DE10218496A1

DE10218496A1 - Solenoidventil

Info

Publication number: DE10218496A1
Application number: DE10218496A
Authority: DE
Inventors: Koichi Okamura; Keita Nakano
Original assignee: Sumitomo SEI Brake Systems Inc
Current assignee: Sumitomo SEI Brake Systems Inc
Priority date: 2001-04-26
Filing date: 2002-04-25
Publication date: 2002-10-31
Also published as: US6715700B2; JP2002323162A; US20030015676A1

Abstract

Es wird ein Solenoidventil des Tellerventiltyps vorgeschlagen, welches bei einem elektronisch steuerbaren Hydraulikbremssystem eines Fahrzeugs verwendet wird und Geräusche und Schwingungen unterdrückt und gleichzeitig ein Versagen ausschließt. DOLLAR A Um diese Wirkungen zu erzielen, müssen die folgenden Bedingungen erfüllt sein: DOLLAR A F¶SP¶/(r·2· - B·2·) < 67 ... (1) DOLLAR A F¶SP¶ È St·2·/(r·2· - B·2·) > 29 ... (2) DOLLAR A wobei F¶SP¶ die Federkraft, r der Spitzendurchmesser des Tellerventils, St der Hub des Tellerventils und B der Durchmesser des Bereichs des Tellerventils ist, an welchem die Ventilöffnungskraft durch den Hydraulikdruck nicht auf das Tellerventil unter dem Bernoulli-Effekt wirkt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Solenoidventil, welches bei einem elektronisch gesteuerten Hydraulikbremssys tem eines Fahrzeugs verwendet wird. Genauer betrifft diese ein Solenoidventil, das Geräusche und Schwingungen, welche während des Betriebs erzeugt werden, unterdrückt, und das kaum ver sagt.

Fig. 2 zeigt ein Beispiel eines elektronisch gesteuerten Hydraulikbremssystems eines Fahrzeugs. Es ist ausgelegt für eine Antiblockiersteuerung. Drückt der Fahrer das Bremspedal 1 nieder, so wird die Kraft durch einen Verstärker 2 verstärkt, ein Hauptzylinder 3 wird durch die Kraft betätigt, so dass un ter Druck stehende Bremsflüssigkeit den Radzylindern 4 zuge führt wird, wodurch die Bremskraft erzeugt wird.

In einem Strömungsdurchgang vom Hauptzylinder 3 zu den Fahrradzylindern 4 sind normalerweise geöffnete Solenoidventi le 5 vorgesehen. Ferner sind zwischen den Radzylindern 4 und Niederdruck-Flüssigkeitsbehältern 6 normalerweise geschlosse nen Solenoidventile 7 vorgesehen. Ferner sind motorbetriebene Pumpen 8 zum Ansaugen von Bremsflüssigkeit in die Niederdruck- Flüssigkeitsbehälter 6 und Zurückführen derselben in einen Strömungsdurchgang stromaufwärts der Solenoidventile 5 (das heißt, der Hauptzylinderseite) sowie Öffnungen 9 zum Unterdrü cken eines Pulsierens der von der Pumpe abgegebenen Flüssig keit vorgesehen.

Bei einem derartigen Bremssystem gibt, wenn eine (nicht dargestellte) elektronische Steuereinheit ein Anzeichen einer Radblockierung auf der Grundlage von Informationen von bei spielsweise einem (nicht dargestellten) Radgeschwindigkeits sensor erfaßt, diese einen Befehl zum Schließen des Solenoid ventils 5 und Öffnen des Solenoidventils 7 in der Linie, zu welcher das Rad gehört, aus, wodurch der Druck des Radzylin ders 4 verringert wird. Ferner werden, wenn die elektronische Steuereinheit feststellt, dass infolge der Druckverringerung das System die Tendenz zeigt, sich von der Radblockierung zu erholen, die Solenoidventile 5 und 7 geöffnet bzw. geschlos sen. Durch die Pumpe 8 hochgesogene Bremsflüssigkeit wird dem Radzylinder 4 zugeführt, um den Druck erneut zu erhöhen. Durch Wiederholen dieses Vorgangs wird eine Radblockierung verhin dert.

