DE10303769A1

DE10303769A1 - Solenoidbetätigtes Ventil

Info

Publication number: DE10303769A1
Application number: DE10303769A
Authority: DE
Inventors: Yuichi Kodama
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2002-02-06
Filing date: 2003-01-30
Publication date: 2003-08-14
Also published as: JP2003232464A; US20030160197A1

Abstract

Es wird ein solenoidbetätigtes Ventil vorgeschlagen, das zwischen einem sich bewegenden Element, das durch elektromagnetische Kraft betätigt ist, und einem Ventilelement einen Verschiebungsumsetzmechanismus zum Vergrößern oder zum Verkleinern eines Verschiebungsausmaßes des Ventilelements relativ zu einem Verschiebungsausmaß des sich bewegenden Elements oder einen Kraftumsetzmechanismus aufweist, um eine Antriebskraft des Ventilelements relativ zu einer Antriebskraft des sich bewegenden Elements zu vergrößern oder zu verkleinern. Dieses solenoidbetätigte Ventil vermag Stromverbrauch zu verringern, weil es das Verschiebungsausmaß bzw. die Antriebskraft des Ventilelements bei einfachem Aufbau ändert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein solenoidbetätigtes Ventil zum Betätigen eines Ventilelements durch den Magnetismus eines Elektromagneten. Insbesondere betrifft die Erfindung ein solenoidbetätigtes Ventil zum Ändern der Antriebskraft des Ventilelements bzw. des Verschiebungsausmaßes des Ventilelements, wenn das Ventil geöffnet wird.
Ein Verbrennungsmotor weist ein Ansaugventil zwischen einer Verbrennungskammer und einem Ansaugpfad und ein Auslassventil zwischen der Verbrennungskammer und einem Auslass- bzw. Abgaspfad auf. Wenn neues Gas in die Verbrennungskammer gesaugt wird, wird das Ansaugventil geöffnet, um das Gas aus dem Ansaugpfad in die Verbrennungskammer zu saugen. Das Auslassventil wird geöffnet, wenn das verbrannte Gas aus der Verbrennungskammer ausgetragen werden soll, und das Gas wird aus der Verbrennungskammer zu dem Auslasspfad bzw. Abgaspfad ausgetragen. Der Vorgang, neues Gas anzusaugen und in der Verbrennungskammer des Verbrennungsmotors zu verbrennen, sowie das verbrannte Gas auszutragen, wird wiederholt durchgeführt. Das Ansaugventil bzw. das Auslassventil wird durch einen Nockenmechanismus bzw. ein Stellorgan betätigt.

Die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 85-183805 (vorliegend als "Druckschrift 1" bezeichnet) beschreibt ein solenoidbetätigtes Ventil, das ein Ventilelement durch ein Solenoid-Stellorgan betätigt. Das solenoidbetätigte Ventil weist ein Ventilelement auf, das mit einem Ende eines Tauchkolbens verbunden ist, der durch Magnetisierung eines Elektromagneten betätigt wird. Der Tauchkolben wird durch die Magnetisierung des Elektromagneten betätigt und das Ventilelement wird geöffnet oder geschlossen.

Die japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2000-303809 (vorliegend als "Druckschrift 2" bezeichnet) beschreibt ein solenoidbetätigtes Ventil, das sich vom demjenigen der Druckschrift 1 unterscheidet. Dieses solenoidbetätigte Ventil weist einen Anker auf, der durch einen Elektromagneten betätigt wird, ein stoßfreies Einstellelement, das normalerweise zwischen einer Nocke und einem Ventilstößel angeordnet ist, und ein Ventilelement. Das stoßfreie Einstellelement ist zwischen dem Anker und dem Ventilelement angeordnet. Bei dem solenoidbetätigten Ventil gemäß der Druckschrift 2 wird das Ventilelement durch Drucköl und den Elektromagneten betätigt.

Die Verbrennungskammer, in welcher Gas verbrannt wird, weist einen hohen Druck auf. Eine besonders große Kraft ist erforderlich, wenn damit begonnen wird, das Auslassventil zu öffnen. Es ist deshalb erforderlich, die Antriebskraft für das Ventilelement zu erhöhen. Das solenoidbetätigte Ventil gemäß der Druckschrift 1 benötigt einen großen Strom zur Erhöhung der Antriebskraft für das Ventilelement. Problematisch ist dabei, dass der Energieverbrauch hoch wird. Das Anziehen und Abstoßen des Elektromagneten verläuft umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands zwischen einer Wicklung (des Elektromagneten) und einer Magnetsubstanz. Mit anderen Worten wird das Anziehen oder Abstoßen des Elektromagneten geringer, wenn die Distanz zwischen der Wicklung und der Magnetsubstanz größer wird. Wenn das solenoidbetätigte Ventil gemäß der Druckschrift 1 einen großen Abstand zwischen Wicklung und Magnetsubstanz aufweist, ist deshalb ein noch größerer Strom erforderlich und der Energieverbrauch wird hoch.

Das solenoidbetätigte Ventil gemäß der Druckschrift 2 weist den magnetisierten Elektromagneten und das stoßfreie Einstellelement auf, dem Drucköl zugeführt wird, und die Kraft, die durch den Hydraulikdruck angelegt wird, addiert sich zu der Anziehung durch den Elektromagneten. Die Steuerung des Hydraulikdrucks erlaubt deshalb eine Erhöhung der Antriebskraft des Ventilelements. Eine Hydraulik-Drucksteuervorrichtung ist jedoch erforderlich, um den Hydraulikdruck zu steuern. Das zusätzliche Vorsehen der Hydraulik-Drucksteuervorrichtung für das solenoidbetätigte Ventil bringt das Problem mit sich, dass die Struktur komplex wird und die Herstellungskosten steigen.

Es besteht deshalb ein Bedarf an einer Überwindung der vorstehend angesprochenen Probleme, und an einer Erhöhung des Verschiebungsausmaßes des Ventilelements, um die Gasansaugöffnung und die Gasaustragöffnung mit größeren Querschnitten auslegen zu können.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht demnach darin, ein solenoidbetätigtes Ventil zu schaffen, das einen einfachen Aufbau und einen verringerten Energieverbrauch aufweist, durch Variieren des Verschiebungsausmaßes bzw. der Antriebskraft des Ventilelements.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung durch ein solenoidbetätigtes Ventil, aufweisend:

- ein sich bewegendes Element, das durch elektromagnetische Kraft betätigt ist;
- ein Ventilelement, das einen Öffnungs- oder Schließvorgang in Übereinstimmung mit der Betätigung des sich bewegenden Elements durchführt; und
- einen Verschiebungsumsetzmechanismus, der ein Verschiebungsausmaß des Ventilelements relativ zu einem Verschiebungsausmaß des sich bewegenden Elements vergrößert oder verkleinert.

Die Erfindung gemäß dem ersten Aspekt umfasst demnach einen Verschiebungs- Umsetzmechanismus zur Erhöhung oder Verringerung des Verschiebungsausmaßes des Ventilelements relativ zu einem Verschiebungsausmaß des sich bewegenden Elements zwischen dem sich bewegenden Element, das durch die elektromagnetische Kraft betätigt wird, und dem Ventilelement.

In Übereinstimmung mit dem ersten Aspekt der Erfindung können die Öffnungsquerschnitte der Gasansaugöffnung und der Gasauslassöffnung variiert werden.

Gelöst wird die vorstehend genannte Aufgabe gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung durch ein solenoidbetätigtes Ventil, aufweisend:

- ein sich bewegendes Element, das durch elektromagnetische Kraft betätigt ist;
- ein Ventilelement, das einen Öffnungs- oder Schließvorgang in Übereinstimmung mit der Betätigung des sich bewegenden Elements durchführt; und
- einen Verschiebungsumsetzmechanismus, der einen Kolben auf Seiten des sich bewegenden Elements aufweist, der mit dem sich bewegenden Element verbunden ist, einen Kolben auf Seiten des Ventilelements, der mit dem Ventilelement verbunden ist, und eine Druckkammer, in welche der Kolben auf Seiten des sich bewegenden Elements und der Kolben auf Seiten des Ventilelements eingesetzt sind, und der zwischen einer Druckaufnahmefläche des Kolbens auf Seiten des sich bewegenden Elements und einen Druckaufnahmebereich des Kolbens auf Seiten des Ventilelements unterscheidet, um ein Verschiebungsausmaß des Ventilelements relativ zu einem Verschiebungsausmaß des sich bewegenden Elements zu vergrößern oder zu verkleinern.

Gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Verschiebungs- Umsetzmechanismus vorgesehen, der das Verschiebungsausmaß des Ventilelements relativ zu einem Verschiebungsausmaß des sich bewegenden Elements vergrößert oder verringert, und zwar zwischen dem sich bewegenden Element, das durch die elektromagnetische Kraft betätigt wird, und dem Ventilelement. Außerdem ist der Verschiebungs-Umsetzmechanismus mit dem Kolben auf Seiten des sich bewegenden Elements versehen, der mit dem sich bewegenden Element verbunden ist. Dieser Kolben ist mit dem Ventilelement verbunden und die Druckkammer, in die die jeweiligen Kolben eingesetzt sind, und Öl, Gas und dergleichen sind ebenfalls abgedichtet vorgesehen.

Wenn der Kolben auf Seiten des sich bewegenden Elements eine große Druckaufnahmefläche aufweist, und wenn der Kolben auf Seiten des Ventilelements eine kleine Druckaufnahmefläche aufweist, wird das Verschiebungsausmaß des Kolbens auf Seiten des Ventilelements im Vergleich zu dem Verschiebungsausmaß des Kolbens auf Seiten des sich bewegenden Elements erhöht. Wenn der Kolben auf Seiten des sich bewegenden Elements eine kleine Druckaufnahmefläche aufweist, und wenn der Kolben auf Seiten des Ventilelements eine große Druckaufnahmefläche aufweist, wird das Verschiebungsausmaß des Kolbens auf Seiten des Ventilelements im Vergleich zu dem Verschiebungsausmaß des Kolbens auf Seiten des sich bewegenden Elements verringert.

In Übereinstimmung mit dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung können die Öffnungsquerschnitte der Gasansaugöffnung und der Gasaustragöffnung variiert werden. Das Verschiebungsausmaß des Ventilelements kann außerdem vergrößert oder verkleinert werden, ohne dass ein großer Strom fließen gelassen werden muss.

Da eine Hydraulik-Drucksteuervorrichtung oder dergleichen (im Gegensatz zum Stand der Technik) nicht eingesetzt wird, kann der Aufbau einfach gemacht werden und die Herstellungskosten können herabgesetzt werden.

