DE4023826A1 - Verfahren zur einstellung eines ventils und ventil - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Einstellung der dyna­ mischen, während des Öffnungs- und des Schließvorganges abgegebenen Mediumströmungsmenge eines elektromagnetisch betätigbaren Ventils bzw. von einem elektromagnetisch betätigbaren Ventil nach der Gat­ tung des Anspruches 1 bzw. 5. Bei bekannten Ventilen wird die dyna­ mische, während des Öffnungs- und des Schließvorganges abgegebene Mediumströmungsmenge durch die Größe der Federkraft einer auf den Ventilschließkörper wirkenden Rückstellfeder eingestellt. Das aus der DE-OS 37 27 342 bekannte Ventil weist einen in einer Längsboh­ tung des Innenpols verschiebbar angeordneten Einstellbolzen auf, an dessen einer Stirnseite das eine Ende der Rückstellfeder anliegt. Die Einpreßtiefe des Einstellbolzens in die Längsbohrung des Innen­ pols bestimmt die Größe der Federkraft der Rückstellfeder. Aus der DE-OS 29 42 853 ist ein Ventil bekannt, bei dem die Federkraft der Rückstellfeder durch die Einschraubtiefe einer in die Langsbohrung des Innenpols einschraubbaren Einstellschraube eingestellt wird, an deren einer Stirnseite das eine Ende der Rückstellfeder anliegt.

Die Einstellung der dynamischen Mediumströmungsmenge durch die Ein­ stellung der auf den Ventilschließkörper wirkenden Federkraft der Rückstellfeder hat aber den Nachteil, daß an dem fertig montierten Ventil eine Zugriffsmöglichkeit auf die Rückstellfeder in Form eines leicht zugänglichen Einstellelementes vorzusehen ist.

Zudem ist der Variationsbereich der Federkraft der Rückstellfeder nach oben durch die Anzugskraft des magnetischen Kreises und nach unten durch die Auswirkung auf die Dichtheit des Ventilsitzes be­ grenzt.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 bzw. das elektromagnetisch betätigbare Ventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 2 haben den Vorteil einer besonders einfachen, automatisierbaren und keine Zugriffsmöglichkeit auf die Rückstellfeder erfordernden Einstellung der dynamischen, während des Öffnungs- und des Schließvorganges abgegebenen Medium­ strömungsmenge eines elektromagnetisch betätigbaren Ventils. An dem fertig montierten Ventil ist also keine Zugriffsmöglichkeit auf die Rückstellfeder mehr erforderlich. Die Rückstellfeder weist vielmehr eine konstante, voreingestellte Federkraft auf.

Die Einstellung der dynamischen Mediumströmungsmenge erfolgt durch die Veränderung einer im magnetischen Kreis ausgebildeten magneti­ schen Drosselstelle.

Die Querschnitte des magnetischen Kreises, also die Querschnitte des Innenpols, eines Ankers, eines Ventilmantels und eines Gehäuse­ deckels sind so ausgelegt, daß der kritische, die Magnetkraft im er­ regten Zustand begrenzende magnetische Drosselquerschnitt, vorzugs­ weise als Sättigungsquerschnitt ausgebildet, im Bereich der wenig­ stens einen am Umfang des Innenpols zumindest teilweise umlaufenden Ausnehmung liegt. Der magnetisch leitfähige Abgleichbolzen wird so tief in das Sackloch des Innenpols eingeschoben und damit die Mag­ netkraft variiert, bis die abgegebene gemessene Istmenge mit der vorgegebenen Sollmenge übereinstimmt.

Die Einstellempfindlichkeit des magnetischen Kreises nach dem erfin­ dungsgemäßen Verfahren kann über die Geometrie der am Umfang des In­ nenpols ausgebildeten Ausnehmung beliebig variiert werden.

