Titel:

Elektromagnetisch betätigbares Einlassventil und Hochdruckpumpe mit Einlassventil

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisch betätigbares Einlassventil für eine Hochdruckpumpe, insbesondere eines Kraftstoffeinspritzsystems, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Hochdruckpumpe mit einem solchen Einlassventil.

Stand der Technik

Ein elektromagnetisch betätigbares Einlassventil für eine Hochdruckpumpe eines Kraftstoffeinspritzsystems, ist durch die DE 10 2013 220 593 A1 bekannt. Die Hochdruckpumpe weist wenigstens ein Pumpenelement auf mit einem in einer

Hubbewegung angetriebenen Pumpenkolben, der einen Pumpenarbeitsraum begrenzt. Der Pumpenarbeitsraum ist über das Einlassventil mit einem Zulauf für den Kraftstoff verbindbar. Das Einlassventil umfasst ein Ventilglied, das mit einem Ventilsitz zur Steuerung zusammenwirkt und das zwischen einer Öffnungs- Stellung und einer Schließstellung bewegbar ist. In seiner Schließstellung kommt das Ventilglied am Ventilsitz zur Anlage. Ferner umfasst das Einlassventil einen elektromagnetischen Aktor, durch den das Ventilglied bewegbar ist. Der elektromagnetische Aktor weist eine Magnetspule und einen Magnetanker auf, der über einen mit diesem verbundenen Ankerbolzen auf das Ventilglied wirkt. Der Anker- bolzen ist dabei beispielsweise in eine zentrale Bohrung des Magnetankers ein- gepresst. Der Magnetanker ist über seinen Außenmantel in einer Aufnahme verschiebbar geführt und begrenzt auf seiner dem Ventilglied zugewandten Seite einen ersten Raum und auf seiner dem Ventilglied abgewandten Seite einen zweiten Raum. Die beiden Räume sind mit Fördermedium, also Kraftstoff, gefüllt. Um bei der Bewegung des Magnetankers einen Volumenausgleich zwischen den beiden Räumen zu ermöglichen ist der Magnetanker mit mehreren Öffnungen in Form von Bohrungen versehen, die die beiden Räume miteinander verbinden. Die Bohrungen müssen einen ausreichend großen Durchströmquerschnitt aufweisen, um einen Volumenausgleich der beiden Räume ohne starke Drosselung zu ermöglichen. Durch die Bohrungen wird jedoch die Wandstärke des Magnet- ankers in radialer Richtung verringert, so dass unter Umständen kein ausreichender Halt und Presssitz des Ankerbolzens im Magnetanker sichergestellt ist und sich dieser somit während der Betriebsdauer lösen kann, wodurch die Funktion des Einlassventils nicht mehr sichergestellt ist. Offenbarung der Erfindung

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Einlassventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass durch die wenigstens eine in Umfangsrichtung eine größere Erstreckung als in radialer Richtung aufweisende Öffnung sowohl ein ausreichend großer Durchströmquerschnitt zur Verfügung gestellt werden kann als auch in radialer Richtung eine ausreichend große Wandstärke des Magnetankers erhalten bleibt.

In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Einlassventils angegeben. Bei Ausbildung der wenigstens einen Öffnung gemäß Anspruch 3 oder 4 ist diese einfach herstellbar. Die Ausbildung gemäß Anspruch 6 oder 7 ermöglicht eine einfache Herstel- lung des Magnetankers mit der wenigstens einen Öffnung ohne dass diese in einem spanabhebenden Verfahren eingebracht werden muss.

Zeichnung Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen Figur 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine Hochdruckpumpe, Figur 2 in vergrößerter Darstellung einen in Figur 1 mit II bezeichneten Ausschnitt mit dem Einlassventil der Hochdruckpumpe, Figur 3 einen Magnetanker des Einlassventils in einem Querschnitt entlang Linie III-III in Figur 2 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel und Figur

4 den Magnetanker im Querschnitt gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Figur 1 ist ausschnittsweise eine Hochdruckpumpe dargestellt, die zur Kraft- Stoffförderung in einem Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine vorgesehen ist. Die Hochdruckpumpe weist wenigstens ein Pumpenelement 10 auf, das wiederum einen Pumpenkolben 12 aufweist, der durch einen Antrieb in einer Hubbewegung angetrieben wird, in einer Zylinderbohrung 14 eines Gehäuseteils 16 der Hochdruckpumpe geführt ist und in der Zylinderbohrung 14 einen Pum- penarbeitsraum 18 begrenzt. Als Antrieb für den Pumpenkolben 12 kann eine