Die genannte Aufgabe wird in Übereinstimmung mit einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung durch ein solenoidbetätigtes Ventil gelöst, aufweisend:

- ein sich bewegendes Element, das durch elektromagnetische Kraft betätigt ist;
- ein Ventilelement, das einen Öffnungs- oder Schließvorgang in Übereinstimmung mit der Betätigung des sich bewegenden Elements durchführt; und
- einen Verschiebungsumsetzmechanismus mit einem Gelenk, das auf dem sich bewegenden Element schwenkbar angeordnet ist, um eine Kraft an das Ventilelement anzulegen, um dadurch ein Verschiebungsausmaß des Ventilelements relativ zu einem Verschiebungsausmaß des sich bewegenden Elements zu vergrößern oder zu verkleinern.

Gemäß dem dritten Aspekt weist die vorliegende Erfindung den Verschiebungs- Umsetzmechanismus auf, der das Verschiebungsausmaß des Ventilelements relativ zu dem Verschiebungsausmaß des sich bewegenden Elements zwischen dem sich bewegenden Element, das durch die elektromagnetische Kraft betätigt wird, und dem Ventilelement vergrößert oder verkleinert, und der Verschiebungs-Umsetzmechanismus weist das Gelenk bzw. das Verbindungselement auf, das einen Hebelstützpunkt, einen Kraft(einleitungs)punkt und einen Aktionspunkt umfasst, der das sich bewegende Element veranlasst, mit dem Kraftpunkt und dem Ventilelement in Kraft zu gelangen, um mit dem Aktionspunkt in Kontakt zu gelangen.

Wenn der Abstand zwischen dem Hebelstützpunkt und dem Aktionspunkt größer ist als zwischen dem Hebelstützpunkt und dem Kraftpunkt, wird das Verschiebungsausmaß des Kolbens auf Seiten des Ventilelements im Vergleich zu dem Verschiebungsausmaß des Kolbens auf Seiten des sich bewegenden Elements vergrößert.

Wenn der Abstand zwischen dem Hebelstützpunkt und dem Aktionspunkt kleiner ist als derjenige zwischen dem Hebelstützpunkt und dem Kraftpunkt, wird das Verschiebungsausmaß des Kolbens auf Seiten des Ventilelements im Vergleich zu dem Verschiebungsausmaß des Kolbens auf Seiten des sich bewegenden Elements verkleinert.

Gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung können die Öffnungsquerschnitte der Gasansaugöffnung und der Gasaustragöffnung variiert werden. Das Verschiebungsausmaß des Ventilelements kann vergrößert und verkleinert werden, ohne dass ein großer Strom fließen gelassen werden muss. Da eine Hydraulik- Drucksteuervorrichtung oder dergleichen (im Gegensatz zum Stand der Technik) nicht eingesetzt wird, wird der Aufbau einfach und die Herstellungskosten können herabgesetzt werden.

Die genannte Aufgabe wird in Übereinstimmung mit einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung durch ein solenoidbetätigtes Ventil gelöst, aufweisend:

- ein sich bewegendes Element, das durch elektromagnetische Kraft betätigt ist;
- ein Ventilelement, das einen Öffnungs- oder Schließvorgang in Übereinstimmung mit der Betätigung des sich bewegenden Elements durchführt; und
- einen Kraftumsetzmechanismus mit einem Kolben auf Seiten des sich bewegenden Elements, der mit dem sich bewegenden Element verbunden ist, mit einem Kolben auf Seiten des Ventilelements, der mit dem Ventilelement verbunden ist, und mit einer Druckkammer, in welche der Kolben auf Seiten des sich bewegenden Elements und der Kolben auf Seiten des Ventilelements eingesetzt sind, und der zwischen einer Druckaufnahmefläche des Kolbens auf Seiten des sich bewegenden Elements und einer Druckaufnahmefläche des Kolbens auf Seiten des Ventilelements unterscheidet, um eine Antriebskraft des Ventilelements relativ zu einer Antriebskraft des sich bewegenden Elements zu vergrößern oder zu verkleinern.

In Übereinstimmung mit dem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Kraftumsetzmechanismus vorgesehen, der die Antriebskraft des Ventilelements relativ zur Antriebskraft sich bewegenden Elements zwischen dem sich bewegenden Element, das durch die elektromagnetische Kraft und dem Ventilelement bewegt wird, vergrößert oder verkleinert, und der Kraftumsetzmechanismus ist mit dem Kolben auf Seiten des sich bewegenden Elements versehen, der mit dem sich bewegenden Element verbunden ist. Der Kolben auf Seiten des Ventilelements ist mit dem Ventilelement verbunden und die Druckkammer, in welcher der jeweilige Kolben und Öl, Gas und dergleichen enthalten sind, ist ebenfalls abgedichtet.

Wenn der Kolben auf Seiten des sich bewegenden Elements eine große Druckaufnahmefläche aufweist, und wenn der Kolben auf Seiten des Ventilelements eine kleine Druckaufnahmefläche aufweist, wird die Antriebskraft des Kolbens auf Seiten des Ventilelements im Vergleich zu der Antriebskraft des Kolbens auf Seiten des sich bewegenden Elements verringert. Wenn der Kolben auf Seiten des sich bewegenden Elements eine kleine Druckaufnahmefläche aufweist, und wenn der Kolben auf Seiten des Ventilelements eine große Druckaufnahmefläche aufweist, wird die Antriebskraft des Kolbens auf Seiten des Ventilelements im Vergleich zu der Antriebskraft des Kolbens auf Seiten des sich bewegenden Elements verringert.

In Übereinstimmung mit dem vierten Aspekt der Erfindung kann die Antriebskraft des Ventilelements vergrößert oder verkleinert werden, ohne dass ein großer Strom fließen gelassen werden muss. Da eine Hydraulik-Drucksteuervorrichtung oder dergleichen (im Gegensatz zum Stand der Technik) nicht eingesetzt wird, wird der Aufbau einfach und die Herstellungskosten können herabgesetzt sein.

Gelöst wird die vorstehend genannte Aufgabe in Übereinstimmung mit einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung durch ein solenoidbetätigtes Ventil, aufweisend:

- ein sich bewegendes Element, das durch elektromagnetische Kraft betätigt ist;
- ein Ventilelement, das einen Öffnungs- oder Schließvorgang in Übereinstimmung mit der Betätigung des sich bewegenden Elements durchführt; und
- einen Kraftumsetzmechanismus mit einem Gelenk, das auf dem sich bewegenden Element schwenkbar angeordnet ist, um eine Kraft an das Ventilelement anzulegen, um dadurch eine Antriebskraft des Ventilelements relativ zu einem Verschiebungsausmaß des sich bewegenden Elements zu vergrößern oder zu verkleinern.

Im Übereinstimmung mit dem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Kraftumsetzmechanismus vorgesehen, der eine Antriebskraft des Ventilelements relativ zu der Antriebskraft des sich bewegenden Elements zwischen dem Ventilelement, das durch eine elektromagnetische Kraft betätigt wird, und dem Ventilelement vergrößert oder verkleinert und der Kraftumsetzmechanismus ist mit dem Gelenk versehen, das einen Hebelstützpunkt, einen Kraft(einleit)punkt, einen Aktionspunkt aufweist und das bewegende Element veranlasst, mit dem Kraftpunkt derart in Kontakt zu gelangen, dass das Ventilelement mit dem Aktionspunkt in Kontakt gelangt.

Wenn der Abstand zwischen dem Hebelstützpunkt und dem Aktionspunkt größer ist als derjenige zwischen dem Hebelstützpunkt und dem Kraftpunkt, wird die Antriebskraft des Kolbens auf Seiten des Ventilelements im Vergleich zu der Antriebskraft des Kolbens auf Seiten des sich bewegenden Elements verkleinert. Wenn der Abstand zwischen dem Hebelstützpunkt und dem Aktionspunkt kleiner ist als derjenige zwischen dem Hebelstützpunkt und dem Kraftpunkt, wird die Antriebskraft des Kolbens auf Seiten des Ventilelements im Vergleich zu der Antriebskraft des Kolbens auf Seiten des sich bewegenden Elements vergrößert.

