2 entspricht über Zuführ-Anschluss 33 auf Vorsteuerventil-Element 31 ausgeübt wird, Vorsteuerventil-Element 31 an eine Position bewegt wird, an der Fluidverbindung zwischen Zuführ-Anschluss 33 und Austritts-Anschluss 34 zugelassen wird.
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Funktion der ersten Ausführungsform
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Im Folgenden wird die Funktion der oben beschriebenen Ölpumpe mit der Ablassdruck-Steuervorrichtung beschrieben. Wenn der Verbrennungsmotor gestartet wird oder mit niedriger Drehzahl arbeitet, wird Ölpumpe 1 von dem Verbrennungsmotor gedreht, und die elektromagnetische Spule des elektromagnetischen Umschaltventils 4 wird durch die Steuereinheit erregt. Dadurch wird, wie in 1 gezeigt, Stößel 26 veranlasst, Kugelventil-Element 19 in Druckkontakt mit dem ringförmigen Sitzabschnitt zu drücken und so das Loch 22 mit offenem Ende zu schließen und Fluidverbindung zwischen Gegendruck-Kanal 15 und Ablaufloch 25 über die Gegendruck-Löcher 23 und den röhrenförmigen Kanal 24 zuzulassen. Durch diesen Vorgang wird der Innendruck von Gegendruck-Kammer 10 von Ablassventil 3 verringert, so dass Ablassventil-Element 9 nur durch die elastische Kraft von Ventilfeder 11 an die am weitesten oben liegende Position in Ventilaufnahme-Kammer 8 gespannt wird, die obere Wand 9a in Druckkontakt mit einer abgesetzten ringförmigen Fläche von Ventilaufnahme-Kammer 8 gebracht wird und der Ablass-Anschluss 13 durch die Umfangswand 9c von Ablassventil-Element 9 geschlossen wird.
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Wenn die Motor-Drehzahl bei anhaltender Erregung der elektromagnetischen Spule angestiegen ist, so dass der Pumpen-Austrittsdruck einen ersten Öldruck-Wert P1 erreicht hat, hat der auf die Druckaufnahmefläche 9b von Ablassventil-Element 9 wirkende Pumpen-Austrittsdruck einen hohen Wert erreicht und bewirkt dadurch, dass sich Ablassventil-Element gegen die elastische Kraft von Ventilfeder 11 um ein bestimmtes Maß nach unten bewegt. In diesem Zustand vergrößert die Außenumfangsfläche von Umfangswand 9c von Ablassventil-Element 9 die Öffnungsfläche von Ablass-Anschluss 13 allmählich von 0 zu der maximalen Position hin. Durch diesen Vorgang wird eine überschüssige Menge an Arbeitsöl, das von Aussetzkanal 11a zu Abzweig-Kanal 2 strömt, über Rückleit-Kanal 2a, Einleit-Anschluss 12 und Ventilaufnahme-Kammer 8 sowie Ablass-Anschluss 13 von Ablassventil 3 und Ablasskanal 1c zu Ansaugkanal 1b zurückgeleitet. Dementsprechend wird in diesem Zustand, wie mit einer unterbrochenen Linie in 5 angedeutet, verhindert, dass der Pumpen-Austrittsdruck nennenswert über den ersten Öldruck-Wert P1 ansteigt, so dass der Pumpen-Austrittsdruck entsprechend auf eine im Wesentlichen flache Kennlinie gesteuert wird. Der erste Öldruck-Wert P1 wird so festgelegt, dass er einen erforderlichen Wert annimmt, der zum Antreiben der VTC-Einrichtung eingesetzt wird.