Da die Einstellung am fertig montierten Ventil von außen vorgenommen wird, ist sie ohne Einfluß auf die Dichtheit des Ventils. Der Ein­ stellvorgang ist voll automatisierbar und damit für eine Großserien­ fertigung gut geeignet.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor­ teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 2 ange­ gebenen Ventils möglich.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die wenigstens eine Ausnehmung am Umfang des Innenpols durch eine sprunghafte Querschnittsverringerung in Form einer Stufe und eine sich daran in axialer Richtung zum Ven­ tilschließkörper hin anschließende kontinuierliche Querschnittser­ weiterung ausgebildet ist. So läßt sich über einen weiten Bereich der Einpreßtiefe des Abgleichbolzens in das Sackloch des Innenpols in Abhängigkeit von der Geometrie der Ausnehmung beispielsweise ein nahezu linearer Verlauf der Magnetkraft bei Veränderung der Einpreß­ tiefe erzielen, wobei mit zunehmender Einpreßtiefe die Magnetkraft ansteigt.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel eines die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglichenden Ventils ist in der Figur vereinfacht dar­ gestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Das in der Figur beispielsweise dargestellte elektromagnetisch betä­ tigbare Ventil in der Form eines Brennstoffeinspritzventils für Brennstoffeinspritzanlagen beispielsweise für gemischverdichtende fremdgezündete Brennkraftmaschinen erlaubt die Durchführung des er­ findungsgemäßen Verfahrens zur Einstellung der dynamischen, während des Öffnungs- und des Schließvorganges abgegebenen Mediumströmungs­ menge.

Konzentrisch zu einer Ventillängsachse 1 weist das Ventil einen ab­ gestuften Innenpol 2 aus einem ferromagnetischen Werkstoff auf, der in einem Spulenabschnitt 3 von einer Magnetspule 4 teilweise umgeben ist. An einem unteren Polende 5 des Innenpols 2 ist ein Flansch 6 ausgebildet, der konzentrisch zu der Ventillängsachse 1 eine Sack­ lochbohrung 7 aufweist.

Die Magnetspule 4 mit ihrem Spulenträgerteil 8 ist von einem Ventil­ mantel 9 umgeben, der sich in axialer Richtung über den Flansch 6 des Innenpols 2 hinaus erstreckt. An dem dem Flansch 6 abgewandten Ende des Innenpols 2 ist oberhalb der Magnetspule 4 in radialer Richtung zwischen dem Innenpol 2 und dem Ventilmantel 9 ein kreis­ ringförmiger Gehäusedeckel 10 angeordnet, der außen mit dem Ventil­ mantel 9 und innen mit dem Innenpol 2 beispielsweise mittels Schweißen verbunden ist. Der Gehäusedeckel 10 ist aus einem ferro­ magnetischen Werkstoff ausgebildet und weist Durchführungen 11 auf, durch die Kontaktfahnen 12 verlaufen, die von einem elektrischen An­ schlußstecker 14 ausgehend die Magnetspule 4 elektrisch kontaktie­ ren.

Ein Düsenträger 18 ragt mit einem oberen Flanschabschnitt 19 in ein dem Anschlußstecker 14 abgewandtes Ende einer konzentrisch zur Ven­ tillängsachse 1 ausgebildeten Längsöffnung 20 des Ventilmantels 9. Der Flanschabschnitt 19 ist mit dem Ventilmantel 9 beispielsweise durch eine in einer Querschnittsverringerung 24 des Ventilmantels 9 verlaufende Schweißnaht 25 fest verbunden. In einer konzentrisch zu der Ventillängsachse 1 ausgebildeten Aufnahmeöffnung 21 weist der Düsenträger 18 der Magnetspule 4 abgewandt einen Düsenkörper 22 auf, der mit dem Düsenträger 18 an dessen der Magnetspule 4 abgewandten Stirnseite 23 z. B. durch Schweißen verbunden ist. Der Düsenkörper 22 hat beispielsweise zwei Abspritzöffnungen 26, die stromabwärts eines festen Ventilsitzes 27 ausgebildet sind.

In die Aufnahmeöffnung 21 des Düsenträgers 18 ragt ein rohrförmiger, mit dem unteren Polende 5 des Innenpols 2 zusammenwirkender Anker 30. An seinem dem Ventilsitz 27 zugewandten Ende ist der Anker 30 unmittelbar mit einem kugelförmigen, mit dem Ventilsitz 27 zusammen­ wirkenden Ventilschließkörper 31 beispielsweise mittels Schweißen oder Löten verbunden. Das kompakte und sehr leichte, aus dem rohr­ förmigen Anker 30 und dem als Kugel ausgebildeten Ventilschließkör­ per 31 bestehende bewegliche Ventilteil ermöglicht nicht nur ein gu­ tes dynamisches Verhalten und ein gutes Dauerlaufverhalten, sondern zudem auch eine besonders kurze und kompakte Bauform des Ventils.