Gemäß dem fünften Aspekt der Erfindung kann die Antriebskraft des Ventilelements vergrößert oder verkleinert werden, ohne einen großen Strom fließen lassen zu müssen. Da eine Hydraulik-Drucksteuervorrichtung oder dergleichen (im Gegensatz zum Stand der Technik) nicht eingesetzt wird, wird der Aufbau einfach und die Herstellungskosten können herabgesetzt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielhaft näher erläutert; in dieser zeigen:
Fig. 1A bis 1C schematisch den Aufbau eines solenoidbetätigten Ventils 10 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2A bis 2C Diagramme von Zylindern 26, 26' eines solenoidbetätigten Ventils 20 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 3A bis 3C Diagramme eines Zylinders 36 eines solenoidbetätigten Ventils 30 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 4A bis 4C Diagramme eines Zylinders 36 eines solenoidbetätigten Ventils 40 gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 5A bis 5C Diagramme eines Zylinders 36 eines solenoidbetätigten Ventils 50 gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 6A bis 6C schematisch den Aufbau eines solenoidbetätigten Ventils 60 einer Ausführungsform, die sich von dem solenoidbetätigten Ventil 50 gemäß der vorliegenden Erfindung unterscheidet,
Fig. 7 ein Diagramm eines solenoidbetätigten Ventils 90 gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 8A bis 8C schematisch den Aufbau eines solenoidbetätigten Ventils 70 gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 9A bis 9C Diagramme zur Erläuterung eines "Hebelstützpunkts", eines "Kraft(einleit)punkts" und eines "Aktionspunkts" in den Zuständen gemäß Fig. 8A bis 8C auf derselben Linie durch Projizieren derselben in Betätigungsrichtung des Ventilelements, und
Fig. 10A und 10B Diagramme zur Erläuterung des Arbeitsprinzips des solenoidbetätigten Ventils.
Bei den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird angenommen, dass die jeweiligen solenoidbetätigten Ventile als Auslassventile eingesetzt werden. Sie können jedoch auch als Ansaugventile genutzt werden.
Fig. 1A bis 1C zeigen schematisch den Aufbau des solenoidbetätigten Ventils 10 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Im einzelnen zeigen Fig. 1A bis 1C aufeinander folgend einen Ventilöffnungsvorgang des solenoidbetätigten Ventils.
Das Arbeitsprinzip des solenoidbetätigten Ventils wird erläutert, bevor sein Aufbau und seine Wirkung erläutert werden.
Fig. 10A und 10B zeigen Diagramme zur Erläuterung des Arbeitsprinzips des solenoidbetätigten Ventils 10.
Wie in Fig. 10A gezeigt, wird davon ausgegangen, dass eine Hydraulikkammer 105 einen Hydraulikdruck aufweist, dass ein Kolben auf der Seite eines Ankers 104 eine Druckaufnahmefläche S1 aufweist, dass ein Kolben auf der Seite eines Ventilelements 101 eine Druckaufnahmefläche S2 aufweist, und dass der Anker 104 zwangsweise in die Hydraulikkammer gedrängt wird. Die Kraft, die erforderlich ist, den Anker 104 in die Hydraulikkammer 105 zu schieben, d. h. die Antriebskraft für den Anker 104 beträgt F1 = S1.P. Wenn der Anker 104 in die Hydraulikkammer 105 zwangsweise eingeführt wird, wird das Ventilelement 101 aus der Hydraulikkammer 105 zwangsweise herausgeführt. Zu diesem Zeitpunkt wirkt die Kraft F2 = S2.P auf das Ventilelement 101. Wenn es erwünscht ist, dass F1 < F2, kann S1.P < S2. gewählt werden, d. h. S1 < S2.
Wie in Fig. 10B gezeigt, wird davon ausgegangen, dass der Anker 104 in die Hydraulikkammer 105 zwangsweise geführt wird, dass der Kolben auf der Seite des Ankers 104 ein Verschiebungsausmaß ΔL1 aufweist, und dass der Kolben auf der Seite des Ventilelements 101 ein Verschiebungsausmaß ΔL2 aufweist. Der Anker 104 in der Hydraulikkammer 105 weist eine Volumenzunahme von ΔV1 = ΔL1.S1 auf, und das Ventilelement 101 in der Hydraulikkammer 105 weist eine Volumenabnahme von ΔV2 = ΔL2.S2 auf. Wenn die Hydraulikkammer 105 luftdicht verschlossen ist, ist das Volumen V des Druckes konstant, wodurch die Beziehung ΔV1 = ΔV2, d. h. ΔL1.S1 = ΔL2.S2 gilt. Falls erwünscht ist, dass ΔL1 < ΔL2, gilt S2 < S1.
Wenn S1 < S2 gilt, führt dies dazu, dass F1 < F2 und ΔL1 > ΔL2, und wenn S1 > S2 gilt, führt dies zu F1 > F2 und ΔL1 < ΔL2.
Die vorliegende Erfindung sieht eine Vergrößerung bzw. Erhöhung der Antriebskraft des Ventilelements vor, wenn das Ventil bei einem Innendruck der Verbrennungskammer geöffnet wird, und eine Vergrößerung des Verschiebungsausmaßes des Ventilelements, wenn der Innendruck der Verbrennungskammer kleiner wird, nachdem das Ventil geöffnet wurde. Das solenoidbetätigte Ventil 10 in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform ist so ausgelegt, dass es eine Druckaufnahmefläche für jeden Kolben derart aufweist, dass die Antriebskraft des Ventilelements größer wird, wenn das Ventil geöffnet ist, und dass das Verschiebungsausmaß des Ventilelements größer wird, nachdem das Ventil geöffnet ist. Das solenoidbetätigte Ventil 10 wird nunmehr erläutert.
Das solenoidbetätigte Ventil 10 weist ein Ventilelement 11 auf, das mit einer Verbrennungskammer 1 und einem Austrag- bzw. Abgaspfad 2 in Übereinstimmung mit dem Ventilöffnungsvorgang in Verbindung steht, und diese in Übereinstimmung mit dem Ventilschließvorgang trennt, einen ringförmigen Elektromagneten 12, einen kreisringförmigen Elektromagneten 13, der zu dem ringförmigen Elektromagneten 12 weisend angeordnet ist, einen Anker 14, der durch Magnetisierung der Elektromagnetik 12, 13 betätigt ist, und einen Zylinder 16, der zwischen dem Ventilelement 11 und dem Anker 14 angeordnet ist, um eine Kraft zwischen dem Ventilelement 11 und dem Anker 14 durch das Drucköl einer Hydraulikkammer 15 zu erzeugen bzw. aufzunehmen.
Das Ventilelement 11 weist einen Kopf 11a auf, der an der Verbindung zwischen der Verbrennungskammer 1 und dem Auslasspfad 2 angeordnet ist, und einen Kolben 11b auf Seiten des Ventilelements bzw. einen ventilseitigen Kolben 11b, der in der Hydraulikkammer 12 hin- und herläuft. Der ventilelementseitige Kolben 11b empfängt den Hydraulikdruck der Hydraulikkammer 15 durch einen Druckaufnahmeabschnitt 11c. Die Kraft des Drucköls der Hydraulikkammer 15 wirkt demnach auf das Ventilelement 11 ein. Das Ventilelement 11 wird in Richtung auf den Zylinder 16 durch eine Feder gedrängt gehalten.
Der Elektromagnet 12 umfasst eine kreisförmige Magnetsubstanz 12a und eine Wicklung 12b, die in der Magnetsubstanz 12a angeordnet ist. In ähnlicher Weise umfasst der Elektromagnet 13 eine kreisringförmige Magnetsubstanz 13a und eine Wicklung 13b, die in der Magnetsubstanz 13a angeordnet ist.
Der Anker 14 weist eine kreisförmige Platte 14a auf, die zwischen dem Elektromagneten 12 und dem Elektromagneten 13 angeordnet ist, und einen Kolben 14b auf Seiten des Ankers bzw. einen ankerseitigen Kolben 14b, der in der Hydraulikkammer 15 hin- und herläuft und einen Durchmesser aufweist, der kleiner ist als derjenige des ventilelementseitigen Kolbens 11b. Bei der Platte 14b handelt es sich um eine Magnetsubstanz, die durch den Elektromagneten 12 angezogen wird, wenn ein Strom zu der bzw. in die Wicklung 12b fließt, und die durch den Elektromagneten 13 angezogen wird, wenn der Strom zu der bzw. in die Wicklung 13b fließt. Der ankerseitige Kolben 14b empfängt den Hydraulikdruck der Hydraulikkammer 15 durch einen Druckaufnahmeabschnitt 14c, der eine Druckaufnahmefläche aufweist, die kleiner ist als diejenige des Druckaufnahmeabschnitts 11c des ventilelementseitigen Kolbens 11b. Die Anziehung des Elektromagneten 12 bzw. des Elektromagneten 13 und die Kraft durch das Drucköl der Hydraulikkammer 15 wirken auf den Anker 14. Der Anker 14 wird in Richtung auf den Zylinder 16 durch eine Feder gedrängt bzw. vorgespannt gehalten.
Der Zylinder 16 weist ein Ventilelementgleitloch 16a auf, durch das der ventilelementseitige Kolben 11b gleitet, ein Ankergleitloch 16b, durch das der ankerseitige Kolben 14b gleitet, und die Hydraulikkammer 15. Das Ventilelementgleitloch 16a und das Ankergleitloch 16b befinden sich in Verbindung mit der Hydraulikkammer 15, und der ventilelementseitige Kolben 11b und der ankerseitige Kolben 14b gleiten in den Löchern 16a bzw. 16b. Ein großer Kolben 17, der in der Zeichnung in Aufwärtsrichtung gleitet, d. h. in Richtung auf den Anker 14 (nachfolgend als "Aufwärtsrichtung" bezeichnet) und der in der Zeichnung abwärts gleitet, d. h. in Richtung auf das Ventilelement 11 (nachfolgend als die "Abwärtsrichtung" bezeichnet), ist in der Hydraulikkammer 15 angeordnet.
Ein durchmessergroßes Loch 17a, welches denselben Durchmesser aufweist wie das Ankergleitloch 16b, und in welchem der ankerseitige Kolben 14b frei zu gleiten vermag, ist über dem großen Kolben 17 angeordnet, und ein durchmesserkleines Loch 17b mit einem Durchmesser kleiner als derjenige des durchmessergroßen Lochs 17a ist unter dem großen Kolben 17 angeordnet. Das durchmessergroße Loch 17a und das durchmesserkleine Loch 17b stehen gegenseitig in Verbindung. Der große Kolben 17 empfängt den Hydraulikdruck der Hydraulikkammer 15 durch einen Druckaufnahmeabschnitt 17c, der eine Druckaufnahmefläche aufweist, die größer ist als diejenige des Druckaufnahmeabschnitts 11c des ventilelementseitigen Kolbens 11b.
Die Arbeitsweise des solenoidbetätigten Ventils 10 wird nunmehr unter Bezug auf das Fig. 1A bis 1C erläutert.
Wenn der Strom zu der Wicklung 13b unterbrochen wird, und wenn der Strom zu der Wicklung 12b fließt, wird die Platte 14a des Ankers 14 durch den Elektromagneten 12 angezogen. Da die Anziehung des Elektromagneten 12 größer ist als die Federkraft, die auf den Anker 14 einwirkt, gelangt die Platte 14a in Kontakt mit dem Elektromagneten 12. Zu diesem Zeitpunkt nimmt der große Kolben 17 den Hydraulikdruck der Hydraulikkammer 15 auf und kommt am oberen Hub-Ende zu liegen. Das Ventilelement 11 kommt am oberen Hub-Ende durch die Federkraft zu liegen. Zu diesem Zeitpunkt trennt der Kopf 11a des Ventilelements 11 die Verbrennungskammer 1 von dem Auslasspfad bzw. Abgaspfad 2. Dieser Zustand ist in Fig. 1A gezeigt.
