DE19642764A1

DE19642764A1 - Meßverfahren für die Hublänge eines Kolbens in einem Solenoidventil

Info

Publication number: DE19642764A1
Application number: DE1996142764
Authority: DE
Inventors: Fujio Ando
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1995-10-23
Filing date: 1996-10-16
Publication date: 1997-04-24
Also published as: JP3127798B2; JPH09119555A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Meßverfahren für ein Solenoidventil, und im besonderen betrifft sie ein Meßverfahren zum Messen der Hublänge eines Kolbens in einem Solenoidventil ohne eigentliches Messen der Abmessungen von in ihm vorgesehenen Bauteilen.

Herkömmlicherweise ist ein Solenoidventil bekannt, bei dem ein Kolben, der als Krafterzeugungsquelle dient, durch eine elektromagnetische Kraft angetrieben wird. Ein derartiges Solenoidventil hat einen dem Kolben gegenüberliegenden Kern, eine Feder, die den Kolben in eine dem Kern gegenüberliegende Richtung drückt und eine elektromagnetische Spule, die zwischen dem Kolben und dem Kern ein elektromagnetisches Feld erzeugt. Wenn die elektromagnetische Spule ein magnetisches Feld erzeugt, wird eine elektromagnetische Kraft erzeugt, die den Kolben und den Kern zueinander zieht. Somit wird der Kolben zum Kern hin bewegt und benachbart zum Kern positioniert. Dieser Zustand wird nachfolgend als betätigter Zustand bezeichnet. Andererseits, wenn die elektromagnetische Spule kein magnetisches Feld mit einer hinreichenden Intensität erzeugt, ist der Kolben vom Kern beabstandet, beruhend auf einer Druckkraft, die durch die Feder erzeugt wird. Dieser Zustand wird nachfolgend als der nichtbetätigte Zustand bezeichnet.

Die komplette Hublänge S des Kolbens wird dargestellt durch S=G₀-G₁, wobei G₀ die maximale Breite eines Spalts bezeichnet, der zwischen dem Kolben und dem Kern gebildet wird, wenn sich das Solenoidventil im nichtbetätigten Zustand befindet und G₁ bezeichnet die minimale Breite des Spalts, wenn sich das Solenoidventil im betätigten Zustand befindet. Die komplette Hublänge S des Kolbens beeinflußt in großem Maß die Fließeigenschaft des Solenoidventils. Um somit eine einheitliche Fließeigenschaft für jedes Solenoidventil zu erreichen, muß die Hublänge S, die der Differenz (G₀-G₁) zwischen der maximalen Breite G₀ und der minimalen Breite G₁ des Spalts entspricht, mit hoher Genauigkeit kontrolliert werden.

Die Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr. 4-191579 zeigt ein Verfahren zum Kontrollieren der Hublänge eines Kolbens in einem Solenoidventil. Bei diesem Verfahren wird ein Messung für ein Abmaß eines inneren Teils des Solenoidventils und eines Teils des Kolbens vorgenommen. Eine Differenz zwischen den Abmaßen wird derart erhalten, daß die Hublänge des Kolbens kontrolliert wird, d. h., die Differenz zwischen der minimalen Breite und der maximalen Breite des Spalts. Gemäß diesem Verfahren wird die Differenz zwischen der maximalen Breite und der minimalen Breite des Spalts sicher gemessen, so daß eine einheitliche Qualität für jedes Solenoidventil erreicht wird.

Beim vorstehenden Verfahren muß im Inneren des Solenoidventils ein Raum vorgesehen werden, so daß ein Meßgerät in diesen Raum eingeführt werden kann. Somit werden verschiedene Einschränkungen bezüglich der Konstruktion und dem Aufbau des Solenoidventils eingegangen. Aus diesem Standpunkt heraus weist das vorstehende herkömmliche Verfahren ein Problem darin auf, daß die Freiheit der Gestaltung eines Solenoidventils verringert ist.

Es ist eine allgemeine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes und nützliches Meßverfahren für die Hublänge eines Kolbens eines Solenoidventils zur Verfügung zu stellen, bei dem die vorstehenden Probleme eliminiert sind.

Es ist eine besondere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Meßverfahren für die Hublänge eines Kolbens eines Solenoidventils zur Verfügung zu stellen, bei dem die Hublänge gemessen werden kann, die der Differenz zwischen der minimalen Breite und der maximalen Breite eines zwischen dem Kolben und dem Kern eines Solenoidventils ausgebildeten Spalts entspricht, ohne die Abmaße der inneren Teile des Solenoidventils an sich zu vermessen.

Um die vorstehenden Aufgaben zu lösen, wird erfindungsgemäß ein Meßverfahren zum Messen einer Hublänge eines Kolbens in einem Solenoidventil zur Verfügung gestellt, wobei ein Spalt zwischen dem Kolben und einem Kern des Solenoidventils ausgebildet wird, der Kolben zwischen einem ersten Ende und einem zweiten Ende der Hublänge des Kolbens relativ zum Kern beweglich ist, die Breite des Spalts maximal ist, wo der Kolben am ersten Ende positioniert ist, und die Breite des Spalts minimal ist, wo der Kolben am zweiten Ende positioniert ist, wobei das Meßverfahren die Schritte umfaßt:

a) Erzeugen eines magnetischen Feldes zwischen dem Kolben und dem Kern, indem eine den Kolben und den Kern umgebende elektromagnetische Spule mit Strom versorgt wird;
b) Bewegen des Kolbens aus einer von der ersten Position oder der zweiten Position zur anderen von der ersten Position oder der zweiten Position;
c) Erfassen der magnetischen Flußdichte, die in der elektromagnetischen Spule erzeugt wird, wenn der Kolben bei Schritt b) bewegt wird; und
d) Messen der Hublänge des Kolbens basierend auf einer Veränderung der in Schritt c) erfaßten magnetischen Flußdichte.