Zur Führung des aus Anker 30 und Ventilschließkörper 31 bestehenden beweglichen Ventilteiles ist an dem dem Düsenkörper 22 abgewandten Ende des Düsenträgers 18 an einem Halteabsatz 32 der Aufnahmeöffnung 21 anliegend ein Führungsring 33 angeordnet, der aus einem unmagne­ tischen, beispielsweise keramischen Werkstoff ausgebildet und mit dem Halteabsatz 32 des Düsenträgers 18 fest verbunden ist. Der Füh­ rungsring 33 ist in axialer Richtung schmal ausgebildet und weist eine zur Ventillängsachse 1 konzentrische Führungsöffnung 39 auf, die der Anker 30 zu seiner Führung mit geringem Spiel durchragt.

Der rohrförmige Anker 30 weist in seiner abgestuften Durchgangsboh­ rung 34 an seinem dem Innenpol 2 abgewandten Ende einen Federabsatz 35 auf, an dem sich das eine Ende einer Rückstellfeder 36 abstützt. Mit ihrem anderen Ende liegt die Rückstellfeder 36 an einer Stirn­ fläche 37 des Flansches 6 des Innenpols 2 an. Die Rückstellfeder 36 wirkt demzufolge mit einer konstanten, voreingestellten Federkraft auf Anker 30 und Ventilschließkörper 31. In der Sacklochbohrung 7 des Flansches 6 ist ein Anschlagstift 38 angeordnet, der in die Durchgangsbohrung 34 des Ankers 30 ragt. In Öffnungsstellung des Ventils liegt der Ventilschließkörper 31 an einer Stirnfläche 41 des Anschlagstiftes 38 an, so daß der Öffnungshub des Ventilschließkör­ pers 31 auf einfache Art und Weise begrenzt wird.

Der kugelförmige Ventilschließkörper 31 ist in einer stromaufwärts des Ventilsitzes 27 in dem Düsenkörper 22 ausgebildeten Gleitbohrung 40 gleitbar gelagert. Die Wandung der Gleitbohrung 40 ist durch Strömungskanäle 42 unterbrochen, die die Strömung eines Mediums von der Aufnahmeöffnung 21 des Düsenträgers 18 zu dem Ventilsitz 27 er­ möglichen.

An der dem Düsenträger 18 zugewandten Seite der Magnetspule 4 ist in radialer Richtung zwischen dem Flansch 6 des Innenpols 2 und dem Ventilmantel 9 ein Verbindungsring 43 angeordnet, der aus einem nichtmagnetischen, einen hohen spezifischen elektrischen Widerstand aufweisenden Werkstoff, beispielsweise einem keramischen Werkstoff ausgebildet ist. Der Verbindungsring 43 ist beispielsweise durch Lö­ ten an seinem Umfang mit der Längsöffnung 20 des Ventilmantels 9 und an seiner Innenöffnung 45 mit dem Umfang des Flansches 6 dicht ver­ bunden, so daß die Magnetspule 4 nicht mit dem Medium in Kontakt kommt.

An dem Umfang des Düsenträgers 18 ist in Richtung zu den Abspritz­ öffnungen 26 des Düsenkörpers 22 hin unmittelbar an den Flanschab­ schnitt 19 anschließend ein Trägerring 52 angeordnet, der zur Monta­ ge über einen am Umfang des Düsenträgers 18 an seinem der Stirnseite 23 zugewandten Ende ausgebildeten radial nach außen weisenden Halte­ absatz 28 hinweg in axialer Richtung zweigeteilt ausgebildet ist. Der Tragerring 52 umschließt ein Filterelement 53, über das das Me­ dium von einer Mediumquelle, beispielsweise einer Brennstoffpumpe, zu Queröffnungen 54 strömen kann, die die Wandung des Düsenträgers 18 derart durchdringen, daß eine Mediumströmung in den von der Auf­ nahmeöffnung 21 umschlossenen Innenraum zum Ventilsitz 27 ermöglicht wird.

Mindestens ein Teil des Ventilmantels 9 sowie vollständig die dem Ventilschließkörper 31 abgewandte Stirnseite 49 des Gehäusedeckels 10 sind durch eine Kunststoffummantelung 50 umschlossen, an die zu­ gleich der elektrische Anschlußstecker 14 mitangeformt ist, über den die elektrische Kontaktierung und damit die Erregung der Magnetspule 4 erfolgt. Die Kunststoffummantelung 50 kann durch Ausgießen oder Umspritzen mit Kunststoff erzielt werden.

