DE102004062004A1

DE102004062004A1 - Druckregelventil

Info

Publication number: DE102004062004A1
Application number: DE102004062004A
Authority: DE
Inventors: Michael Bitter; Helmut Sattmann; Peter Luckeneder; Johann Schardax; Gerold Neuwirt
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-12-23
Filing date: 2004-12-23
Publication date: 2006-07-13
Also published as: EP1831541A1; JP2008525697A; JP4532565B2; EP1831541B1; US7721712B2; DE502005008427D1; US20100018501A1; WO2006069860A1; ATE447105T1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Druckregelventil (11) in einem Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen zur Regelung eines Druckes in einem Kraftstoffspeicher. DOLLAR A Das Druckregelventil (11) wird in seiner Stellkraft von der Dimensionierung einer Einstellscheibe (26) bestimmt, deren funktionsbestimmende axiale Höhe durch ein Kraftmeßsystem (31) und durch ein Wegmeßsystem (33) über die Ermittlung eines Abstandes (34) zwischen einer Stirnfläche (36) eines Ventilgliedes (17) des Druckregelventils (11) und einer Referenzfläche (27) des Gehäuses (12) des Druckregelventils (11) mit hoher Präzision ermittelt wird. DOLLAR A Das Druckregelventil (11) wird vorzugsweise im Automobilbau eingesetzt.