Gemäß der vorstehenden Erfindung wird ein magnetisches Feld in einem magnetischen Kreis erzeugt, der den zwischen dem Kolben und dem Kern ausgebildeten Spalt umfaßt. Die Reluktanz bzw. der magnetische Widerstand des magnetischen Kreises verändert sich in Abhängigkeit von der Breite des Spalts. Das heißt, die Reluktanz verringert sich, wenn die Breite des Spalts sich verringert und die Reluktanz vergrößert sich, wenn die Breite des Spalts sich vergrößert. Wenn sich der Kolben relativ zum Kern bewegt, verändert sich die Breite des Spalts und somit verändert sich auch die Reluktanz. Wenn sich der Kolben bewegt, während das magnetische Feld im magnetischen Kreis erzeugt wird, verändert sich die magnetische Flußdichte in Abhängigkeit von der Änderung der Breite des Spalts. Die Veränderung der magnetischen Flußdichte führt zur Erzeugung einer induzierten elektromotorischen Kraft in der den Kolben und den Kern umgebenden elektromagnetischen Spule. Somit kann die Hublänge des Kolbens, die der Veränderung der Breite des Spalts entspricht, basierend auf der Größe der induzierten elektromotorischen Kraft gemessen werden, die erzeugt wird, wenn sich der Kolben von einem Ende des Hubs zum anderen bewegt.

In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann die Hublänge des Kolbens bei Schritt d) als die Breite des Spalts gemessen werden, wenn der Kolben am ersten Ende positioniert ist.

Zusätzlich kann die Hublänge des Kolbens bei Schritt d) als ein Abstand zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende gemessen werden.

In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann ein vorbestimmter Strom eine magnetische Kraft erzeugen, die auf den Kolben einwirkt, wobei die magnetische Kraft geringer als die Druckkraft zum Halten des Kolbens am ersten Ende ist. Der vorbestimmte Strom kann bei Schritt b) vergrößert werden, bis sich der Kolben vom ersten Ende zum zweiten Ende bewegt.

Alternativ dazu kann der vorbestimmte Strom eine auf den Kolben einwirkende magnetische Kraft erzeugen, wobei die magnetische Kraft größer als eine Druckkraft zum Halten des Kolbens am ersten Ende ist, so daß der Kolben am zweiten Ende positioniert wird. Der vorbestimmte Strom kann bei Schritt b) verringert werden, bis sich der Kolben vom zweiten Ende zum ersten Ende bewegt.

Zusätzlich kann bei der vorliegenden Erfindung Schritt d) den Schritt umfassen, eine maximale Breite G₀ des Spalts basierend auf einer Abbildungsfunktion zu bestimmen, die eine Funktion F(G₀) bezüglich der maximalen Breite G₀ darstellt. Die Funktion F(G₀) kann dargestellt werden als:

F(G₀)=(1/N₀²·I₀)·∫Vdt

wobei N₀ die Anzahl der Windungen der elektromagnetischen Spule ist; I₀ der Strom ist, der in der elektromagnetischen Spule fließt, wenn sich der Kolben bei Schritt b) bewegt; und V die induzierte elektromotorische Kraft ist, die in der elektromagnetischen Spule erzeugt wird.

Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die nachstehende detaillierte Beschreibung in Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen näher verdeutlicht.

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm einer Meßvorrichtung, die ein Meßverfahren für die Hublänge eines Kolbens eines Solenoidventils gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausführt;

Fig. 2 ist eine grafische Darstellung, die einen Wert einer Funktion bezüglich der maximalen Breite eines Spalts zwischen dem Kolben und einem Kern zeigt;

Fig. 3 ist eine grafische Darstellung, die ein Beispiel einer Wellenform einer elektromotorischen Kraft zeigt, die einer in Fig. 1 dargestellten Wellenform-Verarbeitungseinheit zugeführt wird;

Fig. 4 ist eine grafische Darstellung, die ein weiteres Beispiel der Wellenform der elektromotorischen Kraft zeigt, die der in Fig. 1 dargestellten Wellenform- Verarbeitungseinheit zugeführt wird;

Fig. 5 ist ein Flußdiagramm einer Steuerungsroutine, die mittels einer in Fig. 1 dargestellten Steuerung ausgeführt wird, um die maximale Breite des Spalts zu erfassen; und

Fig. 6 ist ein Flußdiagramm einer Steuerungsroutine, die mittels einer in Fig. 1 dargestellten Wellenform- Verarbeitungseinheit ausgeführt wird, um die maximale Breite des Spalts zu erfassen.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Fig. 1 ist ein Blockdiagramm einer Meßvorrichtung, die ein Meßverfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausführt. Weiterhin ist in Fig. 1 eine Schnittansicht eines Solenoidventils dargestellt, das einen Spalt zwischen dem Kolben und dem Kern aufweist.

Das Meßverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird ausgeführt, indem ein Arbeitstisch 10, eine elektromagnetische Spule 12 und die Meßvorrichtung 14 verwendet wird.

Der Arbeitstisch 10 ist vorgesehen, um ein Rohr 32 des zu messenden Solenoidventils zu plazieren bzw. zu befestigen. Das Rohr 32 ist in eine im Arbeitstisch 10 ausgebildete Durchgangsöffnung 10a eingesetzt und wird darin gehalten.

Die elektromagnetische Spule 12 hat einen Windungsabschnitt 12a und einen magnetischen Materialabschnitt 12b, der den Windungsabschnitt 12a umgibt. Der Windungsabschnitt 12a hat eine Haspel, wobei N₀ Windungen aus einem leitfähigen Draht um die Haspel gewunden sind. Die gegenüberliegenden Enden des leitfähigen Drahtes sind mit den jeweiligen Anschlußstücken 14a und 14b der Spaltbreiten- Meßvorrichtung 14 verbunden. Eine Durchgangsöffnung 12c mit einem Durchmesser, der gleich dem Durchmesser der Durchgangsöffnung 10a des Arbeitstisch 10 ist, ist in der Mitte der elektromagnetischen Spule 12 vorgesehen. Die Mittelachse der Durchgangsöffnung 12c der elektromagnetischen Spule 12 ist zur Mittelachse der Durchgangsöffnung 10a des Arbeitstisch 10 axial ausgerichtet. Der magnetische Materialabschnitt 12b ist aus magnetischem Material mit einer guten Permeabilität hergestellt. Der magnetische Materialabschnitt 12b überdeckt, wie in Fig. 1 dargestellt ist, die obere und untere Fläche und einen äußeren Umfang des Windungsabschnitts 12a.