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Wenn der Verbrennungsmotor anschließend mit Zunahme der Motordrehzahl und der Öltemperatur in einen Zustand übergeht, in dem hoher Öldruck erforderlich wird, erfasst die Steuereinheit diesen Zustand und führt dann Enterregung der elektromagnetischen Spule des elektromagnetischen Umschaltventils 4 durch. Dieser Vorgang bewirkt, wie in 3 gezeigt, dass sich Stößel 26 zusammen mit dem beweglichen Kolben nach hinten bewegt, so dass der Druckkontakt zwischen Kugelventil-Element 19 und dem Ventilsitz-Abschnitt gelöst wird und das Loch 22 mit offenem Ende durch Kugelventil-Element 19 geöffnet wird, damit Fluidverbindung zwischen Abzweig-Kanal 2 und Gegendruck-Kanal 15 zugelassen wird, und der röhrenförmige Kanal 24 geschlossen wird. Dementsprechend wird der Pumpen-Austrittsdruck Gegendruck-Kammer 10 von Ablassventil 3 über Abzweig-Kanal 2 und Gegendruck-Kanal 15 zugeführt, so dass der Innendruck von Gegendruck-Kammer 10 ansteigt. Des Weiteren wird über Rückleit-Kanal 2a und Anschluss 12 der Pumpen-Austrittsdruck auf Druckaufnahmefläche 9b von Ablassventil-Element 9 ausgeübt. So wirken im Wesentlichen identische Öldrücke an der Oberseite und der Unterseite auf Ablassventil-Element 9. Dadurch wird Ablassventil-Element 9 durch die elastische Kraft von Ventilfeder 11 nach oben bewegt, so dass die Außenumfangsfläche von Umfangswand 9c von Ablassventil-Element 9 das offene Ende von Anschluss 13 schließt und die Druckaufnahmefläche 9b der oberen Wand 9a von Ablassventil-Element 9 das offene Ende von Einleit-Anschluss 12 schließt.
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Wenn die Motordrehzahl von diesem Zustand ausgehend weiter ansteigt, wird der hohe Pumpen-Austrittsdruck der Gegendruck-Kammer 10 zugeführt und das Ablassventil-Element 40 an der in 3 gezeigten am weitesten oben liegenden Position gehalten, so dass der Pumpen-Austrittsdruck, wie in 5 gezeigt, den ersten Öldruck-Wert P1 übersteigt und den zweiten Öldruck-Wert P2 erreicht.
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Wenn die Motor-Drehzahl weiter ansteigt und der Pumpen-Austrittsdruck den zweiten Öldruck-Wert P2 übersteigt, wird über Signal-Kanal 29 und Zuführ-Anschluss 33 von Vorsteuerventil 5 der Pumpen-Austrittsdruck auf Druckaufnahmefläche 31b von Vorsteuerventil-Element 31 ausgeübt und bewirkt, dass sich Vorsteuerventil-Element 31 gegen die elastische Kraft von Ventilfeder 32 nach unten bewegt. Dieser Vorgang ermöglicht Fluidverbindung zwischen Zuführ-Anschluss 33 und Austritts-Anschluss 34 und bewirkt, dass das Arbeitsöl über Gegendruck-Kanal 15 nach außen abgeleitet wird, und reguliert den Innendruck von Gegendruck-Kammer 10 von Ablassventil 3. Wenn Austritts-Anschluss 34 durch die elastische Kraft von Ventilfeder 32 von Vorsteuerventil-Element 31 geschlossen wird, gleichen sich die Öldrücke an der stromauf liegenden und der stromab liegenden Seite des elektromagnetischen Umschaltventils einander an. Jedoch wird, wenn Austritts-Anschluss 34 durch den Pumpen-Austrittsdruck auf dem zweiten Öldruck-Wert P2 durch Vorsteuerventil-Element 31 geöffnet wird, der Öldruck über Austritts-Anschluss 34 abgeleitet, so dass der Öldruck in Gegendruck-Kanal 15 durch einen Druckverlust aufgrund eines Strömungswiderstandes in dem elektromagnetischen Umschaltventil 4 beispielsweise an Loch 22 mit offenen Ende reduziert wird. Die über Austritts-Anschluss 34 abgeleitete Ölmenge ist gering, so dass der Gradient des Anstiegs des Pumpen-Austrittsdrucks in Bezug auf den Anstieg der Drehzahl geringfügig reduziert wird oder im Wesentlichen dem Gradienten zu dem zweiten Öldruck-Wert P2 gleich ist.
