DE2739628A1

DE2739628A1 - Steuerventil

Info

Publication number: DE2739628A1
Application number: DE19772739628
Authority: DE
Inventors: Ronald Frederick Sheraton; Brian William Tumber
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 1977-06-22
Filing date: 1977-09-02
Publication date: 1979-01-11
Also published as: US4183467A; JPS5417525A; BR7705793A; PL119131B1; DD132145A5; FR2395440B1; AU2813777A; IN147413B; AR212727A1; GB1586254A; ZA774951B; AU513678B2; ES462130A1; IT1086139B; FR2395440A1; CA1104232A; PL201048A1

Description

Steuerventil

Die Erfindung bezieht sich auf ein Steuerventil mit einem Ventilgehäuse, in dem ein druckmittelbetätigtes Ventilglied verschiebbar aufgenommen ist, mit einem im Ventilgehäuse ausgebildeten Ventilsitz, der mit dem Ventilglied zusammenwirkt und bei Anlage beider Bauteile den Durchfluß sperrt, und mit das Ventilglied in Richtung auf den Ventilsitz beaufschlagenden Federelementen, gegen die das Ventilglied im Betrieb durch die Wirkung des zu steuernden Druckmittels angedrückt wird und damit einen entsprechenden Druckmitteldurchfluß zuläßt.

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Ein derartiges Steuerventil kann z. B. zur Kraftstoffzumessung bei einer Brennkraftmaschine eingesetzt werden, wobei es manchmal wichtig ist, denjenigen Zeitpunkt genau zu erfassen, bei welchem das Ventilglied in und außer Berührung mit seinem Ventilsitz gelangt. Diese Information ist zur Steuerung der Maschinenleistung und für die Diagnose des Zustandes des Kraftstoffsystems zweckmäßig.

Derartige Ventile können auch als Nicht-Rückschlagventile mit einem Druckmitteldurchfluß nur in einer Richtung in verschiedenen hydraulischen oder pneumatischen Steueranlagen eingesetzt werden. Beispielsweise in verschiedenen hydraulischen Getrieben verhindern derartige Ventile eine Druckmittelströmung, die zu einer Rückwärtsdrehung z. B. eines Abtriebsgliedes führen würde. Mitunter ist auch eine exakte Aussage darüber notwendig, ob und wann ein Ventil eine Druckmittelströmung absperrt. Es sind auch noch andere Anwendungsfälle für derartige Ventile möglich.

Es gibt Wege zur Bestimmung der Bewegung des Ventil^ glieds in und außer Berührung mit dem Ventilsitz. In einem Falle ist mit dem Ventilglied oder mit einem seiner beweglichen Teile ein Anker verbunden, der in einen Magnetkreis mit einer Meßspule eingefügt ist. In dieser Spule wird ein Signal erzeugt, sobald eine Bewegung diese* Ankers eintritt. Das Gewicht dieses Ankers addiert sich jedoch zur Massenträgheit der bewegten Teile des Ventils und beeinflußt die öffnungs- und Schließgeschwindigkeiten des Ventils nachteilig. Obgleich ein bereits existierender Teil des Ventils als Anker verwendet werden kann, gibt es physikalische Beschränkungen der Ventilkonstruktion, die die Größe der elektrischen Bauteile begrenzen. Ferner werden auch bereits Kapazitätsänderungen eines Kondensators ausgenutzt, dessen eine Platte vom beweglichen Teil des Ventils gebildet wird. Die Schwierigkeit dabei besteht jedoch im Spalt bzw. Zwischenraum innerhalb des Ventils.

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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Steuerventil der eingangs genannten Art zu schaffen, das eine genaue Bestimmung der Bewegung des Ventilgliedes zu und von seinem Sitz während des Normalbetriebes auf einfache Weise ermöglicht.