Wenn der Strom zu der Wicklung 12b unterbrochen wird und der Strom zu der Wicklung 13b fließt, wird die Platte 14a des Ankers 14 durch den Elektromagneten 13 angezogen. Der Anker 14 wird deshalb nach unten bewegt und der ankerseitige Kolben 14b wird in das durchmessergroße Loch 17a des großen Kolbens 17 gedrängt bzw. zwangsweise eingeführt. Die Betätigung des ankerseitigen Kolbens 14b überträgt die Antriebskraft des Ankers zu dem Ventilelement 11 durch das Drucköl der Hydraulikkammer 15. Der ventilelementseitige Kolben 11b wird deshalb aus der Hydraulikkammer 15 herausgedrängt. Der Kopf 11a des Ventilelements 11 wird daraufhin nach unten bewegt, um die Verbindung der Verbrennungskammer 1 mit dem Auslasspfad 12 zu ermöglichen. Die abwärts gerichtete Bewegung des Ankers 14 führt dazu, dass der Druckaufnahmeabschnitt 14c in Kontakt mit dem Ende des durchmessergroßen Lochs 17a gelangt. Dieser Zustand ist in Fig. 1b gezeigt.
Ausgehend von dem Zeitpunkt, zu welchem der ankerseitige Kolben 14b beginnt, sich ausgehend vom oberen Hub-Ende zu bewegen, bis zu dem Zeitpunkt, wenn er das Ende des durchmessergroßen Lochs 17a erreicht, wird das Drucköl der Hydrauükkammer 15 durch den Druckaufnahmeabschnitt 14c des ankerseitigen Kolbens 14b verdrängt. Dieses Drucköl verschiebt den Druckaufnahmeabschnitt 11c des ventilseitigen Kolbens 11b. Die Druckaufnahmefläche des Druckaufnahmeabschnitts 11c ist größer als diejenige des Druckaufnahmeabschnitts 14c, so dass das Verschiebungsausmaß des Ventilelements 11 kleiner wird als dasjenige des Ankers 14. Die Kraft, welche ausgehend vom ankerseitigen Kolben 14b zu dem ventilelementseitigen Kolben 11b durch das Drucköl übertragen wird, wird groß. Mit anderen Worten, wird die Antriebskraft des Ventilelements 11 größer als diejenige des Ankers 14.
Wenn der Druckaufnahmeabschnitt 14c des Ankers 14 das Ende des durchmessergroßen Lochs 17a erreicht, werden der Anker 14 und der großen Kolben 17 zusammengeschlossen bzw. bilden (vorübergehend) ein gemeinsames Teil. Wenn der ankerseitige Kolben 14b sich nach unten bewegt, veranlasst der große Kolben 17 die Hydraulikkammer 15 dazu, nach unten bzw. abwärts zu gleiten, und der ventilelementseitige Kolben 11b wird nach unten bewegt. Die jeweiligen Kolben 11b, 14 bis 17 werden dadurch so bewegt, dass sie die unteren Hub-Enden erreichen. Dieser Zustand ist in Fig. 1C gezeigt.
Bis der ankerseitige Kolben 14b ausgehend von dem Ende des durchmessergroßen Lochs 17a das untere Hub-Ende erreicht, wird das Drucköl der Hydraulikkammer 15 durch den Druckaufnahmeabschnitt 14c des ankerseitigen Kolbens 14b und des Druckaufnahmeabschnitts 11c des großen Kolbens 17 verdrängt, und der Druckaufnahmeabschnitt 11c des ventilelementseitigen Kolbens 11b wird durch das Drucköl verschoben. Da die Druckaufnahmefläche des Druckaufnahmeabschnitts 11c kleiner ist als diejenige des Druckaufnahmeabschnitts 17c, wird das Verschiebungsausmaß des Ventilelements 11 größer als dasjenige des Ankers 14. Die Kraft, die ausgehend vom ankerseitigen Kolben 14b auf den ventilelementseitigen Kolben 11b durch das Drucköl übertragen wird, wird klein. Mit anderen Worten wird die Antriebskraft des Ventilelements kleiner als diejenige des Ankers 14. Das solenoidbetätigte Ventil 10 vermag die Antriebskraft des Ventilelements 11 größer zu machen als diejenige des Ankers 14, ohne dass ein großer Strom fließen gelassen werden muss, wenn das Ventil bei hohem Innendruck der Verbrennungskammer 1 geöffnet wird. Der Öffnungsvorgang des Ventilelements 11 kann gleichmäßig erfolgen. Das Verschiebungsausmaß des Ventilelements 11 kann größer gemacht werden als dasjenige des Ankers 11, ohne dass ein großer Strom fließen gelassen werden muss, nachdem der Innendruck der Verbrennungskammer 1 abgenommen hat, so dass eine Gasansaugöffnung und eine Gasaustragöffnung große Öffnungsquerschnitte aufweisen. Das solenoidbetätigte Ventil 10 besitzt einen einfachen Aufbau, weil eine Hydraulikdrucksteuervorrichtung oder dergleichen (im Gegensatz zum Stand der Technik) nicht erforderlich ist, und die Herstellungskosten können abgesenkt sein.
Fig. 2A, 2B zeigen Diagramme eines Zylinders 26 eines solenoidbetätigten Ventils 20 in Übereinstimmung mit der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2A zeigt ein Diagramm eines Zustands, demnach der ankerseitige Kolben 14b, ein großer Kolben 27 und der ventilelementseitige Kolben 11b an den oberen Hub- Enden zu liegen kommen, und demnach das Drucköl ein kleines Volumen einnimmt.
Fig. 2B zeigt ein Diagramm eines Zustands, demnach der ankerseitige Kolben 14b, der große Kolben 27 und der ventilelementseitige Kolben 11b an den unteren Hub- Enden zu liegen kommen, und demnach das Drucköl ein großes Volumen einnimmt. In dem solenoidbetätigten Ventil 20 wird der Zylinder 26 anstelle des Zylinders 16 des solenoidbetätigten Ventils 10 verwendet. Fig. 2A bis 2C zeigen ausschließlich diejenigen Abschnitte, die sich von denjenigen des solenoidbetätigten Ventils unterscheiden.
Eine Hydraulikkammer 25 des Zylinders 26 ist mit einem großen Kolben 27 versehen, der in Auf- und Abwärtsrichtung gleitbeweglich ist. Wie in Fig. 2A gezeigt, ist der große Kolben 27 mit einem Öldurchlass 27d verbunden, der mit den Hydraulikkammern 25 in Verbindung steht, wenn der ankerseitige Kolben 14b am oberen Hub-Ende (Totpunkt) zu liegen kommt. Der Zylinder 26 ist außerdem mit einem Rückschlagventil 16a versehen, das den Öldurchlass 27d mit einer Auslassöffnung verbindet, wenn der große Kolben 27 das obere Hub-Ende erreicht, und mit einem Öldurchlass 26b, der mit der Hydraulikkammer 25 in Verbindung gelangt, wenn der ventilelementseitige Kolben 11b das untere Hub-Ende (Totpunkt) erreicht. Die Eingangsöffnung des Rückschlagventils 26a und der Öldurchlass 26b sind mit einer nicht gezeigten Ölpumpe verbunden. Ein Motor ist mit einer Ölpumpe zu Schmierzwecken versehen.
Wenn das Drucköl ausleckt, was zu einer Verringerung des Volumens der Hydraulikkammer 25 führt, wird der Druck des Öls von der Ölpumpe größer als derjenige der Hydraulikkammer 25, so dass das Rückschlagventil 26a geöffnet wird, um Drucköl von der Ölpumpe in die Hydraulikkammer 25 fließen zu lassen. Das Rückschlagventil 26a wird geschlossen, wenn der Druck des Öls von der Ölpumpe gleich demjenigen der Hydraulikkammer 25 wird, und das Drucköl wird daran gehindert, in die Hydraulikkammer 25 zu fließen.
Wenn das Volumen der Hydraulikkammer 25 durch wärmebedingte Ausdehnung des Hydrauliköls größer wird, wird das Ventilelement 11 übermäßig nach außen geschoben, so dass der Tank und die Hydraulikkammer gegenseitig durch den Öldurchlass 26b verbunden werden und das Drucköl fließt von der Hydraulikkammer 25 zum bzw. in den Tank. Der ventilelementseitige Kolben 11b wird in Aufwärtsrichtung verschoben, wenn das Drucköl geringer wird. Der Öldurchlass 26b wird geschlossen, um zu verhindern, dass Drucköl zum Tank fließt.
Eine Volumenänderung des Drucköls, hervorgerufen durch Leckage oder Wärmeausdehnung kann dadurch durch den Zylinder 26 absorbiert werden.
Wie in Fig. 2C gezeigt, kann ein Zylinder 26' mit einem Rückschlagventil 26a' vorgesehen sein, um die Hydraulikkammer 25 mit dem Tank in Verbindung zu bringen, wenn der große Kolben 27 am oberen Hub-Ende zu liegen kommt.
Die solenoidbetätigten Ventile 10, 20 weisen den ventilelementseitigen Kolben 11b, den ankerseitigen Kolben 14b und den großen Kolben 17 auf, die auf derselben Achse zu liegen kommen, wobei die jeweiligen Kolben jedoch nicht auf derselben Achse zu liegen kommen. Beispielsweise kann die Konfiguration so getroffen sein, dass der ankerseitige Kolben und der ventilelementseitige Kolben in Richtungen betätigt sind, dass sie sich gegenseitig nicht rechtwinklig schneiden. Die Konfiguration kann außerdem so getroffen sein, dass der ankerseitige Kolben und der ventilelementseitige Kolben bezüglich ihrer axialen Richtung derart geändert sind, dass sie in parallelen Richtungen arbeiten. Beispielsweise kann das solenoidbetätigte Ventil 30 mit seinen jeweiligen Kolben nicht auf derselben Achse liegen, wie nachfolgend erläutert.
Fig. 3A bis 3C zeigen Diagramme eines Zylinders 26 des solenoidbetätigten Ventils 30 in Übereinstimmung mit der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 3A bis 3C zeigen aufeinanderfolgend einen Ventilöffnungsvorgang des solenoidbetätigten Ventils 30. Das solenoidbetätigte Ventil 30 nutzt den Zylinder 36 anstelle des Zylinders 16 des solenoidbetätigten Ventils 10. Fig. 3A bis 3C zeigen ausschließlich Abschnitte, die sich von dem solenoidbetätigten Ventil 10 unterscheiden. Das Arbeitsprinzip des solenoidbetätigten Ventils 30 ist dasselbe wie dasjenige des solenoidbetätigten Ventils 10.
Der Zylinder 26 weist ein Ventilelementgleitloch 36a auf, in welchem der ventilelementseitige Kolben 11b gleitet. Ein erstes Kolbengleitloch 36b, in welchem ein erster Kolben 37 gleitet, ein zweites Kolbengleitloch 36c, in welchem ein zweiter Kolben 38 gleitet, und eine Hydraulikkammer 35. Das Ventilelementgleitloch 36a, das erste Kolbengleitloch 36b und das zweite Kolbengleitloch 36c stehen mit der Hydraulikkammer 35 in Verbindung. Der ventilelementseitige Kolben 11b, der erste Kolben 37 und der zweite Kolben 38 gleiten jeweils in den vorstehend genannten Gleitlöchern. Die Druckaufnahmefläche des Druckaufnahmeabschnitts 11c des ventilelementseitigen Kolbens 11b ist größer als diejenige des Druckaufnahmeabschnitts 37c des Kolbens 37 und kleiner als diejenige eines Druckaufnahmeabschnitts 38c des zweiten Kolbens 38.
Der erste Kolben 37 und der zweite Kolben 38, die auf- und abwärts laufen, stehen teilweise aus dem Zylinder 36 vor. Ein Ende des ersten Kolbens 37 ist mit einem Ende 34a eines Ankers 34 verbunden. Die abwärts gerichtete Bewegung des Ankers 34 führt dazu, dass ein Ende des zweiten Kolbens 38 in Kontakt mit dem Ende 34a des Ankers 34 gelangt. Der erste Kolben 37 nimmt Hydraulikdruck der Hydraulikkammer 35 durch einen Druckaufnahmeabschnitt 37c auf. Der zweite Kolben 38 nimmt Hydraulikdruck von der Hydraulikkammer 35 durch den Druckaufnahmeabschnitt 38c auf.
Die Arbeitsweise des solenoidbetätigten Ventils 30 wird nunmehr unter Bezug auf Fig. 1A bis 1C und Fig. 3A bis 3C erläutert.
Wenn ein Strom zu der Wicklung 13b unterbrochen wird und wenn ein Strom zu der Wicklung 12b fließt, kommt der Anker 34 am oberen Hub-Ende in derselben Weise zu liegen wie im solenoidbetätigten Ventil 10, das in Fig. 1A gezeigt ist. Zu diesem Zeitpunkt kommen der zweite Kolben 38 und der veintilelementseitige Kolben 11b an den oberen Hub-Enden zu liegen. Dieser Zustand ist in Fig. 3A gezeigt.