Die Meßvorrichtung 14 hat eine Steuerung 16, eine variable Stromversorgung 18, einen Stromdetektor 20, einen Hochpaßfilter 22 und eine Wellenform-Verarbeitungseinheit 24. Die variable Stromversorgung 18, der Stromdetektor 20, der Hochpaßfilter 22 und die Wellenform-Verarbeitungseinheit 24 sind mit der Steuerung 16 verbunden. Weiterhin ist ein Startschalter 26 mit der Steuerung 16 verbunden. Die Steuerung 16 führt vorbestimmte Prozesse bzw. Vorgänge aus, wenn Signale vom Startschalter 26, dem Stromdetektor 20 und dem Hochpaßfilter 22 empfangen werden, und gibt an die variable Stromversorgung 18 und die Wellenform- Verarbeitungseinheit 24 vorbestimmte Signale aus.

Die variable Stromversorgung 18 hat eine Funktion zum Verändern einer Ausgangsspannung, um eine Spannung in Abhängigkeit eines durch die Steuerung 16 zugeführten Befehlssignals auszugeben. Der Spannungsausgang der variablen Stromversorgung 18 wird über den Stromdetektor 20 und eine Drosselspule 28 dem Anschlußstück 14a zugeführt. Wie vorstehend ausgeführt, ist das Anschlußstück 14a mit einem Ende des leitenden Drahtes der elektromagnetischen Spule 12a verbunden. Andererseits ist das Anschlußstück 14b geerdet, das mit dem anderen Ende des leitenden Drahtes der elektromagnetischen Spule 12 verbunden ist. Somit liegt der Spannungsausgang der variablen Stromversorgung 18 an den gegenüberliegenden Enden des leitenden Drahtes der elektromagnetischen Spule 12 an. Der Stromdetektor 20 erfaßt einen Wert des Stroms, der von der variablen Stromversorgung 18 an das Anschlußstück 14a fließt, wobei dieser Strom dem Strom entspricht, der durch die elektromagnetische Spule 12 fließt. Ein Signal, das dem Wert des Stroms entspricht, der durch den Stromdetektor 20 erfaßt wurde, wird der Steuerung 16 zugeführt.

Der Hochpaßfilter 22 ist mit einem zwischen der Drosselspule 28 und dem Anschlußstück 14a befindlichen Punkt verbunden. Der Hochpaßfilter 28 schneidet eine Komponente mit niedriger Frequenz eines am Anschlußstück 14a anliegenden Signaleingangs ab, so daß lediglich eine Komponente mit hoher Frequenz passieren kann. Das durch den Hochpaßfilter 22 passierte Signal wird der Steuerung 16 und der Wellenform- Verarbeitungseinheit 24 zugeführt. Die Drosselspule 28 wirkt als eine extrem kleine Impendanz, wenn eine am Anschlußstück 14a anliegende Spannung sachte variiert. Somit tritt die Variation des Spannungsausgangs der variablen Stromversorgung 18 direkt in der Spannung auf, die der elektromagnetischen Spule 28 zugeführt wird. Andererseits wirkt die Drosselspule als eine große Impendanz, wenn die Spannung an dem Anschlußstück 14a stark variiert, d. h., wenn ein Hochfrequenzsignal den Anschlußstücken 14a und 14b zugeführt wird. Somit wird das Eingangshochfrequenzsignal zwischen den Anschlußstücken 14a und 14b nicht an die variable Stromversorgung 18 übertragen, und wird wirkungsvoll an den Hochpaßfilter 22 übertragen. Somit kann das Hochfrequenzsignal durch die Steuerung 16 und die Wellenform- Verarbeitungseinheit 24 mit hoher Genauigkeit erfaßt werden.

Die Wellenform-Verarbeitungseinheit 24 zeichnet eine Wellenform eines Signals auf, das durch den Hochpaßfilter 22 passiert. Die Wellenform-Verarbeitungseinheit 24 berechnet weiterhin einen Bereich der Variation der Spaltbreite des Solenoidventils. Der Bereich der Variation der Spaltbreite, die durch die Wellenform-Verarbeitungseinheit 24 berechnet wird, wird durch die Anzeigeeinheit 30 angezeigt. Es sollte besonders erwähnt werden, daß der Bereich der Variation der Spaltbreite einer Hublänge des Kolbens des Solenoidventils entspricht.

Das Rohr 32 des Solenoidventils ist in die Durchgangsöffnung 10a des Arbeitstischs 10 und in die Durchgangsöffnung 12c der elektromagnetischen Spule 12 eingesetzt. Das Rohr 32 hat eine zylindrische Form, wobei ein Ende (das untere Ende in Fig. 1) geschlossen ist und das andere Ende (das obere Ende in Fig. 1) offen ist. Das Rohr 32 ist aus einem nicht magnetischen Material hergestellt. Das offene Ende des Rohrs 32 ist mit einer konischen Fläche 32a versehen, die eine Bezugsebene des Rohrs 32 bezüglich des Arbeitstisches 10 darstellt.

Ein aus magnetischem Material hergestellter Kern 34 ist im Rohr 32 benachbart zu seinem geschlossenen Ende untergebracht. Der Kern 34 ist mittels Verstemmen am Rohr 32 befestigt. Der Kern 34 hat ein Federloch 34a, indem eine Feder 36 untergebracht ist.

Weiterhin ist ein Kolben 38 im Rohr 32 oberhalb des Kerns 34 unter Ausbildung eines Spalts untergebracht, der eine vorbestimmte Breite G₀ aufweist. Der Kolben 38 hat einen gleitenden Abschnitt 38a und einen Stab 38c, der im gleitenden Abschnitt 38a eingepreßt ist. Der gleitende Abschnitt 38a hat einen Außendurchmesser, der etwas kleiner als der Innendurchmesser des Rohrs 32 ist, so daß sich der Kolben 38 im Rohr 32 in Längsrichtung des Rohrs 32 bewegen kann. Der Stab 38c hat an einem seiner Enden ein Kugelventil 38b ausgebildet. Der Kolben 38 wird durch die Feder 36 in eine Richtung (nach oben gerichtete Richtung in Fig. 1) gedrückt, die entgegengesetzt zum Kern 34 ist.