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Auf diese Weise reguliert Vorsteuerventil 5 den Öldruck in einem dem elektromagnetischen Umschaltventil 4 nachgelagerten Abschnitt des Gegendruck-Kanals 15 (identisch mit dem Gegendruck von Ablassventil 3) auf den zweiten Öldruck-Wert P2. Dementsprechend wird dieser Öldruck zusätzlich zu der elastischen Kraft von Ventilfeder 11 von Ablassventil 3 ausgeübt, so dass, wenn der Pumpen-Austrittsdruck an dem Loch 22 mit offenem Ende einen dritten Öldruck-Wert P3 (= P1 + P2) erreicht, sich das Ölpumpensystem in dem in 4 gezeigten Zustand befindet. Dadurch nimmt der Pumpen-Austrittsdruck eine Kennlinie an, bei der der Pumpen-Austrittsdruck von dem Punkt P3 in 5 aus geringfügig ansteigt.
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Der dritte Öldruck-Wert P3 wird so eingestellt, dass ein Öldruck zum Schmieren der Kurbelwelle bei Betrieb des Motors mit hoher Drehzahl oder ein Öldruck zum Einspritzen eines Ölstrahls an den Motorkolben erzielt wird.
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In der vorliegenden Ausführungsform können der erste Öldruck-Wert P1, der ein Ventilöffnungs-Druck von Ablassventil 3 ist, und der zweite Öldruck-Wert P2, der ein Ventilöffnungs-Druck von Vorsteuerventil 5 ist, geändert werden, indem lediglich die Eigenschaften von Ventilfeder 11 und Ventilfeder 32 geändert werden. Dementsprechend können, selbst wenn der erste Öldruck-Wert P1 und der zweite Öldruck-Wert P2 in Abhängigkeit von Spezifikationen des Motors eingestellt werden sollen, die Komponenten des Ölpumpen-Systems mit Ausnahme von Ventilfeder 11 und Ventilfeder 32 für verschiedene Motoren eingesetzt werden. Dadurch lassen sich die Herstellungskosten reduzieren.
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Wenn die Erregung des elektromagnetischen Umschaltventils 4 vom An-Zustand in den Aus-Zustand umgeschaltet wird, und dabei die Motor-Drehzahl ansteigt, wechselt das Ölpumpen-System von der mit der unterbrochenen Linie dargestellten Kennlinie zu der mit der durchgehenden Linie dargestellten Kennlinie, wie dies in 5 mit einer Strich-Punkt-Linie dargestellt ist.
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So ist es gemäß der vorliegenden Ausführungsform möglich, den Ablassdruck von Ölpumpe 1 ausschließlich mittels Öffnungs/Schließ-Steuerung des Lochs 22 mit offenem Ende und des offenen Endes des röhrenförmigen Kanals 24 über Kugelventil-Element 19 präzise zu steuern, indem in Abhängigkeit von der Motor-Drehzahl das An-Signal und das Aus-Signal von der Steuereinheit an das elektromagnetische Umschaltventil 4 ausgegeben wird.
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Das heißt, der Strom von Schmieröl (Pumpen-Austrittsdruck) durch das Kugelventil-Element 19 findet nur in einer Richtung von Abzweig-Kanal 2 zu Gegendruck-Kanal 15 ohne umgekehrten Strom von Nebendruck-Kanal 15 zu Abzweig-Kanal 2 statt. Das heißt, es wird kein bidirektionaler Strom in dem elektromagnetischen Umschaltventil 4 erzeugt. Dies dient dazu, das Verhalten von Kugelventil-Element 19 konstant zu stabilisieren, ohne dass das Kugelventil-Element 19 instabil wird und es zur Drosselung oder anderen Erscheinungen kommt. Dadurch werden des Weiteren der Ablassdruck von Ölpumpe 1 präzise gesteuert und der Pumpwirkungsgrad verbessert.