Wenn ein Strom zu der Wicklung 13b unterbrochen wird und ein Strom zu der Wicklung 13b fließt, wird der Anker 34 in Abwärtsrichtung in derselben Weise bewegt wie im solenoidbetätigten Ventil 10, das in Fig. 1B gezeigt ist, so dass der erste Kolben 37 in die Hydraulikkammer 35 gedrängt wird. Die Betätigung des ersten Kolbens 37 überträgt die Antriebskraft des Ankers 34 auf das Ventilelement 11 durch das Drucköl der Hydraulikkammer 35. Der ventilelementseitige Kolben 11b wird daraufhin aus der Hydraulikkammer 35 herausgeschoben. Der Kopf 11b des Ventilelements 11 wird betätigt, um eine Verbindung der Verbrennungskammer 1 mit dem Auslasspfad 2 bereitzustellen.
Wenn der Anker 34 nach unten bewegt wird, erreicht das Ende 34a den zweiten Kolben 38. Dieser Zustand ist in Fig. 3B gezeigt.
Ausgehend von dem Zeitpunkt, wenn das Ende 34a des Ankers 34 damit beginnt, ausgehend vom oberen Hub-Ende zu arbeiten, bis zu dem Zeitpunkt, wenn es den zweiten Kolben 38 erreicht, wird das Drucköl der Hydraulikkammer 35 durch den Druckaufnahmeabschnitt 37c des ersten Kolbens 37 verdrängt, und der Druckaufnahmeabschnitt 11c des ventilelementseitigen Kolbens 11b wird durch das Drucköl verschoben. Eine Druckaufnahmefläche des Druckaufnahmeabschnitts 11c ist größer als diejenige des Druckaufnahmeabschnitts 37c, so dass ein Verschiebungsausmaß des Ventilelements 11 kleiner wird als dasjenige des Ankers 34. Die Kraft, die von dem ersten Kolben 37 auf den ventilelementseitigen Kolben 11b durch das Drucköl übertragen wird, wird groß. Mit anderen Worten wird die Antriebskraft des Ventilelements 11 größer als diejenige des Ankers 34.
Wenn das Ende 34a des Ankers 34 in Kontakt mit dem zweiten Kolben 38 gelangt, bilden der Anker 34, der erste Kolben 37 und der zweite Kolben 38 eine integrale Struktur bzw. sind zusammengeschlossen. Der erste Kolben 37 und der zweite Kolben 38 werden zusammen mit der Abwärtsbewegung des Ankers 34 nach unten bewegt. Die jeweiligen Kolben 11b, 37, 38 werden dadurch so bewegt, dass sie die unteren Hub-Enden erreichen. Dieser Zustand ist in Fig. 13 gezeigt.
Ausgehend von dem Zeitpunkt, wenn das Ende 34a des Ankers 34 in Kontakt mit dem zweiten Kolben 38 gelangt, bis zu dem Zeitpunkt, wenn es das untere Hub-Ende erreicht, wird das Drucköl der Hydraulikkammer 35 durch den Druckaufnahmeabschnitt 37c des ersten Kolbens 37 und den Druckaufnahmeabschnitt 38c des zweiten Kolbens 38 verdrängt. Der Druckaufnahmeabschnitt 11c des ventilseitigen Kolbens 11b wird durch das Drucköl verschoben. Die Druckaufnahmefläche des Druckaufnahmeabschnitts 11c ist kleiner als die Gesamtfläche aus der Druckaufnahmefläche des Druckaufnahmeabschnitts 11c und derjenigen des Druckaufnahmeabschnitts 38c, so dass das Verschiebungsausmaß des Ventilelements 11 größer wird als dasjenige des Ankers 34. Die Kraft, die vom ersten Kolben 37 und dem zweiten Kolben 38 auf dem ventilelementseitigen Kolben 11b durch das Drucköl übertragen wird, wird klein. Mit anderen Worten wird die Antriebskraft des Ventilelements 11 kleiner als diejenige des Ankers 34.
Durch das solenoidbetätigte Ventil 30 kann die Antriebskraft des Ventilelements 11 größer gemacht werden als diejenige des Ankers 34, ohne dass ein großer Strom fließen gelassen werden muss, wenn das Ventil bei hohem Innendruck der Verbrennungskammer 1 geöffnet wird und der Ventilöffnungsvorgang des Ventilelements 11 kann gleichmäßig durchgeführt werden. Das Verschiebungsausmaß des Ventilelements 11 kann größer gemacht werden als dasjenige des Ankers 34, ohne dass ein großer Strom fließen gelassen werden muss, nachdem der Innendruck der Verbrennungskammer 1 abgenommen hat, so dass die Gasansaugöffnung und die Gasauslassöffnung große Öffnungsquerschnitte besitzen. Das solenoidbetätigte Ventil 30 kann außerdem einen einfachen Aufbau haben, weil es keine Hydraulikdruck- Steuervorrichtung oder dergleichen (wie im Stand der Technik) aufweist, und seine Herstellungskosten können verringert sein.
Fig. 4A bis 4C zeigen Strukturdiagramme eines solenoidbetätigten Ventils 40 in Übereinstimmung mit der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Fig. 4A bis 4C zeigen aufeinanderfolgend einen Ventilöffnungsvorgang des solenoidbetätigten Ventils 14. Gleiche Bezugsziffern werden verwendet, um gleiche Bestandteile zu bezeichnen, die in den in Fig. 1 gezeigten solenoidbetätigten Ventil 10 verwendet sind. Das solenoidbetätigte Ventil 40 beruht auf demselben Arbeitsprinzip wie das solenoidbetätigte Ventil 10.
Ein Ventilelement 41 weist einen Kopf 41a auf, der an einer Verbindung der Verbrennungskammer 1 mit dem Auslasspfad 2 zu liegen kommt, einen ventilelementseitigen Kolben 41b, der in einer Hydraulikkammer 45 des Zylinders 46 betrieben wird, und eine Kerbe 41d auf seiner Seite. Die Druckaufnahmefläche des Druckaufnahmeabschnitts 41c des ventilelementseitigen Kolbens 41b ist kleiner als diejenige des Druckaufnahmeabschnitts 14c des ankerseitigen Kolbens 14b.
Der Zylinder 46 weist ein Ventilelementgleitloch 46a auf, in welchem der ventilelementseitige Kolben 41b gleitet, ein Ankergleitloch 46b, in welchem der ankerseitige Kolben 14b gleitet und eine Hydraulikkammer 45. Das Ventilelementgleitloch 46a und das Ankergleitloch 46b stehen mit der Hydraulikkammer 45 in Verbindung und ermöglichen es, dass der ventilelementseitige Kolben 41b und der ankerseitige Kolben 14b darin gleiten. Die Hydraulikkammer 45 steht mit einer Ausgangsöffnung eines Rückschlagventils 48 durch einen Öldurchlass 47 in Verbindung und das Rückschlagventil 48 weist eine Eingangsöffnung auf, die mit einem Tank durch einen Öldurchlass 49 in Verbindung steht. Das Ventilelementgleitloch 46a steht mit dem Tank durch den Öldurchlass 49 in Verbindung.
Die Arbeitsweise des solenoidbetätigten Ventils 40 wird nunmehr unter Bezug auf Fig. 4A bis 4C erläutert.
Wenn ein Strom zu der Wicklung 13b unterbrochen wird und ein Strom zu der Wicklung 12b fließt, kommt das Ventilelement 41 am oberen Hub-Ende zu liegen. Zu diesem Zeitpunkt trennt der Kopf 41a des Ventilelements 41 die Verbrennungskammer 1 vom Ausgangsdurchlass 2. Der Druckaufnahmeabschnitt 14c des ankerseitigen Kolbens 14b und der Druckaufnahmeabschnitt 41c des ventilelementseitigen Kolbens 41b gelangen in Kontakt mit einander und die Hydrauükkammer 45 und der Öldurchlass 49 werden durch die Kerbe 41d und das Ventilelementgleitloch 46a mit einander in Verbindung gebracht. Die Hydraulikkammer 45 und der Tank werden deshalb miteinander in Verbindung gebracht. Dieser Zustand ist in Fig. 4A gezeigt.
Wenn ein Strom zu der Wicklung 12b unterbrochen wird und ein Strom zu der Wicklung 13b fließen gelassen wird, wird der Anker 14 abwärts bzw. nach unten bewegt, und der ankerseitige Kolben 14b wird in die Hydraulikkammer 45 gedrängt. Zu diesem Zeitpunkt wird die Hydraulikkammer 45 mit dem Tank in Verbindung gebracht. Der Hydraulikdruck der Hydraulikkammer 45 kann deshalb außer Betracht bleiben, der ankerseitige Kolben 45b und der ventilelementseitige Kolben 41b werden integral bewegt und der ventilelementseitige Kolben 41b wird aus der Hydraulikkammer 45 geschoben. Der Kopf 41a des Ventilelements 41 wird abwärts bzw. nach unten bewegt und die Verbrennungskammer 1 wird mit dem Auslasspfad 2 in Verbindung gebracht.
Wenn das Ventilelement 41 nach unten bewegt wird, wird die Öffnungsquerschnittsfläche der Kerbe 41d in der Hydraulikkammer 45 allmählich verengt und geschlossen, wenn das Ventilelement 41 nach unten bewegt wird. Die Hydraulikkammer 45 und der Tank werden dadurch voneinander getrennt. Dieser Zustand ist in Fig. 4B gezeigt.
Wenn die Kerbe 41d geschlossen ist, ist die Hydraulikkammer 45 dicht verschlossen. Das Drucköl der Hydraulikkammer 45 wird durch den Druckaufnahmeabschnitt 14c des ankerseitigen Kolbens 14b bei der Bewegung des Ankers 14 verdrängt. Der Druckaufnahmeabschnitt 41c des ventilelementseitigen Kolbens 41b wird durch das Drucköl verschoben. Da die Druckaufnahmefläche des Druckaufnahmeabschnitts 41c kleiner ist als diejenige des Druckaufnahmeabschnitts 14c, wird das Verschiebungsausmaß des Ventilelements 41 größer als dasjenige des Ankers 14. Die von dem ankerseitigen Kolben 14b zu dem ventilelementseitigen Kolben 41b durch das Drucköl zu übertragende Kraft wird klein. Mit anderen Worten wird die Antriebskraft des Ventilelements 41 kleiner als diejenige des Ankers 14. Die jeweiligen Kolben 41b, 14b werden deshalb derart bewegt, dass sie die jeweiligen unteren Hub-Enden erreichen. Dieser Zustand ist in Fig. 4C gezeigt.
Das solenoidbetätigte Ventil 40 vermag das Verschiebungsausmaß des Ventilelements 41 größer zu machen als dasjenige des Ankers 14, ohne dass ein großer Strom fließen gelassen werden muss, nachdem der Innendruck der Verbrennungskammer 1 kleiner geworden ist, so dass die Öffnungsquerschnitte der Gasansaugöffnung und der Gasaustragöffnung groß werden. Das solenoidbetätigte Ventil 40 besitzt einen einfachen Aufbau und seine Herstellungskosten können verringert werden, weil es keine Hydraulikdruck-Steuervorrichtung oder dergleichen (im Gegensatz zum Stand der Technik) aufweist.
Fig. 5A bis 5C zeigen Strukturdiagramme eines solenoidbetätigten Ventils 50 in Übereinstimmung mit der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Fig. 5A bis 5C zeigen aufeinanderfolgend einen Ventilöffnungsvorgang des solenoidbetätigten Ventils 50. Ähnliche Bezugsziffern werden verwendet, um ähnliche Bestandteile zu bezeichnen, die für das in Fig. 1 gezeigte solenoidbetätigte Ventil 10 verwendet werden oder für das in Fig. 4 gezeigte solenoidbetätigte Ventil 40. Das solenoidbetätigte Ventil 50 weist dasselbe Arbeitsprinzip auf wie das solenoidbetätigte Ventil 10.
Das Ventilelement 51 weist einen Kopf 51a auf, der an der Verbindung der Verbrennungskammer 1 mit dem Auslasspfad 2 zu liegen kommt, und einen ventilelementseitigen Kolben 51b, der in einer Hydraulikkammer 55 eines Zylinders 56 arbeitet. Die Querschnittsfläche des ventilelementseitigen Kolbens ist in Richtung seines Durchmessers kleiner als die Druckaufnahmefläche des Druckaufnahmeabschnitts 14c des ankerseitigen Kolbens 14b. Das Ventilelement 51 weist seitlich eine Kerbe 51d auf.