Eine Führung 40 ist in das Rohr 32 an seinem offenen Ende eingepreßt. Die Führung 40 lagert den Stab 38c des Kolbens 38 auf gleitend bewegliche Weise. Die Führung 40 hat einen Stützabschnitt 40a und einen zylindrischen Abschnitt 40b. Der Stützabschnitt 40a hat eine Durchgangsöffnung mit einem Durchmesser, der dem Durchmesser des Stabs 38c nahezu gleich ist. Der Innendurchmesser des zylindrischen Abschnitts 40b ist größer als der Durchmesser des Stabs 38c. Durchgangslöcher 40c und 40d sind im zylindrischen Abschnitt 40b ausgebildet.

Ein Sitz 42 ist im zylindrischen Abschnitt 40b in einer Position derart eingepreßt, daß der Sitz 42 die Durchgangslöcher 40c und 40d nicht blockiert. Der Sitz 42 hat eine Fluidleitung 42a und einen Sitzabschnitt 42b. Der Sitzabschnitt 42 dient als ein Ventilsitz in einem Zustand, bei dem der Sitz 42 im zylindrischen Abschnitt 40d der Führung 40 eingepreßt ist. Somit wird die Fluidleitung 42a mit den Durchgangslöchern 40c und 40d verbunden, wenn das Kugelventil 38b vom Sitzabschnitt 42b getrennt wird. Die Fluidleitung 42a wird von den Durchgangslöchern 40c und 40d getrennt, wenn das Kugelventil 38b auf den Sitzabschnitt 42b aufgesetzt wird.

Das oben erwähnte Rohr 32, der Kern 34, die Feder 36, der Kolben 38, die Führung 40 und der Sitz 42 bilden ein Solenoidventil, das dazu dient, die Fluidleitung 42a zu öffnen oder zu schließen, wenn eine elektromagnetische Spule ähnlich zur elektromagnetischen Spule 12 am Rohr 32 montiert ist.

Wenn die elektromagnetische Spule 12 am Rohr 32 montiert wird, wird durch den Kolben 38, den Kern 34, den Abschnitt 12b aus magnetischem Material und den Spalt zwischen dem Kolben 38 und dem Kern 34 ein magnetischer Kreis ausgebildet. Somit wird ein magnetisches Feld mit hoher Intensität im Spalt zwischen dem Kolben 38 und dem Kern 34 erzeugt, wenn die elektromagnetische Spule 12 mit Strom versorgt wird. Somit wird eine Anziehungskraft zwischen dem Kolben 38 und dem Kern 34 erzeugt. Nachfolgend wird der Spalt zwischen dem Kolben 38 und dem Kern 34 lediglich als Spalt G bezeichnet.

Wenn die Anziehungskraft hinreichend klein im Vergleich zur Druckkraft der Feder 36 ist, wird der Kolben 38 vom Kern 34 weg bewegt, bis das Kugelventil 38b auf dem Sitzabschnitt 42b des Sitz 42 aufsitzt. In diesem Zustand ist der Kolben 38 an einem offenen Ende seines Hubes positioniert, wobei die Fluidleitung 42a von den Durchgangslöchern 40c und 40d getrennt ist, was einem geschlossenen Zustand des Solenoidventils entspricht.

Andererseits, wenn die Anziehungskraft hinreichend groß im Vergleich zur Druckkraft der Feder 36 ist, wird der Kolben 38 gegen die Druckkraft der Feder 36 an eine Position bewegt, an der der gleitende Abschnitt 38a den Kern 34 kontaktiert. In diesem Zustand ist der Kolben 38 an einem geschlossenen Ende seines Weges bzw. Hubes positioniert, wobei das Kugelventil 38b vom Sitzabschnitt 42b abgehoben ist. Somit ist die Fluidleitung 42a mit den Durchgangslöchern 40c und 40d verbunden, was einem offenen Zustand des Solenoidventils entspricht.

Beim vorstehenden Solenoidventil bewegt sich der Kolben 38 im Rohr 32 zwischen dem offenen Ende und dem geschlossenen Ende seines Hubs. Die Hublänge S des Kolbens 38 wird dargestellt durch S=G₀-G₁, wobei G₀ die Breite des Spalts G darstellt, wenn der Kolben 38 am offenen Ende positioniert ist und G₁ die Breite des Spalts G darstellt, wenn der Kolben 38 am geschlossenen Ende positioniert ist.

Die Hublänge S des Kolbens 38, die einem Bereich der Variation der Breite des Spalts G entspricht, ist ein wichtiger Faktor, der die Bedingungen des Fluidstroms im Solenoidventil stark beeinflußt, wenn das Solenoidventil geöffnet ist. Um eine einheitliche Qualität für jedes Solenoidventil zu erreichen, muß die Hublänge S mit hoher Genauigkeit kontrolliert werden. Das heißt, der Bereich der Variation der Breite des Spalts G dargestellt durch G₀-G₁ muß mit hoher Genauigkeit kontrolliert werden. Indem das Meßverfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wie nachfolgend beschrieben wird, verwendet wird, kann der Bereich G₀-G₁ der Variation der Breite des Spalts G mit hoher Genauigkeit einfach gemessen werden.

Wie vorstehend diskutiert, wird, wenn ein Strom I der elektromagnetischen Spule 12 zugeführt wird, durch den Kolben 38 und den Kern 34 ein magnetischer Fluß Φ erzeugt. Die Dichte des magnetischen Fluß Φ wird durch die nachstehende Relation (1) dargestellt, wobei R_M eine Reluktanz bzw. ein magnetischer Widerstand des magnetischen Kreises ist, der um die elektromagnetische Spule 12 gebildet ist, Φ eine durch die elektromagnetische Spule 12 erzeugte magnetomotorische Kraft ist. Die magnetomotorische Kraft Φ wird weiterhin durch eine Multiplikation der Anzahl der Windungen N₀ der elektromagnetischen Spule 12 und des in der elektromagnetischen Spule 12 fließenden Stroms I dargestellt.