Gegenstand der Erfindung ist ein Ventil der genannten Art, bei dem das Ventilglied und der Ventilsitz aus einem elektrisch leitenden Material bestehen und an dessen Ventilgehäuse ein elektrisch isolierter Anschluß angeordnet ist, der über Verbindungselemente im Ventilgehäuse mit dem Ventilglied verbunden ist, wobei Maßnahmen zum elektrischen Isolieren des Ventilgliedes gegenüber dem Ventilgehäuse - ausgenommen gegenüber dem Ventilsitz - vorhanden sind und der elektrische Widerstand zwischen dem Ventilglied und dem Gehäuse im Betrieb überwacht werden kann, um so eine Anzeige zu erhalten, wenn das Ventilglied von seinem Sitz abhebt oder in Berührung mit dem Sitz gelangt.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung im einzelnen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt einer Kraftstoffeinspritzdüse mit dem Steuerventil,

Fig. 2 einen vergrößerten Längsschnitt durch den

oberen Teil der Ventilausführung nach Fig. 1,

Fig. 3 ein Oszillogramm der Widerstandsänderungen, Fig. 4 ein elektrischeu Schaltbild.

Bei der Ausführung nach Fig. 1 umfaßt die insgesamt als Einspritzdüse bezeichnete Anordnung ein zylindrisches Gehäuse 10 mit einem seitlichen Ansatz 11, in dessen Ge-

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windebohrung ein Leitungsverbinder 12 für die Kraftstoffzuleitung zur Einspritzdüse eingeschraubt ist. An einem Ende des Gehäuses 10 ist ein Ventilgehäuse 13 von abgestuft zylindrischer Form befestigt, dessen schmales Ende sich durch die Begrenzungswand eines Brennraumes der Maschine erstreckt und das gegenüber dem Gehäuse 10 durch eine überwurfkappe I^ mit einer Bodenbohrung für den schmaleren Teil des Gehäuses befestigt ist. Im Ventilgehäuse verläuft eine Bohrung 15 bis zum Ende des schmaleren Gehäuseteils, die einen Sitz für ein längsverschiebbar in der Bohrung aufgenommenes Ventilglied 16 bildet. Dieses Ventilglied 16 wirkt mit dem Sitz zusammen und verhindert einen Kraftstoffausfluß durch die mit dem blinden Ende der Bohrung kommunizierenden Auslaßöffnungen an der Spitze des Ventilgehäuses. Das Ventilglied 16 ist im Durchmesser abgestuft, wobei sein schmalerer Teil sich im wesentlichen in den Teil der Bohrung 15 erstreckt, der im dünneren Teil des Ventilgehäuses ausgebildet ist. Zwischen dem Ventilglied und der Bohrung ist ein Ringraum vorhanden, der über Strömungskanäle 17, 18 im Ventilgehäuse 13 und im Gehäuse 10 mit dem Kraftstoffeinlaß 11, 12 verbunden ist. Das Ventilglied 16 und die Bohrung 17 sind geläppt, und der sehr schmale Ringspalt zwischen den geläppten Flächen der Bohrungswand und dem Ventilglied ist durch einen Kraftstof film ausgefüllt.

Das Ventilglied ist auch mit dem Ventilsitz geläppt, in Absperrposition erfolgt jedoch eine Metall- zu Metall-Berührung zwischen ihm und dem Ventilgehäuse über den Ventilsitz.

In einer Axialbohrung im Gehäuse 10 ist eine Stößelstange 19 aufgenommen, die an einem - nicht dargestellten axialen Ansatz am Ventilglied 16 abgestützt ist und mit

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ihrem anderen Ende in eine vergrößerte Kammer 20 hineinragt. An diesem in die Kammer 20 ragenden Ende der Stößelstange 19 ist ein Anschlag 21 für eine Schrauben-Druckfeder 22 vorgesehen. Das andere Ende dieser Schraubenfeder 22 stützt sich an einem weiteren Anschlag 23 ab, der an einer in die Begrenzungswand der Kammer 20 eingeschraubten Kappe 2*» festgelegt ist. Diese durch eine Gegenmutter gegen Verdrehung gesicherte Schraubkappe 2k weist eine Leckagebohrung /Tür den Ablauf von in der Kammer 20 angesammeltem Kraftstoff auf.

Wenn im Betrieb Kraftstoff unter Druck in den Ringspalt zwischen dem Ventilglied 16 und der Bohrung 15 gelangt, wird das Ventilglied 16 gegen die Wirkung der Schraubenfeder bewegt, und der Kraftstoff kann durch die Spritzöffnungen fließen. Mit dem Aufhören des Kraftstoffdruckes kehrt das Ventilglied durch die Kraft der Feder

22 in Kontakt mit seinem Sitz zurück. Nachträglich zufließende Kraftstoff-Leckage wird in der Kammer 20 gesammelt und kann durch die Leckagebohrung 29 abgezogen werden.