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Obwohl Vorsteuerventil 5 in der vorliegenden Ausführungsform im Wesentlichen den gleichen Aufbau hat wie Ablassventil 3, kann Vorsteuerventil 5 als ein elektromagnetisches Ventil oder dergleichen ausgeführt werden, wenn Vorsteuerventil 5 so eingerichtet ist, dass es den Öldruck in Gegendruck-Kammer 15 in Abhängigkeit von dem Öldruck in Gegendruck-Kanal 15 (dem Gegendruck von Ablassventil 3) ablässt.
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Zweite Ausführungsform
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6 bis 9 zeigen eine zweite Ausführungsform, die sich von der ersten Ausführungsform vor allem dadurch unterscheidet, dass die Anordnung von Ölfilter 28 abgewandelt ist, dass ein Ablassventil-Element 40 das Ablassventil-Element 9 in Ablassventil 3 ersetzt, ein Vorsteuerventil-Element 50 das Vorsteuerventil-Element 31 in Vorsteuerventil 5 ersetzt und die Strömungswege von Ablassventil 3 und Vorsteuerventil 5 abgewandelt sind.
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In der zweiten Ausführungsform befindet sich Ölfilter 28 an einem stromauf liegenden Abschnitt von Austritts-Kanal 1a, und Haupt-Ölleitung 27 sowie ein stromauf liegendes Ende von Abzweig-Kanal 2 sind mit einem stromab liegenden Abschnitt von Austritts-Kanal 1a verbunden.
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Ablassventil-Element 40 ist in Ventilaufnahme-Kammer 8 von Ablassventil 3 installiert und so eingerichtet, dass es in der Längsrichtung von Ventilaufnahme-Kammer 8 nach oben und nach unten gleitet. Ablassventil-Element 40 ist ein Schiebekolben-Ventil und enthält ein Druckaufnahme-Teil 40a, einen Ventilschaft 40b, ein Ventilfunktions-Teil 40c sowie einen ringförmigen Kanal 40d. Druckaufnahme-Teil 40a hat eine Scheibenform, die dem Einleit-Anschluss 12 zugewandt ist. Ventilfunktions-Teil 40c hat eine zylindrische Form mit einem Boden und ist über Ventilschaft 40b in der Mitte integral mit Druckaufnahme-Teil 40a verbunden. Der ringförmige Kanal 40d ist in dem Außenumfang von Ventilschaft 40b ausgebildet. Ablassventil-Element 40 wird durch die elastische Kraft von Ventilfeder 11 konstant auf Einleit-Anschluss 12 zu gespannt.
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Der Randabschnitt des oberen seitlichen Abschnitts von Ventilaufnahme-Kammer 8 ist mit einem stromab liegenden Abschnitt 41b eines Rückleit-Kanals 41 verbunden, der einen stromauf liegenden Abschnitt 41a hat, der hydraulisch mit Austritts-Kanal 1a verbunden ist, wobei der stromauf liegende Abschnitt 41a Ölfilter 28 vorgelagert ist. Ablass-Anschluss 13 hat eine Öffnung an der unteren Seite des stromab liegenden Abschnitts 41b von Rückleit-Kanal 41 in der Längsrichtung von Ventilaufnahme-Kammer 8, und die Öffnung von Ablass-Anschluss 13 ist hydraulisch mit Ablass-Kanal 1c verbunden.