Φ=Φ/R_M=N₀·I/R_M (1)

Die Reluktanz R₀ eines Teils des magnetischen Kreises ausschließlich des Spalts G ist ungeachtet der Position des Kolbens 38 konstant. Andererseits verändert sich die Reluktanz R_G des Spalts G in Abhängigkeit zur Breite des Spalts G. Das heißt, die Reluktanz R_G ist eine Funktion der Breite des Spalts G. Nachstehend wird die Reluktanz R_G, wenn der Kolben 38 am geschlossenen Ende seines Weges oder Hubes positioniert ist, als eine Reluktanz R_G0 bezeichnet und die Reluktanz R_G wird, wenn der Kolben 38 am offenen Ende seines Weges oder Hubes positioniert ist, als eine Reluktanz R_G1 bezeichnet. Die vollständige Reluktanz R_M des magnetischen Kreises wird durch die nachfolgende Relation (2) dargestellt.

R_M=R₀+R_G (2)

Eine magnetische Flußdichte Φ₀, die erzeugt wird, wenn der Kolben 38 am geschlossenen Ende positioniert ist und die magnetische Flußdichte Φ₁, die erzeugt wird, wenn der Kolben 38 am offenen Ende positioniert ist, werden jeweils durch die nachstehenden Relationen (3) und (4) dargestellt, indem die vorstehenden Relationen (1) und (2) verwendet werden.

Φ₀=N₀·I/(R₀+R_G0) (3)

Φ₁=N₀·I/(R₀+R_G1) (4)

Demzufolge kann die Änderung ΔΦ der magnetischen Flußdichte, wenn die magnetomotorische Kraft Φ=N₀·I erzeugt wird, und wenn sich der Kolben 38 vom geschlossenen Ende zum offenen Ende bewegt, durch die folgende Relation dargestellt werden.

ΔΦ=Φ₁-Φ₀=[{1/(R₀+R_G1)}-{f1/(R₀+R_G0)}]·N₀·I (5)

Im vorstehenden Solenoidventil ist die Breite G₁ des Spalts G, wenn der Kolben 38 am offenen Ende positioniert ist, gleich Null (G₁=0). Wenn ein Abstandhalter zwischen dem Kolben 38 und dem Kern 34 vorgesehen wird, um ein Anhaften zwischen dem Kolben 38 und dem Kern 34, beruhend auf restlicher Magnetisation, zu verhindern, ist eine Dicke des Abstandhalters gleich der Breite G₁ des Spalts G. Das heißt, die Breite GI kann als eine Konstante behandelt werden, die durch die Gestaltung des Solenoidventils bestimmt ist, bei dem der Kolben 38 den Kern 34 oder den Abstandhalter kontaktiert, der zwischen dem Kolben 38 und dem Kern 34 am offenen Ende des Hubes vorgesehen ist.

Demgemäß ist die Reluktanz R_G1, die der durch den Spalt G mit einer Breite G₁ erzeugten Reluktanz entspricht, ein Wert, der nicht durch einen zusammengebauten Zustand des Solenoidventils beeinträchtigt wird. Somit kann die Reluktanz R_G1 als eine Konstante behandelt werden. Demzufolge kann die vorstehende Relation (5) durch Verwenden einer Funktion F(G₀) bezüglich der Breite G₀ des Spalts G umgeschrieben werden.

ΔΦ=F(G₀)·N₀·I (6)

Indem die Relation (6) umgeordnet wird, wird die Funktion F(G₀) durch F(G₀)= ΔΦ/(N₀·I) dargestellt. Somit kann eine Relation zwischen der Breite G₀ und einem Wert der Funktion F(G₀) erhalten werden, indem ΔΦ/(N₀·I) für verschiedene Werte der Breite G₀, basierend auf den tatsächlichen Messungen des Stroms I und der Differenz ΔΦ der magnetischen Flußdichte, berechnet werden. Im vorliegenden Fall fließt der Strom I in der elektromagnetischen Spule 12, wenn sich der Kolben 38 vom geschlossenen Ende zum offenen Ende seines Hubs bewegt. Die Differenz ΔΦ ist eine Differenz der magnetischen Flußdichte vor und nach der Bewegung des Kolbens 38. Die Anzahl der Wicklungen N₀ ist ein vorbekannter Wert.

Fig. 2 ist eine grafische Darstellung, die einen Wert der Funktion F(G₀) für verschiedene Werte der Breite G₀ darstellt. Wenn die in Fig. 2 dargestellte Relation bekannt ist, kann die Breite G₀ des Spalts G durch Berechnen des Werts der Funktion F(G₀) erhalten werden, nachdem der Kolben 38 und weitere Teile im Rohr 32 montiert wurden. Basierend auf dem Strom I, der der elektromagnetischen Spule 12 zugeführt wird, um den Kolben 38 vom geschlossenen zum offenen Ende zu bewegen und auf der Differenz ΔΦ der magnetischen Flußdichte, die beruhend auf dem Strom I vor und nach der Bewegung des Kolbens 38 erhalten werden, kann die Berechnung ausgeführt werden.

Die Differenz ΔΦ der magnetischen Flußdichte kann erhalten werden, indem eine induzierte elektromotorische Kraft V gemessen wird, die in der elektromagnetischen Spule 12 erzeugt wird, wenn sich der Kolben 38 vom offenen Ende zum geschlossenen Ende eines Hubs bewegt. Das heißt, wenn es beim Fortschreiten des Kolbens 38, indem er sich vom offenen Ende zum geschlossenen Ende bewegt, eine Änderung in der magnetischen Flußdichte Φ gibt, wird die induzierte elektromotorische Kraft V, die durch die nachstehende Relation (7) dargestellt wird, in der elektromagnetischen Spule 12 erzeugt.

V=N₀·dΦ/dt (7)

Die Differenz ΔΦ der magnetischen Flußdichte kann durch Integrieren von dΦ/dt der magnetischen Flußdichte Φ erhalten werden. Demgemäß kann ΔΦ durch die nachstehende Relation (8) dargestellt werden, indem die induzierte elektromotorische Kraft V verwendet wird.

