EP1831541A1 - Druckregelventil - Google Patents

Druckregelventil

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EP1831541A1
EP1831541A1 EP05817180A EP05817180A EP1831541A1 EP 1831541 A1 EP1831541 A1 EP 1831541A1 EP 05817180 A EP05817180 A EP 05817180A EP 05817180 A EP05817180 A EP 05817180A EP 1831541 A1 EP1831541 A1 EP 1831541A1
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pressure
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    • F02M69/54—Arrangement of fuel pressure regulators

Definitions

  • the invention relates to a pressure control valve with an electromagnet and a movable armature, which finds particular use in a fuel injection system for internal combustion engines for regulating a pressure in a fuel storage.
  • Electromagnets with movable armature are also used as actuators in a variety of applications.
  • Pressure control valves are known in many versions.
  • the pressure regulating valve is used to regulate the pressure in a fuel reservoir with which it is connected via an inlet.
  • the pressure regulating valve has a piston-shaped valve member, which is guided axially displaceably in a bore and which can move against a force, which preferably acts on the valve member as a result of the current in the electromagnet.
  • the force acts in the closing direction, so that the valve member on a Closing element of the pressure control valve is pressed and pressed against a valve seat.
  • the valve member forms an anchor bolt of an electromagnet which can be energized for power control.
  • the energization creates a magnetic field that penetrates the armature of the electromagnet, whereby a magnetic force acts on the anchor bolt.
  • the valve member presses the closing element with this force against the valve seat.
  • the object of the invention is to develop the known from the prior art pressure control valve such that the adjustment of the closing force of the valve in the preassembled state can be done in a precise manner.
  • the object is achieved by the features of claim 1.
  • the distance between the armature and the valve housing is decisive for the penetration of the armature from the magnetic field lines and accordingly for the magnetic force that can be transmitted from the armature and leads to the closing force of the pressure control valve.
  • the detection of this distance is carried out according to the invention by the measurement of a force generated by the magnetic circuit and a displacement measurement in a simultaneous positioning of the valve member. These two physical quantities can be detected very accurately and allow a precise adjustment of the pressure control valve without the influence of mechanical tolerances and the material properties at the electromagnet.
  • the energization of the electromagnet is carried out with the nominal operating point of the pressure control valve corresponding current, so that there are conditions as they occur later in the operation of the pressure control valve.
  • Figure 1 shows a schematic view of a pressure control valve in longitudinal section to illustrate the operation of the pressure control valve.
  • FIG. 2 also in longitudinal section, the pressure regulating valve is shown only with the parts which are important for the interaction with schematically drawn measuring systems for detecting a force and a path.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through a schematic illustration of a pressure regulating valve 11 which may be arranged on a fuel accumulator not shown in the FIGURE.
  • the pressure regulating valve 11 has a housing 12, in which an electromagnet 13 is arranged with a coil winding 14.
  • the coil winding 14 is embedded in soft magnetic material.
  • an anchor bolt 16 of the electromagnet 13 which at its free end as a valve member 17 against a Closing element 18 expresses which closing element 18 in turn is supported on a valve seat 19.
  • a radially extending anchor plate 21 is mounted, which is spaced with a flat bottom 22 to an opposite planar top 23 of the housing 12 by an air gap 24, which does not stand out graphically due to its small dimensions.
  • the air gap 24 is in the pressure regulating valve 11 by the axial height of a
  • Shim 26 which is disposed between a reference surface 27 of the housing 12 and an opposite bearing surface 28 of a valve seat body 29, adjusted.
  • Anchor plate 21 and the anchor bolt 16 penetrated by magnetic flux lines, whereby a magnetic force acts, which presses the valve member 17 against the closing element 18 and the valve seat 19.
  • the size of this force is dependent on the size of the air gap 24th
  • the pressure control valve 11 shown in longitudinal section in FIG. 2, whose parts are taken from FIG. 1, is provided with a force measuring system 31 coupled to the anchor bolt 16 and a position measuring system 33 having a positioning pin 32, which is shown only diagrammatically and with which a distance 34 between the reference surface 27 and an end face 36 of the valve member 17 is determined.
  • the solenoid 13 is acted upon by a current corresponding to the nominal operating point of the pressure control valve 11.
  • the anchor bolt 16 is displaced in the stationarily fixed housing 12 against the force caused by the energization of the electromagnet 13 until a predetermined opposing force with which the pressure regulating valve 11 is to close at the nominal operating point is reached.
  • This force is controllable by the force measuring system 31 with high accuracy.
  • the aforementioned displacement of the anchor bolt 16 is effected by the positioning pin 32 of the position measuring system 33, which bears against the end face 36 of the valve member 17.
  • Position measuring system 33 with high accuracy of the axial distance 34 between the end face 36 of the valve member 17 and the reference surface 27 of the housing 12 of the pressure regulating valve 11 is measured.

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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. Figur 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Druckregelventils im Längsschnitt zur Verdeutlichung der Arbeitsweise des Druckregelventils. In der Figur 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 Figur 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 Figur 2 im Längsschnitt dargestellte Druckregelventil 11, dessen von der Figur 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 Figur 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

A N S P R U C H E
1. 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.
2. Druckregelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet:, dass die vorgegebene Bestromung des Elektromagneten (13) mit einem, dem Nennarbeitspunkt des Druckregelventils (11) entsprechendem Strom erfolgt.
3. Druckregelventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestromung geregelt erfolgt.
4. 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.
5. 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.
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