Fig. 3 zeigt ein spezifisches Beispiel eines Solenoidven tils 5, welches in dem Hydraulikbremssystem von Fig. 2 verwen det wird. Es umfaßt einen Rahmen 51, ein Tellerventil 52, wel ches in einer Bohrung des Rahmens angebracht ist, eine Öffnung 54 mit einem Ventilsitz 53, eine Feder 55, ein Solenoid 56 zum Anwenden einer Ventilschließkraft auf das Tellerventil 52 so wie ein Gehäuse 57, welches mit dem Rahmen 51 verbunden ist. Wird die Spule 56a des Solenoids 56 erregt, so wird ein beweg barer Kern 56b, welcher mit dem hinteren Ende des Tellerrads 52 einstückig vorgesehen ist, hin zum Rahmen 51 durch eine er zeugte Magnetkraft gezogen, so dass das Tellerventil 52 mit dem Ventilsitz 53, welcher an einem Öffnungsteil der Öffnung 54 vorgesehen ist, in Berührung kommt, wodurch sich das Ventil schließt.

Ferner bewegt sich, wenn das Solenoid 56 entmagnetisiert wird, das Tellerventil 52 unter der Kraft der Feder 55 weg vom Ventilsitz 53, so dass das Ventil öffnet. Bremsflüssigkeit strömt von einem Eingangskanal 59 durch die Öffnung 54 und dann durch einen offenen Durchgang zwischen dem Ventilsitz 53 und dem Tellerrad 52 in einen Ausgangskanal 58.

Bei einem Solenoidventil, bei welchem der Strömungsdurch gang durch ein Tellerventil geöffnet und geschlossen wird, stößt, wenn das Ventil geschlossen wird, das Tellerventil 52 gegen den Ventilsitz, und wenn das Ventil geöffnet wird, stößt der bewegbare Kern 56b gegen das Gehäuse 57. Somit sind die Geräusche stark.

Ferner pulsiert, da die Veränderungen des Öffnungsgrads des Strömungsdurchgangs bei der Bewegung des Tellerventils groß sind, die Bremsflüssigkeit während des Öffnens und Schließens. Dies erhöht die dem Fahrzeug verliehene Schwin gung.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Geräusche und Schwingungen zu unterdrücken und ein Versagen der Sole noidventile zu eliminieren.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Erfindungsgemäß ist ein Solenoidventil vorgesehen, wel ches ein Tellerventil, eine Öffnung, einen an einem Öffnungs abschnitt der Öffnung vorgesehenen Ventilsitz, ein Solenoid zum In-Berührung-Bringen der Spitze des Tellerventils mit dem Ventilsitz durch Anwenden einer Ventilschließkraft auf das Tellerventil und eine Feder zum Anwenden einer Kraft in einer Ventilöffnungsrichtung auf das Tellerventil umfasst, wobei ein Strömungsdurchgang um den Ventilsitz durch das Tellerventil geöffnet und geschlossen und ermöglicht wird, dass die zu steuernde Flüssigkeit durch das Ventil strömt, während das Ventil geöffnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die folgenden Bedingungen erfüllt sind,

F_SP/(r² - B²) < 67 (1)

F_SP.St²/(r² - B²) < 29 (2),

wobei F_SP die Federkraft, r der Spitzendurchmesser des Tellerventils, St der Hub des Tellerventils und B der Durch messer des Bereichs des Tellerventils ist, in welchem die Ven tilöffnungskraft durch den Hydraulikdruck nicht auf das Tel lerventil unter dem Bernoulli-Effekt wirkt.

Bei einem derartigen Solenoidventil, bei welchem der Spitzendurchmesser des Tellerventils 1,2 bis 1,8 mm, der Öff nungsdurchmesser 0,7 mm und der Winkel der Sitzfläche des Ven tilsitzes 120° beträgt, werden, wenn die Federkraft F_SP und der Tellerventilhub St derart festgelegt sind, dass die obigen Formeln erfüllt sind, wobei der Wert von B auf 1,1 mm festge legt ist, bessere Ergebnisse erzielt.

Noch bevorzugter sind beide der folgenden Bedingungen
F_SP/(r² - B²) < 48
F_SP.St²/(r² - B²) < 40
erfüllt.

Bei dem Solenoidventil der vorliegenden Erfindung wird, wenn das Ventil während einer Hydraulikdrucksteuerung geöffnet wird, eine Tellerventilansaugkraft infolge des Bernoulli- Effekts erzeugt, so dass das Tellerventil in einer halb geöff neten Position gehalten wird. Dies beschränkt eine scharfe Be wegung der Bremsflüssigkeit, so dass ein Pulsieren während des Öffnens und Schließens des Ventils abnimmt. Ferner werden, da das Tellerventil an einer halb geöffneten Position anhält, eine stoßartige Kollision des bewegbaren Kerns gegen das Ge häuse und eine stoßartige Kollision des Tellerventils gegen den Ventilsitz verhindert, so dass Betriebsgeräusche abnehmen.