ΔΦ=(1/N₀)·∫Vdt (8)

Durch Einsetzen der Relation (8) in die Relation (6) und Umordnen der Relation (6) kann die nachstehende Relation (9) bezüglich der Funktion F(b₀) erhalten werden.

F(G₀)=(1/N₀²·I)·∫Vdt (9)

Demzufolge kann der Wert der Funktion F(G₀) erhalten werden, indem die induzierte elektromotorische Kraft V gemessen wird, die erzeugt wird, wenn sich der Kolben 38 vom geschlossenen Ende zum offenen Ende bewegt, wobei der Strom I gemessen wird, der in der elektromagnetischen Spule 12 während der Bewegung des Kolbens 38 fließt.

Die Bewegung des Kolbens 38 vom geschlossenen Ende zum geöffneten Ende wird schnell erreicht, wenn eine elektromagnetische Kraft hinreichend größer als die Druckkraft der Feder 36 ist, die auf den am geschlossenen Ende positionierten Kolben 38 einwirkt. Somit wird die induzierte elektromotorische Kraft V, die beruhend auf der Bewegung des Kolbens 38 erzeugt wird, an die Anschlußstücke 14a und 14b der Meßvorrichtung 14 als ein Hochfrequenzsignal eingegeben.

Das der Meßvorrichtung 14 eingegebene Hochfrequenzsignal wird der Steuerung 16 und der Wellenform-Verarbeitungseinheit 24 über den Hochpaßfilter 22 zugeführt. Somit erfaßt die Steuerung 16 und die Wellenform-Verarbeitungseinheit 24 die induzierte elektromotorische Kraft V in der elektromagnetischen Spule 12 mit einer hohen Genauigkeit.

Die Fig. 3 und 4 sind grafische Darstellungen, die Beispiele der Wellenform der induzierten elektromotorischen Kraft V darstellen, wie sie der Wellenform- Verarbeitungseinheit 24 zugeführt werden. Das Beispiel gemäß Fig. 3 ist ein Fall, wo eine relativ große induzierte elektromotorische Kraft V erzeugt wird, d. h., eine große Differenz ΔΦ der magnetischen Flußdichte ist beruhend auf der Bewegung des Kolbens 38 erzeugt worden. Das Beispiel gemäß Fig. 4 ist ein Fall, wo eine relativ kleine induzierte elektromotorische Kraft V erzeugt wird, d. h., eine kleine Differenz ΔΦ der magnetischen Flußdichte ist beruhend auf der Bewegung des Kolbens 38 erzeugt worden.

Wenn das der induzierten elektromotorischen Kraft V entsprechende Signal über den Hochpaßfilter 22 zugeführt wird, berechnet basierend auf dem Signal die Steuerung 16 und die Wellenform-Verarbeitungseinheit 24 die Breite G₀ des Spalts G, indem ein Verfahren ausgeführt wird, wie nachstehend beschrieben.

Fig. 5 ist ein Flußdiagramm einer Steuerungsroutine, die von der Steuerung 16 ausgeführt wird, um die Breite G₀ des Spalts G zu erzeugen. Diese Routine wird gestartet, wenn der Startschalter 26 eingeschaltet wird.

Wenn die in Fig. 5 dargestellte Routine gestartet wird, wird in Schritt 100 ein Verfahren zum Zuführen eines Meßstartstroms I_ST an die elektromagnetische Spule 12 ausgeführt. Wenn dieses Verfahren ausgeführt wurde, wird der Meßstartstrom I_ST von der variablen Stromversorgung 18 der elektromagnetischen Spule 12 zugeführt. Der Meßstartstrom I_ST ist derart bestimmt, daß die elektromagnetische Kraft, die auf den Kolben 38 beruhend auf dem Meßstartstrom I_ST einwirkende Kraft die Presskraft der Feder 36 nicht überschreitet.

Bei Schritt 102 wird ein Verfahren zum Erhöhen des Stroms I ausgeführt, der durch die elektromagnetische Spule 12 fließt. Dann wird in Schritt 104 bestimmt, ob oder ob nicht ein Impulssignal, das durch die induzierte elektromotorische Kraft V in der elektromagnetischen Spule 12 erzeugt wird, erfaßt worden ist. Wenn bestimmt wird, daß das Impulssignal noch nicht erfaßt worden ist, geht die Routine zurück zu Schritt 102, um die Schritte 102 und 104 zu wiederholen. Da der Strom I durch Ausführen der Schritte 102 und 104 nach und nach erhöht wird, wird die elektromagnetische Kraft, die auf den Kolben 38 einwirkt, ebenso nach und nach erhöht. Wenn die elektromagnetische Kraft einen Wert erreicht, der größer als die Druckkraft der Feder 36 ist, bewegt sich der Kolben 38 vom geschlossenen Ende zum offenen Ende seines Hubs. Somit wird das Impulssignal, das der induzierten elektromotorischen Kraft V entspricht, die wiederum in der elektromagnetischen Spule 12 erzeugt wird, der Steuerung 16 zugeführt. Wenn das Impulssignal der Steuerung 16 zugeführt wird, wird in Schritt 104 bestimmt, daß das Impulssignal erfaßt wird, wobei die Routine weiter zu Schritt 106 geht.

In Schritt 106 wird der gegenwärtig durch den Detektor 20 erfaßte Wert des Stroms I als ein Betätigungsstrom I₀ des Solenoidventils gespeichert. Das heißt, der Strom I, der durch die elektromagnetische Spule 12 fließt, wenn sich der Kolben 38 vom geschlossenen Ende zum offenen Ende bewegt, wird als der Betätigungsstrom I₀ gespeichert.

In Schritt 108 wird dann bestimmt, ob oder ob nicht eine vorbestimmte Zeitdauer seitdem die Bewegung des Kolbens 38 gestartet wurde, vergangen ist. Die vorbestimmte Zeitdauer ist derart bestimmt, um eine Zeitdauer zur Verfügung zu stellen, die ausreichend ist, so daß sich der Kolben 38 zum offenen Ende bewegt. Somit wird der Vorgang des Schritts 108 wiederholt, bis bestimmt ist, daß die vorbestimmte Zeitdauer vergangen ist. Wenn in Schritt 108 bestimmt wird, daß die vorbestimmte Zeitdauer vergangen ist, geht die Routine weiter zu Schritt 110.