Description

Druckregelventil
Die Erfindung bezieht sich auf ein Druckregelventil mit einem Elektromagneten und einem beweglichen Anker, das insbesondere Verwendung findet in einem Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen zur Regelung eines Drucks in einem Kraftstoffspeicher.
Elektromagnete mit beweglichem Anker werden außerdem als Aktoren in vielfältigen Anwendungen benutzt.
Stand der Technik
Druckregelventile sind in vielfältigen Ausführungen bekannt. Das Druckregelventil dient zur Regelung des Drucks in einem Kraftstoffspeicher, mit dem es über einen Zulauf verbunden ist. Das Druckregelventil weist ein in einer Bohrung axial verschiebbar geführtes kolbenförmiges Ventilglied auf, das sich gegen eine Kraft, die vorzugsweise durch den Strom im Elektromagneten auf das Ventilglied wirkt, bewegen kann. Die Kraft wirkt in Schließrichtung, so dass das Ventilglied auf ein Schließelement des Druckregelventils gedrückt und gegen einen Ventilsitz gepresst wird. Das Ventilglied bildet einen Ankerbolzen eines Elektromagneten, der zur Kraftsteuerung bestrombar ist.
Durch die Bestromung entsteht ein magnetisches Feld, das den Anker des Elektromagneten durchdringt, wodurch eine magnetische Kraft auf den Ankerbolzen wirkt. Das Ventilglied drückt das Schließelement mit dieser Kraft gegen den Ventilsitz.
Wenn die durch den hydraulischen Druck des Kraftstoffs erzeugte Kraft die Schließkraft, die über das Ventilglied auf das Schließelement ausgeübt wird, überschreitet, wird das Schließelement vom Ventilsitz abgehoben. In diesem Fall fließt Kraftstoff aus dem Kraftstoffspeicher durch den Zulauf über das geöffnete Druckregelventil in einen Entlastungsraum ab.
Bei der Einstellung eines höheren Drucks im Kraftstoffspeicher wird der Strom im Elektromagneten vergrößert, so dass die Schließkraft erhöht wird und somit das Schließelement erst bei einem höheren Druck im Kraftstoffspeicher vom Ventilsitz abhebt und Kraftstoff aus dem Kraftstoffspeicher in den Entlastungsraum abfließen kann.
Nachteile des Stands der Technik
Die Regulierung des Drucks in dem Kraftstoffspeicher erfolgt über die Einstellung des Stroms in der Spule des Elektromagneten. Der tatsächliche Druck hängt somit von den Kenngrößen des Elektromagneten ab. Zu diesen gehören außer den elektromagnetischen Parametern auch die geometrischen Abmessungen. Von besonderer Bedeutung ist der Luftspalt zwischen dem beweglichen Anker und dem festen Ventilgehäuse, in dem sich die Spule des Elektromagneten befindet. Der Luftspalt wird durch die Bauteilgeometrie festgelegt.
Um den Druck präzise einstellen zu können, bzw. ein präzises Druckintervall regeln zu können, müssen die Bauteile genau aneinander angepasst sein. Die notwendigen Fertigungstoleranzen sind entsprechend klein, was einen erheblichen Montage- und damit Kostenaufwand bedeutet.
Aufgabe der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung ist es, das aus dem Stand der Technik bekannte Druckregelventil derart weiterzubilden, dass die Einstellung der Schließkraft des Ventils in vormontiertem Zustand in präziser Weise erfolgen kann.
Lösung der Aufgabe
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Der Abstand zwischen Anker und Ventilgehäuse ist bestimmend für die Durchdringung des Ankers von den magnetischen Feldlinien und dementsprechend für die magnetische Kraft, die von dem Anker übertragen werden kann und zur Schließkraft des Druckregelventils führt. Die Erfassung dieses Abstands erfolgt erfindungsgemäß durch die Messung einer von dem Magnetkreis erzeugten Kraft und aus einer Wegmessung bei einer gleichzeitig stattfindenden Positionierung des Ventilglieds. Diese beiden physikalische Größen lassen sich sehr genau erfassen und erlauben eine präzise Einstellung des Druckregelventils ohne Einflüsse von mechanischen Toleranzen und den Stoffeigenschaften am Elektromagneten.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Druckregelventils möglich.
Gemäß vorteilhafter Ausgestaltung erfolgt die Bestromung des Elektromagneten mit einem dem Nennarbeitspunkt des Druckregelventils entsprechendem Strom, so dass hier Verhältnisse vorliegen, wie sie auch später im Betrieb des Druckregelventils auftreten.
Auch vorteilhaft ist, dass die Bestromung des Elektromagneten geregelt erfolgt, so dass Rückkopplungseffekte auf die Messungen, insbesondere bei der Positionierung des Ventilgliedes, vermieden werden und ständig der dem Nennarbeitspunkt des Druckregelventil entsprechende Strom vorliegt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen gehen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie den Ansprüchen hervor.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der Figurenbeschreibung näher erläutert.
1 zeigt eine schematische Ansicht eines Druckregelventils im Längsschnitt zur Verdeutlichung der Arbeitsweise des Druckregelventils. In der 2 ist, ebenfalls im Längsschnitt, das Druckregelventil nur noch mit den Teilen dargestellt, die für das Zusammenwirken mit schematisiert eingezeichneten Meßsystemen zur Erfassung einer Kraft und eines Weges von Bedeutung sind.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In 1 ist ein Längsschnitt durch eine schematische Darstellung eines Druckregelventils 11 gezeigt, das an einem in der Figur nicht dargestelltem Kraftstoffspeicher angeordnet sein kann.
Das Druckregelventil 11 weist ein Gehäuse 12 auf, in dem ein Elektromagnet 13 mit einer Spulenwicklung 14 angeordnet ist. Die Spulenwicklung 14 ist in weichmagnetisches Material eingebettet.
In einer axialen Ausnehmung des Gehäuses 12 befindet sich ein Ankerbolzen 16 des Elektromagneten 13, welcher an seinem freien Ende als Ventilglied 17 gegen ein Schließelement 18 drückt, welches Schließelement 18 sich wiederum auf einem Ventilsitz 19 abstützt.
An dem anderen Ende des axial gerichteten Ankerbolzens 16 ist eine radial verlaufende Ankerplatte 21 angebracht, die mit einer planen Unterseite 22 zu einer gegenüberliegenden planen Oberseite 23 des Gehäuses 12 durch einen Luftspalt 24, der aufgrund seiner geringen Ausmaße zeichnerisch nicht hervortritt, beabstandet ist. Der Luftspalt 24 wird bei dem Druckregelventil 11 durch die axiale Höhe einer Einstellscheibe 26, die zwischen einer Referenzfläche 27 des Gehäuses 12 und einer gegenüberliegenden Auflagefläche 28 eines Ventilsitzkörpers 29 angeordnet ist, eingestellt.
Durch Bestromung des Elektromagneten 13 werden die Ankerplatte 21 und der Ankerbolzen 16 von magnetischen Flußlinien durchdrungen, wodurch eine magnetische Kraft wirkt, die das Ventilglied 17 gegen das Schließelement 18 sowie den Ventilsitz 19 drückt. Die Größe dieser Kraft ist abhängig von der Größe des Luftspaltes 24.
Das in der 2 im Längsschnitt dargestellte Druckregelventil 11, dessen von der 1 übernommenen Teile hier nicht nochmals benannt werden, ist mit einem, mit dem Ankerbolzen 16 gekoppelten Kraftmeßsystem 31 und mit einem Positionierstift 32 aufweisenden Wegmeßsystem 33 versehen, der nur schematisiert dargestellt ist und mit dem ein Abstand 34 zwischen der Referenzfläche 27 und einer Stirnfläche 36 des Ventilgliedes 17 ermittelt wird.
Zur Ermittlung des Abstandes 34 für die Dimensionierung der axialen Höhe der noch einzufügenden Einstellscheibe 26, die in der 1 gezeigt ist, wird der Elektromagnet 13 mit einem Strom beaufschlagt, der dem Nennarbeitspunkt des Druckregelventils 11 entspricht. Aus diesem Grundzustand heraus wird in dem ortsfest fixierten Gehäuse 12 der Ankerbolzen 16 solange gegen die durch die Bestromung des Elektromagneten 13 hervorgerufenen Kraft verschoben, bis eine vorgegebene Gegenkraft, mit der das Druckregelventil 11 im Nennarbeitspunkt schließen soll, erreicht ist. Diese Kraft ist durch das Kraftmeßsystem 31 mit hoher Genauigkeit kontrollierbar.
Die vorgenannte Verschiebung des Ankerbolzens 16 erfolgt durch den Positionierstift 32 des Wegmeßsystems 33, der an Stirnfläche 36 des Ventilgliedes 17 anliegt.
Mit dem Erreichen der durch das Kraftmeßsystem 31 kontrollierten vorgegebenen Gegenkraft wird im Nennarbeitspunkt des Druckregelventils 11 durch das Wegmeßsystem 33 mit hoher Genauigkeit der axiale Abstand 34 zwischen der Stirnfläche 36 des Ventilgliedes 17 und der Referenzfläche 27 des Gehäuses 12 des Druckregelventils 11 gemessen.
Aufgrund der Präzisionsmessungen des Wegmeßsystems 33 und der dieses steuernde Kraftmeßsystems 31 sind die Voraussetzungen für eine hochgenaue Ermittlung des Abstandes 34 und der damit ableitbaren axialen Höhe der Einstellscheibe 26 gegeben, so dass damit der von dem Druckregelventil 11 überwachte Druck des Kraftstoffspeichers in engen Grenzen einhaltbar ist.