Um eine derartige Geräusch/Schwingungs- Unterdrückungswirkung zu erzielen, wird die Formel (1) er füllt. Ferner sollte, da ein Versagen auch dort auftrat, wo die Formel (1) erfüllt wurde, um dieses Versagen zu verhin dern, ebenso die Formel (2) erfüllt sein. Wie die Formeln (1) und (2) abgeleitet wurden, wird nachfolgend beschrieben.

Nach Bernoulli-Theorem
1/2ρ ν ² + p + ρ gz = konstant
ρ: Flüssigkeitsdichte; g: Beschleunigung der Schwerkraft
p: Flüssigkeitsdruck; z: Höhe bezüglich Bezugsebene
ν: absoluter Wert des Strömungsgeschwindigkeitsvektors
Annahme: ρ, g und z konstant
ΔP = ρ ν ²/2

Hingegen beträgt die Ansaugkraft, welche auf das Teller ventil wirkt:
F = ΔP.A₁ (A₁: Druckaufnahmebereich des Tellerventils)
= ρ ν ²/2.A₁ = ρ (Q/A₂)².A₁/2
(Q: Strömungsgeschwindigkeit
A₂: Strömungsdurchgangsbereich)
= ρ Q²/2.A₁/A₂ ²

Hier wird berücksichtigt, dass um die Mitte des Teller ventils die Ventilöffnungskraft durch den Hydraulikdruck durch den Bernoulli-Effekt aufgehoben wird, und es wird angenommen, dass der Durchmesser dieses Bereichs B ist,
A₁ = K₁ (r² - B²)

Unter der Annahme, dass A₂ proportional ist zum Hub St,
A₂ = K₂.St

Unter Missachtung der Änderungen bei ρ und Q,
F = K.(r² - B²)/St²

Hier gilt, wenn F_SP < F, so ist es möglich, Geräusche und Schwingungen zu unterdrücken, indem das Tellerventil in einer halb geöffneten Position gehalten wird. Somit gilt
F_SP < K.(r² - B²)/St²

Da der Hub für die Geräusch-/Schwingungs-Unterdrückung irrelevant ist, gilt
F_SP/(r² - B²) < K

Ferner gilt, da ein Versagen des Solenoidventils nicht auftritt, wenn die Federkraft F_SP < F,
F_SP < K.(r² - B²)/St²
F_SP.St²/(r² - B²)/ < K

Basierend auf diesem Gedanken wurde mit einem Solenoid ventil, welches den Aufbau von Fig. 3 und einen Öffnungsdurch messer d von 0,7 mm, einen Sitzwinkel θ des Ventilsitzes von 120°, einen Tellerventilspitzendurchmesser r von 1,2 bis 1,8 mm aufwies, eine Bewertung durchgeführt, während die Feder kraft F_SP und der Hub St verändert wurden. Als Ergebnis wurden, wenn Formel (1) erfüllt wurde, geringe Geräusche und geringe Schwingungen festgestellt, und wenn Formel (1) und Formel (2) erfüllt wurden, wurde keinerlei Versagen festgestellt, so dass es möglich war, die durch Erfüllen der beiden Formeln (1) und (2) erzielten Wirkungen zu bestätigen.

Weitere Merkmale und Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung ersichtlich, welche unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung erfolgt.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Es zeigt:

Fig. 1A eine Schnittansicht, welche ein Ausführungsbei spiel des Solenoidventils der vorliegenden Erfindung dar stellt;

Fig. 1B eine Teilschnittansicht desselben außer Betrieb;

Fig. 1C eine Teilschnittansicht desselben in Betrieb zur Antiblockiersteuerung;

Fig. 2 ein Schaltbild, welches ein Beispiel eines Hydrau likbremssystems eines Fahrzeugs darstellt, wobei das Solenoid ventil der vorliegenden Erfindung verwendet wird; und

Fig. 3 eine Schnittansicht, welche ein herkömmliches So lenoidventil darstellt, welches bei dem in Fig. 2 dargestell ten Bremssystem verwendet wird.