In Schritt 110 wird ein Vorgang zum Abschalten des in der elektromagnetischen Spule 12 fließenden Stroms I ausgeführt. Nachdem der Vorgang zum Abschalten des Stroms I abgeschlossen ist, geht die Routine weiter zu Schritt 112. In Schritt 112 wird ein Vorgang zum Aussenden eines Befehls zum Starten einer Wellenformverarbeitung an die Wellenform- Verarbeitungseinheit 24 ausgeführt, wonach die Routine am Ende ist.

Fig. 6 ist ein Flußdiagramm einer durch die Wellenform- Verarbeitungseinheit 24 ausgeführten Steuerungsroutine, um die Breite G₀ des Spalts G zu erfassen. Die in Fig. 6 dargestellte Routine wird gestartet, wenn die Wellenform- Verarbeitungseinheit 24 den Befehl zum Starten der Wellenformverarbeitung erhält, der durch die Steuerung 16 in Schritt 12 des in Fig. 5 dargestellten Flußdiagramms ausgesendet wird.

Die Wellenform-Verarbeitungseinheit 14 speichert eine Wellenform des Signals, das der elektromotorischen Kraft V entspricht und das vor der Ausführung der in Fig. 6 dargestellten Routine über den Hochpaßfilter 22 zugeführt wird. Das heißt, die Wellenform-Verarbeitungseinheit 24 speichert eine Wellenform, wie sie in Fig. 3 oder 4 dargestellt ist, vor dem Start des Vorgangs zum Erfassen der Breite G₀ des Spalts G.

Wenn die in Fig. 6 dargestellte Routine gestartet wird, wird in Schritt 200 basierend auf der gespeicherten Wellenform des Signals, ein Integral ∫Vdt der induzierten elektromotorischen Kraft V berechnet. Dann wird in Schritt 202 der Betätigungsstrom I₀ eingelesen, der durch die Steuerung 16 in Schritt 106 des in Fig. 5 dargestellten Flußdiagramms erfaßt und gespeichert wurde. In Schritt 204 wird der Wert der Funktion F(G₀) des zu messenden Solenoidventils, basierend auf der vorstehenden Relation (9), berechnet. Die Kalkulation wird ausgeführt durch Einsetzen des Betätigungsstroms I₀ und des Ergebnisses der Integration ∫Vdt in die Relation (9).

In der Wellenform-Verarbeitungseinheit 24 ist eine Abbildungsfunktion gespeichert, die dem in Fig. 2 dargestellten Graph entspricht. Das heißt, in der Wellenform- Verarbeitungseinheit 24 ist eine Abbildungsfunktion gespeichert, die die Werte der Funktion F(G₀) bezüglich der verschiedenen Werte der Breite G₀ des Spalts G darstellt. Nach der Berechnung des Werts der Funktion F(G₀) in Schritt 204 geht die Routine weiter zu Schritt 206. In Schritt 206 wird unter Bezugnahme auf die abgespeicherte Abbildungsfunktion die Breite G₀ des Spalts G erhalten. Die Breite G₀ entspricht einer Breite des Spalts G, der ausgebildet wird, wenn sich der Kolben 38 am geschlossenen Ende im zu messenden Solenoidventil befindet. Danach wird die Breite G₀ in Schritt 208 auf der Anzeigeeinheit angezeigt, wobei die Routine beendet ist.

Gemäß dem vorstehenden Verfahren kann die der Breite G0 entsprechende Hublänge des Kolbens 38, die die maximale Breite des Spalts G darstellt, mit hoher Genauigkeit auf einfache Weise gemessen werden, ohne das Solenoidventil zu zerlegen, nachdem der Kern 34, die Feder 36, der Kolben 38, die Führung 40 und der Sitz 42 im Rohr 32 montiert worden sind, wobei die Position des Kolbens 38 am geschlossenen Ende bestimmt wird.

Wenn somit das Meßverfahren gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel verwendet wird, ist ein Raum zum Einsetzen eines Meßinstruments für das Innere des Solenoidventils nicht erforderlich. Somit kann ein hohes Niveau in der Freiheit der Gestaltung des Solenoidventils erreicht werden. Weiterhin werden beim Spaltbreiten- Meßverfahren gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel keinerlei Spezialmeßinstrumente verwendet. Somit kann die gleiche Meßvorrichtung gemeinsam für verschiedene Bauarten von Solenoidventilen verwendet werden. Das liefert den Vorteil, daß die Investitionskosten für Herstellungseinrichtungen reduziert werden können, wenn verschiedene Bauarten von Solenoidventilen hergestellt werden.

Beim vorstehenden Ausführungsbeispiel wird, basierend auf der Integration ∫Vdt der induzierten elektromotorischen Kraft V die Differenz ΔΦ der magnetischen Flußdichte beruhend auf der Bewegung des Kolbens 38 erfaßt. Jedoch kann die Differenz Δϕ dafür gehalten werden, daß sie auf einem Spitzenwert der elektromotorischen Kraft V basiert. Das heißt, die induzierte elektromotorische Kraft V zeigt Wellenformen, die in Abhängigkeit der Differenz ΔΦ der magnetischen Flußdichte unterschiedliche Spitzen haben, wie in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist. Die Gestalten der Wellenformen sind ähnlich zueinander, und somit können die Wellenformen der induzierten elektromotorischen Kraft V in vielen Fällen als ähnliche Figuren behandelt werden. Wenn angenommen wird, daß die Wellenformen der elektromotorischen Kraft V ähnlich sind, wird in Betracht gezogen, daß es eine starke Korrelation zwischen der Integration der induzierten elektromotorischen Kraft V und des Spitzenwerts der Wellenform der induzierten elektromotorischen Kraft V gibt. Somit kann die Breite G₀ des Spalts G des Solenoidventils genau bemessen werden, indem der Spitzenwert der Wellenform der elektromotorischen Kraft V anstelle der Integration der elektromotorischen Kraft V verwendet wird.