Zum Erhalt einer Anzeige der Bewegung des Ventilgliedes 16 gegen und von seinem Ventilsitz wird die entsprechende Änderung des elektrischen Widerstandes zwischen dem Ventilglied 16 und dem Ventilgehäuse 13 während dieser Bewegung erfaßt. Das Ventilgehäuse 13 ist mit dem Gehäuse elektrisch leitend verbunden und das Ventilglied ist über den Druckstößel 19, die Feder 22 und den Anschlag 23 an einen elektrischen Anschluß 26 angeschlossen. Der Druckstößel 19 ebenso wie der Anschlag 21 und die Feder 22 sind gegenüber der Wand ihrer Aufnahmebohrung unter einem Zwischenabstand angeordnet.

• Wie aus Fig. 2 deutlich ersichtlich, ist der Anschlag

23 gegen die Schraubkappe 2¹» durch eine Isolierscheibe 28

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isoliert, so daß eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Ventilglied und dem Ventilgehäuse nur dann besteht, wenn sich das Ventilglied in Kontakt mit seinem Sitz befindet. Der Kraftstoffilm im schmalen Ringraum zwischen dem Ventilglied 16 und der Wand der Bohrung 15 wirkt ebenfalls als Isolator. Der Grad der Isolation durch den Kraftstoffilm oder ein anderes Fluid hängt naturgemäß von einer Anzahl Paktoren, z. B. die Leitfähigkeit des Fluides, die Filmstärke und die Ausdehnung des Films, ab. Der hier verwendete Begriff der Isolierung hat daher eine relative Bedeutung, weil der Widerstand bei außer Berührung befindlichem Ventilglied wesentlich größer ist als bei direktem Berührungskontakt zwischen dem Ventilglied und seinem Sitz.

Am Anschlag 23 ist ein elektrischer Leiter 27 befestigt, der einen Isolierstopfen 25 in der Endwand der Kappe durchragt und mit einem elektrischen Leiter 26 verbunden ist.

Der elektrische Widerstand zwischen dem Anschluß 26 und dem Ventilkörper 10 wird gemessen, wobei das in Fig. 3 dargestellte Oszillogramm die durch die Ventilgliedbewegungen gegenüber seinem Sitz verursachten Widerstandsänderungen wiedergibt. Wie ersichtlich, tritt eine erhebliche Widerstandsänderung ein, wenn das Ventilglied unter der Wirkung des Kraftstoffdruckes abhebt, die außerordentlich schnell abläuft. Solange das Ventilglied sich in seiner offenen Stellung befindet, bleibt der Widerstand annähernd konstant und wird durch den Widerstand des Kraftstoffilms zwischen dem Ventilglied und der Wand der Bohrung 15 bestimmt. Der Widerstand fällt allmählich ab, wenn das Ventilglied bei Unterbrechen der Kraftstoffzufuhr durch

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die Pumpe in Kontakt mit dem Ventilsitz gelangt. Das aufgrund der außerordentlich kurzen Ansprechzeit erhaltene Signal stellt eine sehr genaue Anzeige der Öffnungsbewegung des Ventilgliedes dar. Gegenüber elektrischen Kreisen und Meßeinrichtungen, die bei früher beschriebenen Anordnungen zum Erhalt eines solchen Signals notwendig waren, weist der Meßkreis der erfindungsgemäßen Anordnung einen außerordentlich einfachen Aufbau auf. Aus Fig. 4 ist ersichtlich, daß der Stromkreis der Einspritzdüse bei 32 in Serie mit einem Widerstand 30 und einer Stromquelle 31 geschaltet ist. Ein Anzeigeinstrument 33, z. B. ein Oszillograph, ist ^zu der Einspritzdüse parallelgeschaltet, wobei der Widerstand 30 die Stromstärke bei geschlossener Stellung des Ventilgliedes begrenzt. Der Stromkreis der Einspritzdüse ist mit der Punktion eines Schalters vergleichbar.