GENAUE BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS

Fig. 1A-1C zeigen ein Ausführungsbeispiel des Solenoid ventils, welches die vorliegende Erfindung ausführt. Das Sole noidventil 10 umfaßt einen Rahmen 11, ein Tellerventil 12, welches in einer Bohrung des Rahmens 11 angebracht ist, eine Öffnung 14 mit einem Ventilsitz 13, eine Feder 15, welche das Tellerventil 12 in einer Ventilöffnungsrichtung vorspannt, ein Solenoid 26 mit einer Spule 16a und einem bewegbaren Kern 16b zum Anwenden einer Ventilschließkraft auf das Tellerventil 12 durch Anziehen des bewegbaren Kerns 16b mittels einer Magnet kraft, welche erzeugt wird durch Erregen der Spule 16a, und ein Gehäuse 17, welches mit dem Rahmen 11 verbunden ist.

Wie anhand der Figuren ersichtlich, ist, obwohl es die gleichen Elemente wie die des herkömmlichen Solenoidventils, dargestellt in Fig. 3, umfaßt, der Spitzendurchmesser r des Tellerventils 12, dargestellt in Fig. 1B, größer als derjenige in Fig. 3, und die Kraft der Feder 15 und der Hub St des Tel lerventils 12 sind derart festgelegt, dass diese die folgenden Formeln (1) und (2) erfüllen. Es weicht von dem herkömmlichen Ventil in den folgenden Punkten ab.

F_SP/(r² - B²) < 67 (1)

F_SP.St²/(r² - B²) < 29 (2)

Das dargestellte Solenoidventil 10 weist einen Öffnungsdurch messer d von 0,7 mm, einen Spitzendurchmesser r des Tellerven tils von 1,2 bis 1,8 mm und einen Tellerventilhub St von 1 mm sowie B von 1,1 mm (etwa 1,57 mal d) auf, so dass die Feder kraft F_SP beide Formeln (1) und (2) erfüllt.

Der Zustand des Solenoidventils 10 außer Betrieb ist in Fig. 1B dargestellt, wohingegen der In-Betrieb-Zustand in Fig. 1C dargestellt ist. Während eines erneuten Druckanstiegs bei ei ner Antiblockiersteuerung strömt Bremsflüssigkeit von einem Eingangskanal 19, welcher unter hohem Druck steht, zu einem Ausgangskanal 18, wo der Druck abgefallen ist. Unter einer An saugkraft, welche zu diesem Zeitpunkt durch den Bernoulli- Effekt erzeugt wird, wird das Tellerventil 12 in einer halb geöffneten Position gehalten wie in Fig. 1C dargestellt, so daß Geräusche und Schwingungen unterdrückt werden. Ist die Kraft der Feder zu schwach, so kann selbst in einem Antiblo ckier-Außer-Betrieb-Zustand das Tellerventil 12 zu dem Ventil sitz 13 unter einer Ansaugkraft durch den Bernoulli-Effekt ge sogen werden, wodurch ein Versagen (schlechtes Öffnen des Ven tils) bewirkt wird. Da jedoch das dargestellte Solenoidventil die Formeln (1) und (2) erfüllt, werden Geräusche und Schwin gungen unterdrückt und gleichzeitig ein Versagen verhindert.

B in den Formeln (1) und (2) ändert sich mit dem Öffnungsdurch messer d und dem Sitzwinkel A des Ventilsitzes 13.

Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse von Bewertungstests bezüglich Geräuschen/Schwingungen und Versagen, welche an Mustern 1-19 durchgeführt wurden.

Sämtliche Muster wurden derart gestaltet, dass diese einen Öffnungsdurchmesser d von 0,7 mm und einen Sitzwinkel θ des Ventilsitzes (siehe Fig. 1C) von 120° aufweisen.

Die Spalte X in Tabelle 1 zeigt Zahlenwerte, welche durch die Formel F_SP/(r² - B²) erhalten werden, wenn B = 1,1 mm, wohinge gen die Spalte Y Zahlenwerte zeigt, welche durch die Formel F_SP.St²/(r² - B²) erhalten werden, wenn B = 1,1 mm.

Unter den Mustern erfüllen sieben, das heißt, die Nummern 2, 7, 10, 11, 12, 13 und 19 beide Formeln (1) und (2). Diese zeigten beide Effekte des Unterdrückens von Geräu schen/Schwingungen und des Verhinderns eines Versagens. Drei davon, das heißt, die Muster Nr. 2, 7 und 12, erfüllten noch bevorzugtere Bedingungen von F_SP/(r² - B²) < 48 und F_SP.St²/(r² - B²) < 40. Somit zeigten diese bessere Effekte beim Unterdrü cken von Geräuschen/Schwingungen und Verhindern eines Versa gens.