Claims

Druckregelventil, insbesondere für ein Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen zur Regelung des Drucks in einem Kraftstoffspeicher, mit einem, in einer Ausnehmung eines Gehäuses (12) des Druckregelventils (11) axial verschiebbar geführten Ventilglied (17), das auf ein Schließelement (18) wirkt, welches gegen einen Ventilsitz (19) pressbar ist, wobei das Ventilglied (17) Teil eines Ankerbolzens (16) eines Elektromagneten (13) bildet, der bestrombar ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand (34) zwischen dem Ventilglied (17) und einer Referenzfläche (27) des Gehäuses (12) bei einer vorgegebenen Bestromung des Elektromagneten (13) und einer gleichzeitigen Positionierung des Ventilgliedes (17) bis zu einer vorgegebenen Gegenkraft ermittelt wird.
Druckregelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Bestromung des Elektromagneten (13) mit einem, dem Nennarbeitspunkt des Druckregelventils (11) entsprechendem Strom erfolgt.
Druckregelventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestromung geregelt erfolgt.
Druckregelventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierung des Ventilgliedes (17) durch ein Wegmeßsystem (33) und die dabei zu einzuhaltende Gegenkraft durch ein Kraftmeßsystem (31) erfasst wird.
Druckregelventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Wegmeßsystem (33) der Abstand (34) zwischen dem Ventilglied (17) und der Referenzfläche (27) zur Dimensionierung einer Einstellscheibe (26) für das Druckregelventil ermittelt wird, über die ein die Stellkraft des Druckregelventils (11) bestimmender Luftspalt (24) eingestellt wird.