Antriebswelle 20 mit einem Nocken 22 oder Exzenter vorgesehen sein, an dem sich der Pumpenkolben 12 direkt oder über einen Stößel, beispielsweise einen Rollenstößel, abstützt. Der Pumpenarbeitsraum 18 ist über ein Einlassventil 24 mit einem Kraftstoffzulauf 26 verbindbar und über ein Auslassventil 28 mit einem Speicher 30. Beim Saughub des Pumpenkolbens 12 kann der Pumpenarbeitsraum 18 bei geöffnetem Einlassventil 24 mit Kraftstoff befüllt werden. Beim Förderhub des Pumpenkolbens 12 wird durch diesen Kraftstoff aus dem Pumpenarbeitsraum 18 verdrängt und in den Speicher 30 gefördert. Im Gehäuseteil 16 der Hochdruckpumpe schließt sich wie in Figur 2 dargestellt an die Zylinderbohrung 14 auf deren dem Pumpenkolben 12 abgewandter Seite eine Durchgangsbohrung 32 mit kleinerem Durchmesser als die Zylinderbohrung 14 an, die auf der Außenseite der Gehäuseteils 16 mündet. Das Einlassventil 24 weist ein kolbenförmiges Ventilglied 34 auf, das einen in der Durchgangsbohrung 32 verschiebbar geführten Schaft 36 und einen im Durchmesser gegenüber dem

Schaft 36 größeren Kopf 38 aufweist, der im Pumpenarbeitsraum 18 angeordnet ist. Am Übergang von der Zylinderbohrung 14 zur Durchgangsbohrung 32 ist am Gehäuseteil 16 ein Ventilsitz 40 gebildet, mit dem das Ventilglied 34 mit einer an seinem Kopf 38 ausgebildeten Dichtfläche 42 zusammenwirkt.

In einem an den Ventilsitz 40 anschließenden Abschnitt weist die Durchgangsbohrung 32 einen größeren Durchmesser auf als in deren den Schaft 36 des Ventilglieds 34 führendem Abschnitt, so dass ein den Schaft 36 des Ventilglieds 34 umgebender Ringraum 44 gebildet ist. In den Ringraum 44 münden eine oder mehrere Zulaufbohrungen 46, die andererseits auf der Außenseite des

Gehäuseteils 16 münden. Der Schaft 36 des Ventilglieds 34 ragt auf der dem Pumpenarbeitsraum 18 abgewandten Seite des Gehäuseteils 16 aus der Durchgangsbohrung 32 heraus und auf diesem ist ein Stützelement 48 befestigt. Am Stützelement 48 stützt sich eine Ventilfeder 50 ab, die sich andererseits an einem den Schaft 36 des Ventilglieds 34 umgebenden Bereich 52 des Gehäuseteils 16 abstützt. Durch die Ventilfeder 50 wird das Ventilglied 34 in einer Stellrichtung A in dessen Schließrichtung beaufschlagt, wobei das Ventilglied 34 in seiner Schließstellung mit seiner Dichtfläche 42 am Ventilsitz 40 anliegt. Die Ventilfeder 50 ist beispielsweise als Schraubendruckfeder ausgebildet.

Das Einlassventil 24 ist durch einen elektromagnetischen Aktor 60 betätigbar. Der Aktor 60 wird durch eine elektronische Steuereinrichtung 62 in Abhängigkeit von Betriebsparametern der zu versorgenden Brennkraftmaschine angesteuert. Der elektromagnetische Aktor 60 weist eine Magnetspule 64, einen Magnetkern