Ausgehend von einer dem Flansch 6 abgewandten Stirnseite 60 des In­ nenpols 2 ist vor der Montage des Ventils im Innenpol 2 ein konzen­ trisch zu der Ventillängsachse 1 verlaufendes Sackloch 61 ausgebil­ det. Das Sackloch 61 erstreckt sich in axialer Richtung zum Ventil­ schließkörper 31 hin beispielsweise ungefähr bis zur Magnetspule 4. An dem Umfang des Innenpols 2 ist in axialer Höhe des Sackloches 61 wenigstens eine zumindest teilweise umlaufende Ausnehmung 62 ausge­ formt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel hat der Innenpol 2 eine vollständig umlaufende Ausnehmung 62, die durch eine sprung­ hafte Querschnittsverringerung 64 in Form einer Stufe 65 und eine sich von deren Grund in axialer Richtung zum Ventilschließkörper 31 hin daran anschließende kontinuierliche Querschnittserweiterung 66 ausgebildet ist, so daß der Innenpol 2 im Bereich der Ausnehmung 62 die Form eines Kegelstumpfes hat.

Es ist aber auch möglich, wenn der Querschnitt der Ausnehmung 62 ei­ ne von dem dargestellten Ausführungsbeispiel abweichende dreieckige Form hat. Die Ausnehmung 62 kann aber ebenfalls einen beliebigen an­ deren, beispielsweise rechteckförmigen, trapezförmigen oder gewölb­ ten Querschnitt aufweisen.

Die Querschnitte des Innenpols 2, des Ankers 30, des Ventilmantels 9 und des Gehäusedeckels 10, die gemeinsam den Magnetkreis ausbilden, sind vorzugsweise so gewählt, daß der kritische, eine magnetische Drosselstelle am Innenpol 2 bildende und die Magnetkraft im erregten Zustand begrenzende, vorzugsweise als Sättigungsquerschnitt ausge­ bildete Drosselquerschnitt im Bereich der Ausnehmung 62 liegt. Durch den beispielsweise dargestellten Querschnitt der Ausnehmung 62 än­ dert sich der Sättigungsquerschnitt über die Länge der magnetischen Drosselstelle.

In dem Sackloch 61 des Innenpols 2 ist ein verschiebbarer Abgleich­ bolzen 68 aus einem magnetisch leitfähigen Werkstoff angeordnet, der aus dem Sackloch 61 in dem Ventilschließkörper 31 abgewandter Rich­ tung mit seinem einen Ende 70 herausragt. Der Abgleichbolzen 68 weist an seinem Ende 70 eine Querschnittsverringerung 71 auf, die es ermöglicht, daß der Abgleichbolzen 68 aus dem Sackloch 61 des Innen­ pols 2 wieder herausgezogen werden kann. Die Ventilummantelung 50 weist konzentrisch zu der Ventillängsachse 1 eine Durchgangsöffnung 72 auf, die einen Zugriff von außen auf das Ende 70 des Abgleichbol­ zens 68 im fertig montierten Zustand des Ventils erlaubt.

Im für den Einbau in die Brennkraftmaschine fertig montierten Zu­ stand des Ventils ist die Durchgangsöffnung 72 der Kunststoffumman­ telung 50 an ihrem dem Ventilschließkörper 31 abgewandten Ende durch eine Abdeckkappe 75 abgedeckt.

Zur Einstellung der dynamischen, während des Öffnungs- und des Schließvorganges abgegebenen Mediumströmungsmenge des elektromagne­ tisch betätigbaren Ventils wird die abgegebene Istmenge des fertig montierten, z. B. gemäß des dargestellten Ausführungsbeispiels aus­ gebildeten Ventils beispielsweise mittels eines Auffangbehälters 73 gemessen und mit der vorgegebenen Sollmenge verglichen. Stimmen Ist­ menge und Sollmenge nicht überein, so wird der Abgleichbolzen 68 mit einem Preßwerkzeug 74 so weit in das Sackloch 61 eingeschoben oder aus dem Sackloch 61 herausgezogen, bis die gemessene Istmenge des Mediums mit der vorgegebenen Sollmenge übereinstimmt.

Durch das Einschieben oder Herausziehen des Abgleichbolzens 68 in das bzw. aus dem Sackloch 61 des Innenpols 2 ändern sich die magne­ tischen Eigenschaften des Innenpols 2. So werden z. B. der magneti­ sche Fluß und die Magnetkraft beim Einschieben erhöht, so daß sich die Anzugszeit des Magneten verringert, die Abfallzeit des Magneten erhöht und damit die dynamische Strömungsmenge des Ventils verän­ dert. Je weiter der Abgleichbolzen 68 in das Sackloch 61 des Innen­ pols 2 eingeschoben wird, desto mehr wird die magnetische Drossel­ wirkung der Ausnehmung 62 verringert und die Magnetkraft erhöht.