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Der stromab liegende Abschnitt 41b von Rückleit-Kanal 41c ist über einen vorgegebenen Gleit-Bereich von Ablass-Ventilelement 40 durchgehend dem ringförmigen Kanal 40d zugewandt. Des Weiteren wird die Öffnungsfläche des offenen Endes von Ablass-Anschluss 13 in Abhängigkeit von der Position von Ablassventil-Element 40 in dem Gleit-Bereich durch die Außenumfangsfläche von Ventilfunktions-Teil 40c geändert. Das heißt, wenn Ablassventil-Element 40c durch die elastische Kraft von Ventilfeder 11 an der in 6 und 8 gezeigten am weitesten oben liegenden Position gehalten wird, wird das offene Ende von Ablass-Anschluss 13 durch die Außenumfangsfläche von Ventilfunktions-Teil 40c vollständig verschlossen. Wenn sich hingegen Ablassventil-Element 40 geringfügig unterhalb der am weitesten oben liegenden Position befindet, wird, wie in 7 und 9 gezeigt, Ablass-Anschluss 13 durch Ventilfunktions-Teil 40c geöffnet, so dass die Öffnungsfläche von Ablass-Anschluss 13 auf einen kleinen Wert eingestellt wird und Ablass-Anschluss 13 und Rückleit-Kanal 41 über den ringförmigen Kanal 40d hydraulisch miteinander verbunden sind.
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Vorsteuerventil-Element 50 ist wie Ablassventil-Element 50 ein Schiebekolben-Ventil und enthält einen Druckaufnahme-Teil 50a, einen Ventilschaft 50b, einen Ventilfunktions-Teil 50c sowie einen ringförmigen Kanal 50d. Druckaufnahme-Teil 50a hat eine Scheibenform, die dem Zuführ-Anschluss 33 zugewandt ist. Ventilfunktions-Teil 50c hat eine zylindrische Form mit einem Boden und ist über Ventilschaft 50b in der Mitte integral mit Druckaufnahme-Teil 50a verbunden. Der ringförmige Kanal 50d ist in dem Außenumfang von Ventilschaft 50b ausgebildet. Vorsteuerventil-Element 50 wird durch die elastische Kraft von Ventilfeder 32 konstant auf Zuführ-Anschluss 33 zu gespannt.
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Der Randabschnitt des oberen seitlichen Abschnitts von Zylinder 30 ist mit einem stromab liegenden Abschnitt 51a eines Abzweig-Anschlusses 51 versehen, der von Gegendruck-Kanal 15 abzweigt. Das offene Ende von Austritts-Anschluss 34 befindet sich an der unteren Seite des stromab liegenden Endes 51a in der Längsrichtung von Zylinder 30.
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Signal-Kanal 29 hat ein Ende, das mit Rückleit-Kanal 2a verbunden ist, und ein anderes Ende, das mit Zuführ-Anschluss 33 verbunden ist.
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Wenn der über Abzweig-Kanal 2, Rückleit-Kanal 2a und Signal-Kanal 29 zugeführte Pumpen-Ableitdruck auf einem vorgegebenen Wert oder darunter liegt, wird, wie in 6 bis 8 gezeigt, Vorsteuerventil-Element 50 durch die elastische Kraft von Ventilfeder 32 an der am weitesten oben liegenden Position gehalten, so dass das stromab liegende Ende 51a von Abzweig-Anschluss 51 geschlossen ist. Wenn hingegen der zugeführte Pumpen-Austrittsdruck über dem vorgegebenen Wert liegt, wird Vorsteuerventil-Element 50 nach unten bewegt und öffnet das stromab liegende Ende 51a von Abzweig-Anschluss 51 und lässt, wie in 9 gezeigt, damit Fluidverbindung zwischen Abzweig-Anschluss 51 und Austritts-Anschluss 34 über den ringförmigen Kanal 50d zu. Das heißt, die Querschnittsfläche der Fluidverbindung zwischen Abzweig-Anschluss 51 und Austritts-Anschluss 34 wird in Abhängigkeit von dem Öldruck in Zuführ-Anschluss 33 geändert.