66 und einen Magnetanker 68 auf. Der elektromagnetische Aktor 60 ist auf der dem Pumpenarbeitsraum 18 abgewandten Seite des Einlassventils 24 angeordnet. Der Magnetkern 66, die Magnetspule 64 und der Magnetanker 68 sind in einem Aktorgehäuse 70 angeordnet, das am Gehäuseteil 16 der Hochdruckpumpe befestigbar ist. Das Aktorgehäuse 70 ist beispielsweise mittels eines dieses übergreifenden Schraubrings 72 am Gehäuseteil 16 befestigbar, der auf einem mit einem Außengewinde versehenen Kragen 74 des Gehäuseteils 16 aufgeschraubt ist. Der Magnetanker 68 ist zumindest im wesentlichen zylinderförmig ausgebildet und über seinen Außenmantel in einer Bohrung 76 im Aktorgehäuse 70 verschiebbar geführt. Die Bohrung 76 im Aktorgehäuse 70 verläuft zumindest annähernd koaxial zur Durchgangsbohrung 32 im Gehäuseteil 16 und somit zum Ventilglied 34. Der Magnetanker 68 weist außerdem eine zumindest annähernd koa- xial zur Längsachse 69 des Magnetankers 68 angeordnete zentrale Bohrung 78 auf, in die eine auf der dem Ventilglied 34 abgewandten Seite des Magnetankers 68 angeordnete Rückstellfeder 80 hineinragt, die sich am Magnetanker 68 abstützt. Die Rückstellfeder 80 ist an ihrem anderen Ende zumindest mittelbar am Aktorgehäuse 70 abgestützt. In die Bohrung 78 des Magnetankers 68 ist ein Zwi- schenelement 82 eingesetzt, das als Ankerbolzen ausgebildet sein kann. Der

Ankerbolzen 82 ist vorzugsweise in die Bohrung 78 des Magnetankers 68 einge- presst. Die Rückstellfeder 80 kann sich in der Bohrung 78 auch am Ankerbolzen 82 abstützen.

In der Bohrung 76 ist durch eine Durchmesserverringerung zwischen dem Magnetanker 68 und dem Einlassventil 24 eine Ringschulter 84 gebildet, durch die die Bewegung des Magnetankers 68 zum Einlassventil 24 hin begrenzt ist. Wenn das Aktorgehäuse 70 noch nicht am Gehäuseteil 16 der Hochdruckpumpe befestigt ist, so ist der Magnetanker 68 durch die Ringschulter 84 gegen Herausfallen aus der Bohrung 76 gesichert. Zwischen der Ringschulter 84 und dem Magnetanker 68 kann eine Scheibe 86 angeordnet sein. Durch den Magnetanker 68 wird auf dessen dem Ventilglied 34 zugewandter Seite ein erster Raum 88 und auf dessen dem Ventilglied 34 abgewandter Seite ein zweiter Raum 90 begrenzt. Beide Räume 88,90 sind mit dem Fördermedium der Hochdruckpumpe, also Kraftstoff, gefüllt. Um einen Volumenausgleich zwischen den beiden Räumen 88,90 bei der Bewegung des Magnetankers 68 zu ermöglichen weist der Magnetanker 68 wenigstens eine durchgehende Öffnung 92 auf, die die beiden Räume 88,90 miteinander verbindet.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die wenigstens eine Öffnung 92 in Um- fangsrichtung des Magnetankers 68 eine größere Erstreckung aufweist als in radialer Richtung des Magnetankers 68. Die Öffnung 92 weist somit keinen kreisförmigen Querschnitt auf sondern einen in Umfangsrichtung langgestreckten Querschnitt. Bei einem in Figur 3 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel ist die Öffnung 92 in Form eines Langlochs ausgeführt, das über seine Längserstreckung geradlinig und zumindest annähernd tangential im Magnetanker 68 verläuft. Zwischen dem radial inneren Rand der Öffnung 92 und dem radial äußeren Rand der zentralen Bohrung 78 des Magnetankers 68 verbleibt eine Wandstärke s, die ausreichend groß ist, um einen sicheren Presssitz des Ankerbolzens 82 in der Bohrung 78 zu ermöglichen. Es können beispielsweise vier gleichmäßig über den Umfang des Magnetankers 68 verteilt angeordnete Öffnungen 92 vorgesehen sein.

Bei einem in Figur 4 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel weist die wenigstens eine Öffnung 92 über ihre Längserstreckung einen gekrümmten Verlauf auf entsprechend der Krümmung des Magnetankers 68. Der radial Abstand s zwi- sehen dem inneren Rand der Öffnung 92 und dem äußeren Rand der Bohrung 78 ist über die Längserstreckung der Öffnung 92 zumindest annähernd konstant.

Die wenigstens eine Öffnung 92 kann in den Magnetanker 68 mittels eines spa- nabhebenden Verfahrens wie Bohren oder Fräsen eingebracht werden. Der

Magnetanker 68 kann auch in einem Pressverfahrenhergestellt werden, wobei dann die wenigstens eine Öffnung 92 direkt im Pressverfahren hergestellt werden kann und nachfolgend kein spanabhebendes Verfahren mehr erforderlich ist. Insbesondere kann der Magnetanker aus einem Sintermaterial in einem Sinter- pressverfahren hergestellt werden.