Der Zylinder 56 weist ein Ventilelementgleitloch 56a auf, in welchem der ventilelementseitige Kolben 51b gleitet, ein Ankergleitloch 56b, in welchem der ankerseitige Kolben 14b gleitet, und eine Hydraulikkammer 55. Die Hydraulikkammer 55 ist mit einem großen Kolben 57 versehen, der integral bzw. mit dem ventilelementseitigen Kolben 51b zusammengeschlossen wird und gemeinsam in der Hydraulikkammer 55 gleitet. Ein Teil der Hydraulikkammer 55 über dem großen Kolben 57 bildet eine erste Hydraulikkammer 55a und ein Teil der Hydraulikkammer 55 unter dem großen Kolben 57 bildet eine zweite Hydraulikkammer 55b. Die zweite Hydraulikkammer 55b steht mit einem Öldurchlass 56c in Verbindung, und der Öldurchlass 56c steht mit der ersten Hydraulikkammer 55a in Verbindung oder wird von dieser getrennt durch die Betätigung des großen Kolbens 57. Der große Kolben 57 nimmt den Hydraulikdruck der ersten Hydraulikkammer 55a durch einen Druckaufnahmeabschnitt 57c auf, der eine Druckaufnahmefläche aufweist, die größer ist als diejenige des Druckaufnahmeabschnitts 14c des ankerseitigen Kolbens 14b. Das Ventilelementgleitloch 56a steht mit dem Tank durch einen Öldurchlass 58 in Verbindung.
Die Arbeitsweise des solenoidbetätigten Ventils 50 wird nunmehr unter Bezug auf Fig. 5A bis 5C erläutert.
Wenn ein Strom zu der Wicklung 13b unterbrochen wird und ein Strom zu der Wicklung 12b fließt, kommt das Ventilelement 51 am oberen Hub-Ende zu liegen. Der Kopf 51a des Ventilelements 51 trennt daraufhin die Verbrennungskammer 1 vom Austragauslass 2. Die zweite Hydraulikkammer 55b und der Öldurchlass 58 werden durch die Kerbe 51d und das Ventilelementgleitloch 56a miteinander verbunden. Die zweite Hydraulikkammer 55b und der Tank werden deshalb gegenseitig verbunden. Die erste Hydraulikkammer 55a und der Öldurchlass 56c werden durch den großen Kolben 57 unterbrochen. Dieser Zustand ist in Fig. 5A gezeigt.
Wenn ein Strom zu der Wicklung 12b unterbrochen wird, und ein Strom zu der Wicklung 13b fließt, wird der Anker 14 abwärts bzw. nach unten bewegt, und der ankerseitige Kolben 14b wird in die erste Hydraulikkammer 55a gedrängt. Die Antriebskraft des Ankers 14 wird auf den großen Kolben 57 und das Ventilelement 51 durch die Betätigung des ankerseitigen Kolbens 14b durch das Drucköl der ersten Hydraulikkammer 55a übertragen. Daraufhin wird der ventilelementseitige Kolben 51b aus der zweiten Hydraulikkammer 55b geschoben. Der Kopf 51a des Ventilelements 51 wird nach unten bewegt, und die Verbrennungskammer 1 und der Auslasspfad 2 werden miteinander in Verbindung gebracht.
Wenn das Ventilelement 51 abwärts bzw. nach unten bewegt wird, wird der Öffnungsquerschnitt der Kerbe 51d in dem zweiten Hydraulikzylinder 55b allmählich enger gemacht und geschlossen, wenn das Ventilelement 51 sich bewegt. Die zweite Hydraulikkammer 55b und der Tank werden daraufhin voneinander getrennt. Zu diesem Zeitpunkt werden die erste Hydraulikkammer 55a und der Öldurchlass 56c miteinander in Verbindung gebracht. Dieser Zustand ist in Fig. 5B gezeigt.
Ausgehend von dem Zeitpunkt, wenn der ankerseitige Kolben 14b damit beginnt, sich ausgehend vom oberen Hub-Ende zu bewegen, bis zu dem Zeitpunkt, wenn die Kerbe 51d des Ventilelements 51 verschlossen ist, wird das Drucköl durch den Druckaufnahmeabschnitt 14c des ankerseitigen Kolbens 14b verdrängt, und der Druckaufnahmeabschnitt 57c des großen Kolbens 57 wird durch das Drucköl verschoben. Da die Druckaufnahmefläche des Druckaufnahmeabschnitts 57c größer ist als diejenige des Druckaufnahmeabschnitts 14c wird das Verschiebungsausmaß des Ventilelements 51 kleiner als dasjenige des Ankers 14. Die Kraft, die von dem ankerseitigen Kolben 14b auf den großen Kolben 57 und den ventilelementseitigen Kolben 51b durch das Drucköl übertragen wird, wird groß. Mit anderen Worten wird die Antriebskraft des Ventilelements 51 größer als diejenige des Ankers 14.
Wenn die erste Hydraulikkammer 55a und die zweite Hydraulikkammer 55b miteinander in Verbindung gebracht werden, und die Hydraulikkammer 55 dicht verschlossen wird, nimmt der große Kolben 57 die Hydraulikdrücke mit demselben Druckpegel von der ersten Hydraulikkammer 55a und der zweiten Hydraulikkammer 55b auf. Die Druckaufnahmefläche des Druckaufnahmeabschnitts 57c des großen Kolbens 57 wird deshalb im wesentlichen gleich zur Querschnittsfläche des Ventilelements 51. Der große Kolben 57 gleitet bei Abwärtsbewegung des ankerseitigen Kolbens 14b nach unten, und der ventilelementseitige Kolben 51b wird abwärts bewegt. Die jeweiligen Kolben 14b, 51b, 57 werden dadurch bewegt, um die Hub-Enden zu erreichen. Dieser Zustand ist in Fig. 5C gezeigt.
Ausgehend von dem Zeitpunkt, wenn die Verbindung zwischen der Kerbe 51d des Ventilelements 51 und der zweiten Hydraulikkammer 55b unterbrochen wird, bis zu dem Zeitpunkt, wenn das Ventilelement 51 das untere Hub-Ende erreicht, wird das Drucköl der Hydraulikkammer 55 durch den Druckaufnahmeabschnitt 14c des ankerseitigen Kolbens 14b verdrängt, wodurch wiederum der Druckaufnahmeabschnitt 57c des großen Kolbens 57 um einen Abschnitt entsprechend der Querschnittsfläche des ventilelementseitigen Kolbens 51b verschoben wird. Das Verschiebungsausmaß des Ventilelements 51 wird größer als dasjenige des Ankers 14, weil die Querschnittsfläche des ventilelementseitigen Kolbens 51b kleiner ist als diejenige des Druckaufnahmeabschnitts 14c. Die Kraft, die ausgehend vom ankerseitigen Kolben 14b auf den ventilelementseitigen Kolben 51b durch das Drucköl übertragen wird, wird klein. Mit anderen Worten wird die Antriebskraft des Ventilelements 51 kleiner als diejenige des Ankers 14.
Das solenoidbetätigte Ventil 50 vermag die Antriebskraft des Ventilelements 51 größer zu machen als diejenige des Ankers 14, ohne dass ein größerer Strom fließen gelassen werden muss, wenn das Ventil bei hohem Innendruck der Verbrennungskammer 1 offen steht, so dass ein Ventilöffnungsvorgang des Ventilelements 51 gleichmäßig ausgeführt werden kann. Das Verschiebungsausmaß des Ventilelements 51 kann größer gemacht werden als dasjenige des Ankers 14, ohne dass ein großer Strom fließen gelassen werden muss, nachdem der Innendruck der Verbrennungskammer abgenommen hat, so dass die Gasansaugöffnung und die Gasauslassöffnung große Öffnungsquerschnitte besitzen. Das solenoidbetätigte Ventil 50 besitzt einen einfachen Aufbau und seine Herstellungskosten können verringert werden, weil es keine Hydraulik-Steuervorrichtung oder dergleichen (im Gegensatz zum Stand der Technik) verwendet.
Das in Fig. 6A bis 6C gezeigte solenoidbetätigte Ventil 60 kann einen Kraft- /Verschiebungserhöhungsmechanismus aufweisen, der eine Struktur entgegengesetzt zu derjenigen des in Fig. 5 gezeigten solenoidbetätigten Ventils 50 aufweist. Insbesondere kann er so konfiguriert sein, dass ein Anker 64 und ein großer Kolben 67 integral vorliegen, um eine Querschnittsfläche des Ankers 64 kleiner zu machen als die Druckaufnahmefläche des Ventilelements 51 und eine Kerben 14d ist auf dem Anker 64 derart gebildet, dass die Hydraulikkammer 65a mit dem Tank verbunden bzw. von diesem getrennt wird durch Umschalten durch die Betätigung des Ankers 64.
Die solenoidbetätigten Ventile 10, 20, 30, 40, 50 und 60 gemäß den ersten bis fünften Ausführungsformen nutzen Hydraulikdruck. Stattdessen kann jedoch ein anderes Fluid oder auch Luftdruck verwendet werden.
In den ersten bis fünften Ausführungsformen ist das solenoidbetätigte Ventil, das den Hydraulikdruck verwendet, erläutert worden. Die solenoidbetätigten Ventile 90, 70 unter Verwendung eines Gelenks sind alternativ in den sechsten und siebten Ausführungsformen erläutert. Eine Grundausführungsform des solenoidbetätigten Ventils unter Verwendung des Gelenks ist in Fig. 7 gezeigt.
Fig. 7 zeigt ein Strukturdiagramm des solenoidbetätigten Ventils 90 in Übereinstimmung mit der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das solenoidbetätigte Ventil 90, das in Fig. 7 gezeigt ist, befindet sich in einem Ventilverschlusszustand. Ähnliche Bezugsziffern sind ähnlichen Bestandteilen des in Fig. 1 gezeigten solenoidbetätigten Ventils 10 zugeordnet.
Das solenoidbetätigte Ventil 90 umfasst Elektromagneten 12', 13, ein Ventilelement 71, einen Anker 94 und ein Gelenk 96.
Der Elektromagnet 12' umfasst eine scheibenförmige Magnetsubstanz 12'a und eine kreisringförmige Wicklung 12'b, die in der Magnetsubstanz 12'a angeordnet ist. Das Gelenk 96 weist einen hauptkörpergetragenen Abschnitt 96a auf, der durch den Körper des solenoidbetätigten Ventils 90 drehbar getragen ist, einen ankergetragenen Abschnitt 96b, der durch den Anker 94 drehbar getragen ist, und einen Ventilelement-Kontaktierungsabschnitt 96c, der sich in Kontakt mit einem Kopf 71b des Ventilelements 71 befindet. Der ankergetragene Abschnitt 96b des Gelenks 96 ist in der Betätigungsrichtung (in der Zeichnung der vertikalen Richtung) beweglich sowie in der senkrechten Richtung (horizontale Richtung in der Zeichnung) des Ankers 94. Das Gelenk 96 verschwenkt um den hauptkörpergetragenen Abschnitt 96a durch die Betätigung des Ankers 94. Wenn der ankergetragene Abschnitt 96b des Gelenks 96 durch die Aufwärtsbewegung des Ankers 94 hochgezogen wird, dient der hauptkörpergetragene Abschnitt 96a als "Hebelstützpunkt", der ankergetragene Abschnitt 96b dient als "Kraft(einleit)punkt" und ein Kontakt zwischen dem Kopf 71b des Ventilelements 71 und dem Ventilelement-Kontaktierungsabschnitt 96c dient als "Aktionspunkt". Die jeweiligen Punkte 96a bis 96c des Gelenks 96 sind derart angeordnet, dass der "Hebelstützpunkt" mittig zwischen dem "Kraftpunkt" und dem "Aktionspunkt" zu liegen kommt, und ein Abstand Lb zwischen dem "Hebelstützpunkt" und dem "Aktionspunkt" ist größer als ein Abstand La zwischen dem "Hebelstützpunkt" und dem "Kraftpunkt".
Die Arbeitsweise des solenoidbetätigten Ventils 90 wird nunmehr unter Bezug auf Fig. 7 erläutert.
Wenn ein Strom zu der Wicklung 12'b unterbrochen wird und ein Strom zu der Wicklung 13b fließt, kommt das Ventilelement 71 am oberen Hub-Ende zu liegen. Zu diesem Zeitpunkt trennt der Kopf 71a des Ventilelements 71 die Verbrennungskammer 1 von dem Auslasspfad 2.