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Lüftungs-Anschluss 35 hat ein Ende, das zu dem unteren Endabschnitt von Zylinder 30 offen ist.
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Funktion der zweiten Ausführungsform
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Im Folgenden wird die Funktion der Ölpumpe mit der Ablassdruck-Steuervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform beschrieben. Wenn der Verbrennungsmotor gestartet wird oder mit niedriger Drehzahl arbeitet, wird Ölpumpe 1 von dem Verbrennungsmotor gedreht, und die elektromagnetische Spule des elektromagnetischen Umschaltventils 4 wird durch die Steuereinheit erregt. Dadurch wird, wie in 6 gezeigt, Stößel 26 veranlasst, Kugelventil-Element 19 in Druckkontakt mit dem ringförmigen Sitzabschnitt zu drücken und so das Loch 22 mit offenem Ende zu schließen, und Fluidverbindung zwischen Gegendruck-Kanal 15 und Ablaufloch 25 über die Gegendruck-Löcher 23 und den ringförmigen Kanal 24 zuzulassen. Durch diesen Vorgang wird der Innendruck von Gegendruck-Kammer 10 von Ablass-Ventil 3 verringert, so dass Ablassventil-Element 40 nur durch die elastische Kraft von Ventilfeder 11 auf die am weitesten oben liegende Position in Ventilaufnahme-Kammer 8 zu gespannt wird, die obere Wand 40a in Druckkontakt mit einer abgesetzten ringförmigen Fläche von Ventilaufnahme-Kammer 8 gebracht wird und der Ablass-Anschluss 13 durch die Umfangswand 40c von Ablassventil-Element 40 geschlossen wird.
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Wenn die Motor-Drehzahl bei anhaltender Erregung der elektromagnetischen Spule angestiegen ist, so dass der Pumpen-Austrittsdruck den ersten Öldruck-Wert P1 erreicht hat, hat der auf den Druckaufnahme-Teil 40a über Austritts-Kanal 1a, Ölfilter 28, Abzweig-Kanal 2 und Rückleit-Kanal 2a ausgeübte Pumpen-Austrittsdruck einen hohen Wert erreicht und bewirkt dadurch, dass sich Ablassventil-Element 40 gegen die elastische Kraft von Ventilfeder 11 um ein bestimmtes Maß nach unten bewegt. In diesem Zustand vergrößert die Außenumfangsfläche von Umfangswand 40c von Ablassventil-Element 40 die Öffnungsfläche von Ablass-Anschluss 13 allmählich von 0 zur maximalen Position hin. Durch diesen Vorgang wird eine überschüssige Menge an Arbeitsöl, das von Austritts-Kanal 1a über Rückleit-Kanal 41 zu dem ringförmigen Kanal 40d strömt, über Ablass-Anschluss 13 und Ablass-Kanal 1c zu Ansaugkanal 1b zurückgeleitet. Dementsprechend wird in diesem Zustand, wie mit einer unterbrochenen Linie in 10 dargestellt, verhindert, dass der Pumpen-Austrittsdruck nennenswert über den ersten Öldruck-Wert P1 ansteigt, so dass der Pumpen-Austrittsdruck entsprechend auf eine im Wesentlichen flache Kennlinie reguliert wird.