Bei anderen Mustern (wovon Muster Nr. 4 ein herkömmliches ist, welches bei dem Bremssystem von Fig. 2 verwendet wird), wurde entweder das Unterdrücken von Geräuschen/Schwingungen oder das Verhindern eines Versagens geopfert.

Das Solenoidventil der vorliegenden Erfindung kann breitgefä chert für jegliches andere System außer einem Hydraulikbrems system für Fahrzeuge als Solenoidventil zum Steuern des Hyd raulikdrucks während eines wiederholten Druckaufbaus und Druckabbaus verwendet werden.

Bei dem Solenoidventil der vorliegenden Erfindung werden auf grund der Tatsache, dass die Kraft der Feder, welche das Tel lerventil in einer Ventilöffnungsrichtung vorspannt, verrin gert wird, so dass das Tellerventil in einer halb geöffneten Position unter der Kraft durch den Bernoulli-Effekt gehalten wird, Geräusche/Schwingungen unterdrückt.

Ferner wird aufgrund der Tatsache, dass ein Versagen durch Verringern der Federkraft, so dass beide Formeln (1) und (2) erfüllt werden, eliminiert wird, Zuverlässigkeit gewährleis tet. Wird es bei einem Hydraulikbremssystem eines Fahrzeugs verwendet, bei welchem Geräuschlosigkeit, Bequemlichkeit und Sicherheit erforderlich sind, so sind besonders starke Wirkun gen zu erwarten.

Claims

1. Solenoidventil, umfassend ein Tellerventil, eine Öffnung, einen Ventilsitz, welcher an einem Öffnungsabschnitt der Öff nung vorgesehen ist, ein Solenoid, um die Spitze des Teller ventils mit dem Ventilsitz durch Anwenden einer Ventilschließ kraft auf das Tellerventil in Berührung zu bringen, sowie eine Feder zum Anwenden einer Kraft in einer Ventilöffnungsrichtung auf das Tellerventil, wobei ein Strömungsdurchgang um den Ven tilsitz durch das Tellerventil geöffnet und geschlossen und ermöglicht wird, dass die zu steuernde Flüssigkeit durch das Ventil strömt, während das Ventil geöffnet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass die folgenden Bedingungen erfüllt sind:
F_SP/(r² - B²) < 67 (1)
F_SP.St²/(r² - B²) < 29 (2)
wobei F_SP die Federkraft, r der Spitzendurchmesser des Tellerventils, St der Hub des Tellerventils und B der Durch messer des Bereichs des Tellerventils ist, an welchem die Ven tilöffnungskraft durch den Hydraulikdruck nicht auf das Tel lerventil unter dem Bernoulli-Effekt wirkt.

2. Solenoidventil, umfassend ein Tellerventil, eine Öffnung, einen Ventilsitz, welcher an einem Öffnungsabschnitt der Öff nung vorgesehen ist, ein Solenoid, um die Spitze des Teller ventils mit dem Ventilsitz durch Anwenden einer Ventilschließ kraft auf das Tellerventil in Berührung zu bringen, und eine Feder zum Anwenden einer Kraft in einer Ventilöffnungsrichtung auf das Tellerventil, wobei ein Strömungsdurchgang um den Ven tilsitz durch das Tellerventil geöffnet und geschlossen und ermöglicht wird, dass die zu steuernde Flüssigkeit durch das Ventil strömt, während das Ventil geöffnet ist,
dadurch gekennzeichnet, das die folgenden Bedingungen er füllt sind:
F_SP/(r² - B²) < 67 (1)
F_SP.St²/(r² - B²) < 29 (2)
wobei Fsp die Federkraft, r der Spitzendurchmesser des Tellerventils, St der Hub des Tellerventils und B der Durch messer des Bereichs des Tellerventils ist, an welchem die Ven tilöffnungskraft durch den Hydraulikdruck nicht auf das Tel lerventil unter dem Bernoulli-Effekt wirkt,
wobei der Spitzendurchmesser des Tellerventils 1,2 bis 1,8 mm, der Öffnungsdurchmesser 0,7 mm, der Winkel der Sitz fläche des Ventilsitzes 120 Grad und B 1,1 mm beträgt.

3. Solenoidventil nach Anspruch 1 oder 2, wobei die folgenden Bedingungen
F_SP/(r² - B²) < 48
F_SP.St²/(r² - B²) < 40
erfüllt sind.