Wenn ein Strom zu der Wicklung 13b unterbrochen wird und ein Strom zu der Wicklung 12'b fließt, wird der Anker 94 aufwärts bewegt. Der ankergetragene Abschnitt 96b bewegt sich aufwärts zusammen mit dem Anker 94, wenn der Anker 94 sich aufwärts bewegt. Zu diesem Zeitpunkt verschwenkt das Gelenk 96 um den hauptkörpergetragenen Abschnitt 96a und der Ventilelementkontaktierungsabschnitt 96c bewegt sich abwärts. Das Ventilelement 71 wird nach unten bewegt.
Wenn der Abstand Lb zwischen dem "Hebelstützpunkt" und dem "Aktionspunkt" größer als der Abstand 1a zwischen dem "Hebelstützpunkt und dem "Kraftpunkt" ist, wie in Fig. 7 gezeigt, wird das Verschiebungsausmaß des "Aktionspunkts" größer als derjenige des "Kraftpunkts". Das Verschiebungsausmaß des Ventilelements 71 wird deshalb größer als dasjenige des Ankers 94. Eine Kraft, die kleiner ist als die Kraft des "Kraftpunkts", wirkt (deshalb) auf den "Aktionspunkt". Die Antriebskraft des Ventilelements 71 wird deshalb kleiner als diejenige des Ankers 94.
Das solenoidbetätigte Ventil 90 vermag ein Verschiebungsausmaß das Ventilelement 71 größer zu machen als dasjenige des Ankers 94, ohne dass ein großer Strom fließen gelassen werden muss, so dass eine Gasansaugöffnung und eine Gasauslassöffnung großer Öffnungsquerschnitte besitzen. Das solenoidbetätigte Ventil 90 besitzt einen einfachen Aufbau und seine Herstellungskosten können verringert sein, weil es keine Hydraulik-Steuervorrichtung oder dergleichen (im Gegensatz zum Stand der Technik) nutzt.
Fig. 8A bis 8C zeigen Strukturdiagramme eines solenoidbetätigten Ventils 70 in Übereinstimmung mit der siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 8A bis 8C zeigen aufeinanderfolgend einen Ventilöffnungsvorgang des solenoidbetätigten Ventils 70. Ähnliche Bezugsziffern werden für ähnliche Bestandteile wie dem in Fig. 1 gezeigten solenoidbetätigten Ventils 10 und dem in Fig. 7 gezeigten solenoidbetätigten Ventil 90 verwendet.
Das solenoidbetätigte Ventil 70 umfasst die Elektromagneten 12, 13, das Ventilelement 71, eine Anker 74 und ein Gelenk 76.
Das Gelenk 76 weist einen hauptkörpergetragenen Abschnitt 76a auf, der durch den Körper des solenoidbetätigten Ventils 70 drehbar getragen ist, eine ankergetragenen Abschnitt 76b, der drehbar durch ein Vorderende des Ankers 74 getragen ist, und einen Außenrandabschnitt 76c, der mit dem Kopf 71b des Ventilelements 71 in Kontakt gelangt. Der ankergetragene Abschnitt 76b des Gelenks 76 kann in der Betätigungsrichtung (in der Zeichnung die Vertikalrichtung) und in der senkrechten Richtung (in der Zeichnung in der Horizontalrichtung) des Ankers 74 feinfühlig bewegt werden. Das Gelenk 76 verschwenkt um den hauptkörpergetragenen Abschnitt 76a durch die Betätigung des Ankers 74. Wenn das Gelenk 76 durch die Abwärtsbewegung des Ankers 74 verschoben wird, wird der hauptkörpergetragene Abschnitt 76a zu einem "Hebelstützpunkt", der ankergetragene Abschnitt 76b wird zu einem "Kraftpunkt" und der Kontakt zwischen dem Kopf 71b des Ventilelements 81 und dem Außenrandabschnitt 76c wird zu einem "Aktionspunkt". Die Positionsbeziehung zwischen dem "Hebelstützpunkt" und dem "Kraftpunkt" des Gelenks 76 ändert sich nicht; die Position des "Aktionspunkts" wird jedoch durch eine Betätigung des Ankers 74 verändert.
Die Arbeitsweise des solenoidbetätigten Ventils 70 wird nunmehr unter Bezug auf Fig. 8A bis 8C und Fig. 9A bis 9C erläutert.
Wenn ein Strom der Wicklung 13b unterbrochen wird und ein Strom zu der Wicklung 12b fließt, kommt das Ventilelement 71 am oberen Hub-Ende zu liegen. Zu diesem Zeitpunkt trennt der Kopf 71a des Ventilelement 71 die Verbrennungskammer 1 vom Auslasspfad 2. Der Kopf 71b des Ventilelements 71 kommt an einem Teil in der Nähe des hauptkörpergetragenen Abschnitts 76a des Gleitbereichs des Außenrandabschnitts 76c zu liegen. Dieser Zustand ist in Fig. 8A gezeigt.
Fig. 9A zeigt ein Diagramm des "Hebelstützpunkts", des "Kraftpunkts" und des "Aktionspunkts", die sich in dem Zustand von Fig. 8A befinden, auf derselben linear verlaufenden Linie, indem sie in der Betätigungsrichtung des Ventilelements positioniert sind. Wie in Fig. 9A gezeigt, kommt der "Aktionspunkt" zwischen dem "Hebelstützpunkt" und "Kraftpunkt" zu liegen, wenn sie sich in dem in Fig. 8A gezeigten Zustand befinden.
Wenn ein Strom zu der Wicklung 12b unterbrochen wird und ein Strom zu der Wicklung 13b fließt, wird der Anker 74 abwärts bewegt. Das Gelenk 76 wird abwärts bewegt, während es sich um den hauptkörpergetragenen Abschnitt 76 dreht, wenn der Anker 74 sich abwärts bewegt. Der Kopf 71b des Ventilelements 71 wird daraufhin abwärts bewegt, während er entlang dem Außenrandabschnitt 76c des Gelenks 76 gleitet. Bei der Bewegung des Gelenks 76 nimmt der Kontakt zwischen dem Kopf 71b des Ventilelements 71 und dem Außenrandabschnitt 76 allmählich ab, ausgehend vom hauptkörpergetragenen Abschnitt 76a. Fig. 8B zeigt einen Zustand, in welchem das Gelenk 76 aktiv ist, und der Kopf 71b im wesentlichen die Mitte des Betätigungsbereichs auf dem Außenrandabschnitt 76c erreicht hat.
Fig. 9B zeigt ein Diagramm des "Hebelstützpunkts" und "Kraftpunkts" und des "Aktionspunkts", die sich in dem in Fig. 8B gezeigten Zustand befinden, und zwar auf derselben linearen Linie durch Projizieren derselben in der Betätigungsrichtung des Ventilelements. Wie in Fig. 9B gezeigt, hat sich der "Aktionspunkt" in dem in Fig. 8B gezeigten Zustand in Richtung auf den "Kraftpunkt" im Vergleich zu dem in Fig. 8A gezeigten Punkt bewegt.
Das Gelenk 76 wird außerdem abwärts bewegt, wenn der Anker 74 sich abwärts bewegt. Der Kopf 71b des Ventilelements 71 entgleitet daraufhin entlang dem Außenrandabschnitt 76c des Gelenks 76 und der Kontakt des Kopfs 71b des Ventilelements 71 mit dem Außenrandabschnitt 76c bewegt sich weg von dem hauptkörpergetragenen Abschnitt 76a. Der Anker 74, das Gelenk 76 und das Ventilelement 71werden dadurch so bewegt, dass sie die Hub-Enden erreichen. Dieser Zustand ist in Fig. 8C gezeigt.
Fig. 9C zeigt ein Diagramm des "Hebelstützpunkts", das "Kraftpunkts" und des "Aktionspunkts", die sich in dem in Fig. 8 bezeigten Zustand befinden durch Projizieren derselben in der Betätigungsrichtung des Ventilelements. Wie in Fig. 9C gezeigt, befindet sich der "Aktionspunkt" außerhalb des "Hebelstützpunkts" und des "Kraftpunkts" in dem in Fig. 5C gezeigten Zustand.
Aus Fig. 9A, 9B geht hervor, dass in der ersten Hälfte des Ventilöffnungsbetätigungsbereichs des Ventilelements 71 der Kontakt zwischen dem "Aktionspunkt", d. h. dem Kopf 71b, des Ventilelements 71 und dem Außenrandabschnitt 76c zwischen dem Hebelstützpunkt", d. h. dem "hauptkörpergetragenen Abschnitt 76a, und dem "Kraftpunkt", d. h. dem ankergetragenen Abschnitt 76b befindet. Wenn der "Aktionspunkt" sich zwischen dem "Hebelstützpunkt" und dem "Kraftpunkt" befindet, wird das Verschiebungsausmaß des "Aktionspunkts" kleiner als dasjenige des "Kraftpunkts". Das Verschiebungsausmaß des Ventilelements 71 wird deshalb kleiner als dasjenige des Ankers 74. Eine Kraft, die größer ist als die Kraft des "Kraftpunkts" wirkt (deshalb) auf den "Aktionspunkt". Die Antriebskraft des Ventilelements 71 wird deshalb größer als diejenigen des Ankers 74.
Aus Fig. 9B und 9C geht hervor, dass in der zweiten Hälfte des Ventilöffnungsbetätigungsbereichs des Ventilöffnungsvorgangs der Kontakt zwischen dem "Aktionspunkt", d. h. dem Kopf 71b des Ventilelements 71, und dem Außenrandabschnitt 76c außerhalb des "Kraftpunkts", d. h. des Ankertragabschnitts 76b ausgehend vom "Hebelstützpunkt" gesehen wird, d. h. dem Hauptkörper-betragenen Abschnitt 87a. Wenn der "Aktionspunkt" außerhalb des "Kraftpunkts" zum Liegen kommt, ausgehend vom "Hebelstützpunkt" gesehen, wird das Verschiebungsausmaß des "Aktionspunkts" größer als derjenige des "Kraftpunkts". Das Verschiebungsausmaß des Ventilelements 71 wird deshalb größer als dasjenige des Ankers 74. Ein Kraft, die kleiner ist als die Kraft des "Kraftpunkts" wirkt (deshalb) auf den Aktionspunkt." Die Antriebskraft des Ventilelements 71 wird größer als diejenige des Ankers 74.
Das solenoidbetätigte Ventil 70 vermag die Antriebskraft des Ventilelements 71 größer zu machen als diejenige des Ankers 74, ohne dass ein großer Strom fließen gelassen werden muss, wenn die Öffnung des Ventils bei hohem Innendruck der Verbrennungskammer 1 erfolgt, so dass der Öffnungsvorgang des Ventilelements 71 gleichmäßig durchgeführt werden kann. Das Verschiebungsausmaß des Ventilelements 71 kann größer gemacht werden als dasjenige des Ankers 74, ohne dass ein großer Strom fließen gelassen werden muss, nachdem der Innendruck der Verbrennungskammer 1 abgenommen hat, so dass die Gasansaugöffnung und die Gasauslassöffnung große Öffnungsquerschnitte aufweisen. Das solenoidbetätigte Ventil 70 besitzt einen einfachen Aufbau und seine Herstellungskosten sind verringert, weil es keine hydraulische Drucksteuervorrichtung oder dergleichen (im Gegensatz zum Stand der Technik) verwendet.
In den ersten bis siebten Ausführungsformen wird der Anker durch die Anziehung des Elektromagneten bewegt. Der Anker kann jedoch auch durch die Abstoßung des Elektromagneten bewegt werden.
Erläutert wurde vorstehend ein solenoidbetätigtes Ventil, das zwischen einem sich bewegenden Element, das durch elektromagnetische Kraft betätigt ist, und einem Ventilelement einen Verschiebungsumsetzmechanismus zum Vergrößern oder zum Verkleinern eines Verschiebungsausmaßes des Ventilelements relativ zu einem Verschiebungsausmaß des sich bewegenden Elements oder einen Kraftumsetzmechanismus aufweist, um eine Antriebskraft des Ventilelement relativ zu einer Antriebskraft des sich bewegenden Elements zu vergrößern oder zu verkleinern. Dieses solenoidbetätigte Ventil vermag Stromverbrauch zu verringern, weil es das Verschiebungsausmaß bzw. die Antriebskraft des Ventilelements bei einfachem Aufbau ändert.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Verwendung für Verbrennungsmotoren beschränkt; vielmehr ist sie wirksam einsetzbar bei einer Verwendung für Verbrennungsmotoren, und insbesondere für die Dieselmotoren für Industriemaschinen.
Hinsichtlich vorstehend im einzelnen nicht näher erläuterter Merkmale der Erfindung wird in übrigen ausdrücklich auf die Patentansprüche und die Zeichnung verwiesen.