Die Einstellempfindlichkeit des magnetischen Kreises nach dem erfin­ dungsgemäßen Verfahren kann durch Änderung der geometrischen Form der wenigstens einen am Umfang des Innenpols 2 ausgebildeten Ausneh­ mung 62 beliebig variiert werden. Als besonders geeignet hat sich die in dem Ausführungsbeispiel dargestellte dreieckige Querschnitts­ form der Ausnehmung 62 erwiesen, wobei verschiedene Abmessungen der Querschnittsverringerung 64 und der Querschnittserweiterung 66 eine unterschiedliche Einstellcharakteristik beim Einschieben oder Her­ ausziehen des Abgleichbolzens 68 in das bzw. aus dem Sackloch 61 des Innenpols 2 ermöglichen. Hieraus ergibt sich ein in Abhängigkeit von den Abmessungen der Ausnehmung 62 unterschiedlicher, beispielsweise linearer oder progressiver Anstieg der Magnetkraft mit zunehmender Einpreßtiefe.

Das erfindungsgemäße Einstellverfahren bietet den Vorteil, daß bei dem fertig montierten Ventil keine Zugriffsmöglichkeit auf die Rück­ stellfeder 36 erforderlich ist, sondern die Einstellung von außen vorgenommen werden kann, so daß die Dichtheit des Ventils gewährlei­ stet ist. Zudem ist der Einstellvorgang voll automatisierbar und da­ mit für die Großserienfertigung gut geeignet.

Claims (4)

1. Verfahren zur Einstellung der dynamischen, von einem elektroma­ gnetisch betätigbaren Ventil, insbesondere einem elektromagnetisch betätigbaren Brennstoffeinspritzventil mit einem Innenpol und einem Ventilschließkörper während des Öffnungs- und des Schließvorganges abgegebenen Mediumströmungsmenge, dadurch gekennzeichnet, daß zu­ nächst in dem Innenpol (2) ein von seiner einen, dem Ventilschließ­ körper (31) abgewandten Stirnseite (60) ausgehendes, konzentrisch zu einer Ventillängsachse (1) verlaufendes Sackloch (61) und dann an dem Umfang des Innenpols (2) in axialer Höhe des Sackloches (61) ei­ ne zumindest teilweise umlaufende Ausnehmung (62) ausgebildet wer­ den, daß danach das Ventil fertig montiert und anschließend mit Me­ dium versorgt wird, daß daraufhin die abgegebene Istmenge mit einer vorgegebenen Sollmenge verglichen wird und abschließend in das Sack­ loch (61) ein Abgleichbolzen (68) aus einem magnetisch leitfähigen Werkstoff mehr oder weniger tief eingeschoben wird, bis die gemesse­ ne Istmenge mit der vorgegebenen Sollmenge übereinstimmt.

2. Elektromagnetisch betätigbares Ventil, insbesondere elektromagne­ tisch betätigbares Brennstoffeinspritzventil, mit einem Innenpol und einem Ventilschließkörper, insbesondere zur Durchführung des Verfah­ rens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Innenpol (2) des Ventils ein von seiner dem Ventilschließkörper (31) abge­ wandten Stirnseite (60) ausgehendes, konzentrisch zu einer Ventil­ längsachse (1) verlaufendes Sackloch (61) und an dem Umfang des In­ nenpols (2) in axialer Hohe des Sackloches (61) wenigstens eine zu­ mindest teilweise umlaufende Ausnehmung (62) ausgebildet ist und daß in dem Sackloch (61) ein verschiebbarer Abgleichbolzen (68) aus ei­ nem magnetisch leitfähigen Werkstoff angeordnet ist.

3. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die wenig­ stens eine Ausnehmung (62) durch eine sprunghafte Querschnittsver­ ringerung (64) in Form einer Stufe (65) und eine sich daran in axia­ ler Richtung zum Ventilschließkörper (31) hin anschließende kon­ tinuierliche Querschnittserweiterung (66) ausgebildet ist.

4. Ventil nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Sackloch (61) einen derartigen Durchmesser hat, daß in der Wandung des Innenpols (2) zwischen dem Sackloch (61) und dem Umfang des Innenpols (2) eine magnetische Drosselstelle gebildet ist, in der bei Erregung des Ventils magnetische Sättigung auftritt.