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Claims

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Ansprüche

Il^/Steuerventil mit einem Ventilgehäuse, in dem ein iruckmittelbetätigtes Ventilglied längsverschiebbar aufgenommen ist, mit einem im Ventilgehäuse ausgebildeten Ventilsitz, der mit dem Ventilglied zusammenwirkt und bei gegenseitiger Anlage den Durchfluß sperrt, und mit das Ventilglied in Richtung auf den Ventilsitz beaufschlagenden Federelementen, gegen die das Ventilglied durch die Wirkung des zu steuernden Druckmittels in Öffnungsrichtung gedrückt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied (16) und der Ventilsitz aus elektrisch leitendem Material bestehen und außer bei gegenseitiger Anlage gegeneinander isoliert sind und daß aus dem Ventilgehäuse (10) herausführende Verbindungselemente (19, 22, 27) an eine Meßeinrichtung zum Erfassen des elektrischen Widerstandes zwischen dem Ventilglied (16) und dem Ventilsitz und zum Anzeigen der Ventilgliedbewegung gegenüber dem Ventilsitz angeschlossen sind.
2. Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein am Ventilgehäuse (10, 13) elektrisch isoliert angeordneter Anschluß (26) mit dem Ventilglied (16) elektrisch leitend verbunden ist und daß das Ventilgehäuse (10, 13) gegenüber dem Ventilglied (16) bis auf den Ventilsitz elektrisch isoliert ist.
3. Steuerventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den Anschluß (26) mit dem Ventilglied (16) elektrisch verbindenden Elemente eine Schraubenfeder (22) aufweisen.

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4. Steuerventil nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß sich die Schraubenfeder (22) an einem Anschlag (23) abstützt, der gegenüber dem Ventilgehäuse durch eine Scheibe (28) isoliert ist und mit dem Anschluß (26) in elektrischer Verbindung steht.
5. Steuerventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenfeder (22) an ihrem anderen Ende an einem Anschlag (21) abgestützt ist, der über einen Stößel

(19) mechanisch und elektrisch mit dem Ventilglied (16) verbunden ist.
6. Steuerventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

gekennzeichnet durch einen vom Ventil gesteuerten Fluidfilm zur Isolierung.
7. Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Hauptgehäuse (10) das Ventilgehäuse (13) festgelegt ist, daß eine Bohrung im Hauptgehäuse (10) in eine Kammer (20) übergeht, in welcher die Schraubenfeder (22) aufgenommen ist, daß ein Stößel gegenüber dem Hauptgehäuse (10) isoliert ist, daß eine Endabdeckung (24) der Kammer

(20) den elektrischen Anschluß (26) aufweist, daß ein Federanschlag (23) zwischen der Feder (22) und der Endabdeckung (24) vorgesehen ist, daß der Anschlag (23) gegenüber der Endabdeckung (24) durch eine Scheibe (28) isoliert ist und daß ein Leiter (27) den Anschlag (23) mit dem Anschluß (26) verbindet, wobei der Stößel (19), die Feder (22), der Anschlag (23)

die elektrische Verbindung des Ventilgliedes (16) mit dem Anschluß (26) darstellen.
8. Steuerventil nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß im Hauptgehäuse (10) und im Ventilgehäuse (13) je ein Druckmittelkanal (17, 18) angeordnet ist, durch den Druckmittel zugeführt wird und auf das Ventilglied (16) zum Abheben,.vpm Sitz einwirkt.

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9. Steuerventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Auslaß im Ventilgehäuse (13) in Strömungsverbindung mit dem Druckmittelkanal (17, 18) steht, wenn das Ventilglied (16) von seinem Sitz abgehoben hat.
10. 'w'iitil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckmittelfcanal (18) im Hauptgehäuse (10) mit einem

Kraftstoffeinlaß (12) verbunden ist und daß zwischen dem Ventilglied (16) und der Wand einer Bohrung (15) ein schmaler Ringspalt von flüssigem Kraftstoff ausgefüllt ist, der das Ventilglied (16) gegenüber der Wand der Bohrung (15) isoliert.
11. Steuerventil nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine in die Kammer (20) mündende Leckage-Öffnung (29) zum Aus- <.-·'.. .: v;ri ίΊϋ::3ΐ;·;οΐ!ί Kraftstoff.