Claims

1. Solenoidbetätigtes Ventil, aufweisend:
ein sich bewegendes Element (14), das durch elektromagnetische Kraft betätigt ist;
ein Ventilelement (11), das einen Öffnungs- oder Schließvorgang in Übereinstimmung mit der Betätigung des sich bewegenden Elements (14) durchführt; und
reinen Verschiebungsumsetzmechanismus (11b, 14b, 15), der ein Verschiebungsausmaß des Ventilelements (11) relativ zu einem Verschiebungsausmaß des sich bewegenden Elements (14) vergrößert oder verkleinert.

2. Solenoidbetätigtes Ventil, aufweisend:
ein sich bewegendes Element (14), das durch elektromagnetische Kraft betätigt ist;
fein Ventilelement (11), das einen Öffnungs- oder Schließvorgang in Übereinstimmung mit der Betätigung des sich bewegenden Elements durchführt; und
einen Verschiebungsumsetzmechanismus, der einen Kolben (14b) auf Seiten des sich bewegenden Elements (14) aufweist, der mit dem sich bewegenden Element verbunden ist, einen Kolben (11b) auf Seiten des Ventilelements (11), der mit dem Ventilelement (11) verbunden ist, und eine Druckkammer (15), in welche der Kolben (14b) auf Seiten des sich bewegenden Elements (14) und der Kolben (11b) auf Seiten des Ventilelements (11) eingesetzt sind, und der zwischen einer Druckaufnahmefläche des Kolbens (14b) auf Seiten des sich bewegenden Elements (14) und einen Druckaufnahmebereich des Kolbens (11b) auf Seiten des Ventilelements (11) unterscheidet, um ein Verschiebungsausmaß des Ventilelements (11) relativ zu einem Verschiebungsausmaß des sich bewegenden Elements (14) zu vergrößern oder zu verkleinern.

3. Solenoidbetätigtes Ventil, aufweisend:
ein sich bewegendes Element (94), das durch elektromagnetische Kraft betätigt ist;
ein Ventilelement (71), das einen Öffnungs- oder Schließvorgang in Übereinstimmung mit der Betätigung des sich bewegenden Elements (94) durchführt; und
einen Verschiebungsumsetzmechanismus mit einem Gelenk (96), das auf dem sich bewegenden Element schwenkbar angeordnet ist, um eine Kraft an das Ventilelement (71) anzulegen, um dadurch ein Verschiebungsausmaß des Ventilelements (71) relativ zu einem Verschiebungsausmaß des sich bewegenden Elements (94) zu vergrößern oder zu verkleinern.

4. Solenoidbetätigtes Ventil, aufweisend:
ein sich bewegendes Element (14), das durch elektromagnetische Kraft betätigt ist;
ein Ventilelement (51), das einen Öffnungs- oder Schließvorgang in Übereinstimmung mit der Betätigung des sich bewegenden Elements (14) durchführt; und
einen Kraftumsetzmechanismus mit einem Kolben (14b) auf Seiten des sich bewegenden Elements (14), der mit dem sich bewegenden Element (14) verbunden ist, mit einem Kolben (51b) auf Seiten des Ventilelements (51), der mit dem Ventilelement (51) verbunden ist, und mit einer Druckkammer (55), in welche der Kolben (14b) auf Seiten des sich bewegenden Elements (14) und der Kolben (51b) auf Seiten des Ventilelements (51) eingesetzt sind, und der zwischen einer Druckaufnahmefläche des Kolbens (14b) auf Seiten des sich bewegenden Elements (14) und einer Druckaufnahmefläche des Kolbens (51b) auf Seiten des Ventilelements (51) unterscheidet, um eine Antriebskraft des Ventilelements (51) relativ zu einer Antriebskraft des sich bewegenden Elements (14) zu vergrößern oder zu verkleinern.

5. Solenoidbetätigtes Ventil, aufweisend:
ein sich bewegendes Element (94), das durch elektromagnetische Kraft betätigt ist;
ein Ventilelement (71), das einen Öffnungs- oder Schließvorgang in Übereinstimmung mit der Betätigung des sich bewegenden Elements (94) durchführt; und
einen Kraftumsetzmechanismus mit einem Gelenk (96), das auf dem sich bewegenden Element (94) schwenkbar angeordnet ist, um eine Kraft an das Ventilelement (71) anzulegen, um dadurch eine Antriebskraft des Ventilelements (71) relativ zu einem Verschiebungsausmaß des sich bewegenden Elements (94) zu vergrößern oder zu verkleinern.