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Wenn der Verbrennungsmotor anschließend in einen Zustand übergeht, in dem mit Zunahme der Motor-Drehzahl (oder Pumpen-Drehzahl) und der Öltemperatur hoher Öldruck erforderlich wird, erfasst die Steuereinheit diesen Zustand und führt dann Enterregung der elektromagnetischen Spule des elektromagnetischen Umschaltventils 4 durch. Dieser Vorgang bewirkt, wie in 8 gezeigt, dass sich Stößel 26 zusammen mit dem beweglichen Kolben nach hinten bewegt, so dass der Druckkontakt zwischen Kugelventil-Element 19 und dem Ventilsitz-Abschnitt gelöst wird und das Loch 22 mit offenem Ende von Kugelventil-Element 19 geöffnet wird, damit Fluidverbindung zwischen Abzweig-Kanal 2 und Gegendruck-Kanal 15 zugelassen wird und der röhrenförmige Kanal 24 geschlossen wird. Dementsprechend wird der Pumpen-Austrittsdruck Gegendruck-Kammer 10 von Ablass-Ventil 3 über Abzweig-Kanal 2 und Gegendruck-Kanal 15 zugeführt, so dass der Innendruck von Gegendruck-Kammer 10 ansteigt. Des Weiteren wird über Rückleit-Kanal 2a und Einleit-Anschluss 12 der Pumpen-Austrittsdruck auf Druckaufnahme-Teil 40a von Ablassventil-Element 40 ausgeübt. So wirken im Wesentlichen identische Öldrücke an der Oberseite und der Unterseite auf Ablassventil-Element 40. Dadurch wird Ablassventil-Element 40 durch die elastische Kraft von Ventilfeder 11 nach oben bewegt, so dass die Außenumfangsfläche von Umfangswand 40c von Ablassventil-Element 40 das offene Ende von Ablass-Anschluss 13 schließt und der Druckaufnahme-Teil 40a von Ablassventil-Element 40 das offene Ende von Einleit-Anschluss 12 schließt.
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Wenn die Motordrehzahl von diesem Zustand ausgehend weiter ansteigt, wird der hohe Pumpen-Austrittsdruck der Gegendruck-Kammer 10 zugeführt und das Ablassventil-Element 40 an der in 8 gezeigten am weitesten oben liegenden Position gehalten, so dass der Pumpen-Austrittsdruck, wie in 10 gezeigt, den ersten Öldruck-Wert P1 übersteigt und den zweiten Öldruck-Wert P2 erreicht.
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Wenn die Motor-Drehzahl weiter ansteigt und der Pumpen-Austrittsdruck dem zweiten Öldruck-Wert P2 übersteigt, wird der Pumpen-Austrittsdruck über Signal-Kanal 29 auf Vorsteuerventil-Element 50 ausgeübt und bewirkt, dass sich Vorsteuerventil-Element 50 gegen die elastische Kraft von Ventilfeder 32 nach unten bewegt. Durch diesen Vorgang kann Ventilfunktions-Teil 50c das offene Ende von Austritts-Anschluss 34 öffnen und lässt so Fluidverbindung zwischen dem stromab liegenden Ende 51a von Abzweig-Anschluss 51 und Austritts-Anschluss 34 über Abzweig-Anschluss 51d zu. Dementsprechend wird der Pumpen-Austrittsdruck in Gegendruck-Kanal 15 nach außen abgeleitet, um den Öldruck in Gegendruck-Kanal 15 zu regulieren.
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Wenn Austritts-Anschluss 34 durch die elastische Kraft von Ventilfeder 32 von Vorsteuerventil-Element 50 geschlossen wird, gleichen sich die Öldrücke an der stromauf liegenden Seite und der stromab liegenden Seite des elektromagnetischen Umschaltventils 40 einander an. Jedoch wird, wenn Austritts-Anschluss 34 von Vorsteuerventil-Element 50 durch den Pumpen-Austrittsdruck auf dem zweiten Öldruck-Wert P2 geöffnet wird, der Öldruck über Austritts-Anschluss 34 abgeleitet, so dass der Öldruck in Gegendruck-Kanal 15 durch einen Druckverlust aufgrund eines Strömungswiderstandes in dem elektromagnetischen Umschaltventil 4 beispielsweise an Loch 22 mit offenem Ende reduziert wird. Dadurch bewegt sich Ablass-Ventil 3 gegen die elastische Kraft von Ventilfeder 11 nach unten und nimmt den in 9 gezeigten Zustand ein.