Weiterhin wird beim vorstehenden Ausführungsbeispiel die Integration der induzierten elektromotorischen Kraft V erhalten, nachdem die Wellenform des der induzierten elektromotorischen Kraft V entsprechenden Signals in der Wellenform-Verarbeitungseinheit 24 gespeichert wurde. Jedoch kann die induzierte elektromotorische Kraft V direkt durch einen Integrator integriert werden, der nach dem Hochpaßfilter 22 vorgesehen ist.

Weiterhin wird im vorstehenden Ausführungsbeispiel die Breite G₀, die die maximale Breite des Spalts G darstellt als die Hublänge des Kolbens gemessen. Jedoch kann die Differenz zwischen der maximalen Breite G0 und der minimalen Breite G1, d. h., der Bereich der Variation (G0-G1) der Breite des Spalts G als die Hublänge des Kolbens gemessen werden, wenn ein Abstandhalter zwischen dem Kolben und dem Kern vorgesehen ist.

Weiterhin wird im vorstehenden Ausführungsbeispiel die Breite G₀ des Spalts G basierend auf der induzierten elektromotorischen Kraft V erhalten, die in der elektromagnetischen Spule 12 erzeugt wird, wenn sich der Kolben 38 vom geschlossenen Ende zum offenen Ende seines Hubs bewegt. Jedoch kann die induzierte elektromotorische Kraft V, die erzeugt wird, wenn sich der Kolben 38 vom offenen Ende zum geschlossenen Ende bewegt, verwendet werden, um die Breite G₀ des Spalts G zu erhalten. In diesem Fall wird der Meßstartstrom I_ST, der größer als die Druckkraft der Feder 36 ist der elektromagnetischen Spule 12 zugeführt, und nach und nach verringert, bis sich der Kolben 38 zum geschlossenen Ende seines Hubs bewegt.

Meßverfahren für die Hublänge eines Kolbens 38 eines Solenoidventils, bei dem die Hublänge des Kolbens 38 gemessen werden kann, ohne tatsächliches Vermessen der Abmaße der inneren Teile des Solenoidventils. Ein magentisches Feld wird zwischen dem Kolben 38 und einem Kern 34 erzeugt, indem ein Strom an eine elektromagnetische Spule 12 angelegt wird, die den Kolben 38 und den Kern 34 umgeben. Der Kolben 38 wird von einem der Hubenden zum anderen bewegt. Die in der elektromagnetischen Spule 12 erzeugte magnetische Flußdichte wird erfaßt, wenn sich der Kolben 38 bewegt. Die Hublänge des Kolbens 38 wird basierend auf der Variation der erfaßten magnetischen Flußdichte gemessen.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die besonderen offengelegten Ausführungsbeispiele begrenzt, wobei Variationen und Abwandelungen vorgenommen werden können, ohne den Bereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Claims

1. Meßverfahren zum Messen einer Hublänge eines Kolbens (38) in einem Solenoidventil, wobei ein Spalt zwischen dem Kolben (38) und einem Kern (34) des Solenoidventils ausgebildet ist, der Kolben (38) zwischen einem ersten Ende und einem zweiten Ende der Hublänge des Kolbens (38) relativ zum Kern (34) beweglich ist, die Breite des Spalts maximal ist, wo der Kolben (38) am ersten Ende positioniert ist, und die Breite des Spalts minimal ist, wo der Kolben (38) am zweiten Ende positioniert ist,
dieses Meßverfahren ist gekennzeichnet durch:

a) Erzeugen eines magnetischen Feldes zwischen dem Kolben (38) und dem Kern (34), indem eine den Kolben (38) und den Kern (34) umgebende elektromagnetische Spule (12) mit einem vorbestimmten Strom versorgt wird;
b) Bewegen des Kolbens (38) aus einer von der ersten Position oder der zweiten Position zur anderen von der ersten Position oder der zweiten Position;
c) Erfassen der magnetischen Flußdichte, die in der elektromagnetischen Spule (12) erzeugt wird, wenn der Kolben (38) bei Schritt b) bewegt wird; und
d) Messen der Hublänge des Kolbens (38) basierend auf einer Veränderung der in Schritt c) erfaßten magnetischen Flußdichte.

2. Meßverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hublänge des Kolbens (38) in Schritt d) als die Breite des Spalts gemessen wird, wenn der Kolben (38) am ersten Ende positioniert ist.

3. Meßverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hublänge des Kolbens (38) in Schritt d) als ein Abstand zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende gemessen wird.

4. Meßverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte Strom eine magnetische Kraft erzeugt, die auf den Kolben (38) aufgebracht wird, wobei die magnetische Kraft geringer als die Druckkraft zum Halten des Kolbens (38) am ersten Ende ist.

5. Meßverfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte Strom in Schritt b) angehoben wird, bis sich der Kolben (38) vom ersten Ende zum zweiten Ende bewegt.

6. Meßverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte Strom eine magnetische Kraft erzeugt, die auf den Kolben (38) aufgebracht wird, wobei die magnetische Kraft größer als die Druckkraft zum Halten des Kolbens (38) am ersten Ende ist, so daß der Kolben (38) am zweiten Ende positioniert wird.

7. Meßverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte Strom in Schritt b) verringert wird bis sich der Kolben (38) vom zweiten Ende zum ersten Ende bewegt.

8. Meßverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Schritt d) den Schritt zum Bestimmen einer maximalen Breite G₀ des Spalts, basierend ,auf einer Abbildungsfunktion umfaßt, die eine Funktion F(G₀) bezüglich der maximalen Breite G₀ darstellt.

9. Meßverfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktion F(G₀) dargestellt wird durch: F(G₀)=(1/N₀²·I₀)·∫Vdtwobei N₀ eine Anzahl der Windungen der elektromagnetischen Spule (12) ist; I₀ ein Strom ist, der in der elektromagnetischen Spule (12) fließt, wenn sich der Kolben (38) in Schritt b) bewegt; V die induzierte elektromotorische Kraft ist, die in der elektromagnetischen Spule (12) erzeugt wird.