Nachfolgend wird die Funktion des elektromagnetisch betätigten Einlassventils 24 erläutert. Während des Saughubs des Pumpenkolbens 12 ist das Einlassventil 24 geöffnet, indem sich dessen Ventilglied 34 in seiner Öffnungsstellung befin- det, in der dieses mit seiner Dichtfläche 42 vom Ventilsitz 40 entfernt angeordnet ist. Die Bewegung des Ventilglieds 34 in seine Öffnungsstellung wird durch die zwischen dem Kraftstoffzulauf 26 und dem Pumpenarbeitsraum 18 herrschende Druckdifferenz gegen die Kraft der Ventilfeder 50 bewirkt. Die Magnetspule 64 des Aktors 60 kann dabei bestromt oder unbestromt sein. Wenn die Magnetspule 64 bestromt ist so wird der Magnetanker 68 durch das entstehende Magnetfeld gegen die Kraft der Rückstellfeder 80 zur Magnetspule 64 hin gezogen. Wenn die Magnetspule 64 nicht bestromt ist so wird der Magnetanker 68 durch die Kraft der Rückstellfeder 80 zum Einlassventil 24 hin gedrückt. Der Magnetanker 68 liegt über den Ankerbolzen 82 an der Stirnseite des Schafts 36 des Ventilglieds 34 an.

Während des Förderhubs des Pumpenkolbens 12 wird durch den Aktor 60 bestimmt ob sich das Ventilglied 34 des Einlassventils 24 in seiner Öffnungsstellung oder Schließstellung befindet. Bei unbestromter Magnetspule 64 wird der Mag- netanker 68 durch die Rückstellfeder 80 in der Stellrichtung gemäß Pfeil B in Figur 2 gedrückt, wobei das Ventilglied 34 durch den Magnetanker 68 gegen die Ventilfeder 50 in der Stellrichtung B in seine Öffnungsstellung gedrückt wird. Die Kraft der auf den Magnetanker 68 wirkenden Rückstellfeder 80 ist größer als die Kraft der auf das Ventilglied 34 wirkenden Ventilfeder 50. In die Stellrichtung B wirkt der Magnetanker 68 auf das Ventilglied 34 und der Magnetanker 68 und das Ventilglied 34 werden gemeinsam in die Stellrichtung B bewegt. Solange die Magnetspule 64 nicht bestromt ist kann somit durch den Pumpenkolben 12 kein Kraftstoff in den Speicher 30 gefördert werden sondern vom Pumpenkolben 12 verdrängter Kraftstoff wird in den Kraftstoffzulauf 26 zurückgefördert. Wenn während des Förderhubs des Pumpenkolbens 12 Kraftstoff in den Speicher 30 gefördert werden soll so wird die Magnetspule 64 bestromt, so dass der Magnetanker 68 zur Magnetspule 64 hin in einer zur Stellrichtung B entgegengesetzten Stellrichtung gemäß Pfeil A in Figur 2 gezogen wird. Durch den Magnetanker 68 wird somit keine Kraft mehr auf das Ventilglied 34 ausgeübt, wobei der Magnetanker 68 durch das Magnetfeld in die Stellrichtung A bewegt wird und das Ventilglied 34 unabhängig vom Magnetanker 68 bedingt durch die Ventilfeder 50 und die zwischen dem Pumpenarbeitsraum 18 und dem Kraftstoffzulauf 26 herrschende Druckdifferenz in der Stellrichtung A in seine Schließstellung bewegt wird.

Durch das Öffnen des Einlassventils 34 beim Förderhub des Pumpenkolbens 12 mittels des elektromagnetischen Aktors 60 kann die Fördermenge der Hochdruckpumpe in den Speicher 30 variabel eingestellt werden. Wenn eine geringe Kraftstofffördermenge erforderlich ist so wird das Einlassventil 34 durch den Aktor 60 während eines großen Teils des Förderhubs des Pumpenkolbens 12 offen gehalten und wenn eine große Kraftstofffördermenge erforderlich ist, so wird das Einlassventil 34 nur während eines kleinen Teils oder gar nicht während des Förderhubs des Pumpenkolbens 12 offen gehalten.