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Der zweite Öldruck-Wert P2 wird so festgelegt, dass ein Öldruck zum Schmieren der Kurbelwelle bei Betrieb des Motors mit hoher Drehzahl oder ein Öldruck zum Einspritzen eines Ölstrahls an den Motorkolben erzielt wird.
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Auf diese Weise reguliert Vorsteuerventil 5 den Öldruck in einem dem elektromagnetischen Umschaltventil 4 nachgelagerten Abschnitt des Gegendruck-Kanals 15 (identisch mit dem Gegendruck von Ablass-Ventil 3), so dass sich der Öldruck in Haupt-Ölleitung 27 dem zweiten Öldruck-Wert P2 angleicht. Dementsprechend wird der Öldruck von dem Punkt P2 an auf eine im Wesentlichen flache Kennlinie eingestellt, wie dies mit einer durchgehenden Linie in 10 dargestellt ist. Das heißt, Gegendruck-Kammer 10 nimmt Zufuhr des Pumpen-Austrittsdrucks auf, der nach dem Durchlaufen des Ölfilters 28 und des gedrosselten Lochs 22 mit offenem Ende entsteht und dann über Abzweig-Anschluss 51 und Austritts-Anschluss 34 abgelassen wird, so dass verhindert wird, dass der Pumpen-Austrittsdruck über den zweiten Öldruck-Wert P2 ansteigt, und wird dadurch flach.
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Wenn die Erregung des elektromagnetischen Umschaltventils 4 von einem An-Zustand in einen Aus-Zustand umgeschaltet wird und dabei die Motordrehzahl ansteigt, wechselt das Ölpumpen-System von der mit der unterbrochenen Linie dargestellten Kennlinie zu der mit der durchgehenden Linie dargestellten Kennlinie, wie dies in 10 mit einer Strich-Punkt-Linie dargestellt ist.
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Ansonsten gleichen Konstruktion und Funktion der zweiten Ausführungsform denen der ersten Ausführungsform. Die zweite Ausführungsform dient ebenfalls dazu, das Verhalten von Kugelventil-Element 50 zu stabilisieren und damit eine präzise Ablassdruck-Steuerung zu erreichen und den Pump-Wirkungsgrad zu verbessern.
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Auch bei der zweiten Ausführungsform kann Vorsteuerventil 5 als ein elektromagnetisches Ventil oder dergleichen ausgeführt sein, wenn Vorsteuerventil 5 so eingerichtet ist, dass es den Öldruck in Gegendruck-Kanal 15 4reguliert oder ablässt.
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Die erste und die zweite Ausführungsform können auf verschiedene Weise abgewandelt werden. Beispielsweise können Ablass-Ventil 3 und Vorsteuerventil 5 als eine andere Kombination als die dargestellten Kombinationen der ersten und der zweiten Ausführungsform ausgeführt werden.
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Ölpumpe 1 kann von einem anderen Typ als der Drehkolbenpumpe sein, so beispielsweise eine Flügelzellenpumpe oder eine Außenzahnradpumpe.
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Die Ablassdruck-Steuervorrichtung kann integral mit dem Gehäuse von Ölpumpe 1 ausgebildet sein oder von dem Gehäuse von Ölpumpe 1 getrennt vorhanden sein.
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Der gesamte Inhalt der am 18. Oktober 2013 eingereichten
japanischen Patentanmeldung 2013-217150 wird hiermit durch Verweis einbezogen.
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Obwohl die Erfindung oben unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben worden ist, ist die Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Abwandlungen und Veränderungen an den oben beschriebenen Ausführungsformen liegen für den Fachmann angesichts der oben aufgeführten Lehre auf der Hand. Der Schutzumfang der Erfindung definiert sich unter Bezugnahme auf die folgenden Patentansprüche.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2012/100344 A1 [0002]
- WO 2012/100344 [0003]
- JP 2013-217150 [0075]
