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Title:
ELECTROMAGNETICALLY ACTUATABLE INLET VALVE AND HIGH-PRESSURE PUMP HAVING AN INLET VALVE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2017/108343
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention proposes an electromagnetically actuatable inlet valve (24) for a high-pressure pump, in particular of a fuel-injection system. The inlet valve (24) has a valve member (34) which can be moved between an open position and a closed position. An electromagnetic actuator (60) is provided, it being possible for the valve member (34) to be moved by said electromagnetic actuator, wherein the electromagnetic actuator (60) has a magnet armature (68) which acts at least indirectly on the valve member (34), a magnet coil (64) which surrounds the magnet armature (68), and a magnetic core (66), against which the magnet armature (68) comes to rest at least indirectly when current is applied to the magnet coil (64), wherein the magnet armature (68) is displaceably guided in a carrier element (78), and wherein the carrier element (78) and the magnetic core (66) are connected to one another. The carrier element (78) and the magnetic core (66) connected to each other by means of a sleeve-shaped connecting element (90) which is elastically deformable at least in sections in the direction of its longitudinal axis (91).

Inventors:
LANDENBERGER, Tobias (Sebastian Bach Weg 14, Schorndorf, 73614, DE)
Application Number:
EP2016/079034
Publication Date:
June 29, 2017
Filing Date:
November 28, 2016
Export Citation:
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Assignee:
ROBERT BOSCH GMBH (Postfach 30 02 20, Stuttgart, 70442, DE)
International Classes:
F02M59/36; F04B7/00; F04B49/22; F04B49/24; F04B53/10; F16K31/06
Foreign References:
DE10212138A12003-04-17
DE102011076784A12012-12-06
DE1909361A11970-08-06
US20050073194A12005-04-07
JP2003314738A2003-11-06
DE102005061410A12007-06-28
DE102013220593A12015-04-16
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Claims:
Ansprüche

1 . Elektromagnetisch betätigbares Einlassventil (24) für eine Hochdruckpumpe, insbesondere eines Kraftstoffeinspritzsystems, mit einem Ventilglied (34), das zwischen einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung bewegbar ist, mit einem elektromagnetischen Aktor (60), durch den das Ventilglied (34) bewegbar ist, wobei der elektromagnetische Aktor (60) einen zumindest mittelbar auf das Ventilglied (34) wirkenden Magnetanker (68), eine den Magnetanker (68) umgebende Magnetspule (64) und einen Magnetkern (66) aufweist, an dem der Magnetanker (68) bei Bestromung der Magnetspule (64) zumindest mittelbar zur Anlage kommt, wobei der Magnetanker (68) in einem Trägerelement (78) verschiebbar geführt ist und wobei das Trägerelement (78) und der Magnetkern (66) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (78) und der Magnetkern (66) über ein hülsenförmiges Verbindungselement (90) miteinander verbunden sind, das zumindest abschnittsweise in Richtung seiner Längsachse (91 ) elastisch verformbar ist.

2. Einlassventil nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (90) zur Ermöglichung der elastischen Verformbarkeit wenigstens eine über dessen Umfang verlaufende Sicke (92) aufweist.

3. Einlassventil nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (90) zur Ermöglichung der elastischen Verformbarkeit wenigstens einen ringförmigen Einsatz (94) aus einem Werkstoff mit gegenüber dem Werkstoff des übrigen Verbindungselements (90) höherer Elastizität aufweist.

4. Einlassventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (90) an einem axialen Endbereich (90a) mit dem Trägerelement (78) verbunden ist und mit seinem anderen axialen Endbereich (90b) mit dem Magnetkern (66) verbunden ist und dass das Verbindungselement (90) in einem zwischen dessen axialen Endbereichen (90a, 90b) angeordneten mittleren Bereich (90c) elastisch verformbar ist.

Einlassventil nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (78) zumindest abschnittsweise eine zylindrische Außenform aufweist und/oder dass der Magnetkern (66) zumindest abschnittsweise eine zylindrische Außenform aufweist und dass das Verbindungselement (90) mit dem zylindrischen Abschnitt (79) des Trägerelements (78) und/oder mit dem zylindrischen Abschnitt des Magnetkerns (66) verbunden ist.

Einlassventil nach einem der vorstehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (90) mit dem Trägerelement (78) und/oder dem Magnetkern (66) stoffschlüssig verbunden, insbesondere verschweißt ist.

Hochdruckpumpe, insbesondere Kraftstoffh och d ruckpumpe, mit wenigstens einem Pumpenelement (10), das einen einen Pumpenarbeitsraum (18) begrenzenden Pumpenkolben (12) aufweist, wobei der Pumpenarbeitsraum (18) über ein Einlassventil (24) mit einem Zulauf (26) verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlassventil (24) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche ausgebildet ist.

Description:
Beschreibung

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 einen zumindest mittelbar auf das Ventilglied wirkenden Magnetanker, eine den Magnetanker umgebende Magnetspule und einen Mag- netkern auf. Der Magnetanker ist in einem Trägerelement verschiebbar geführt, wobei das Trägerelement und der Magnetkern miteinander verbunden sind. Bei Bestromung der Magnetspule ist der Magnetanker gegen die Kraft einer Rückstellfeder bewegbar und kommt zumindest mittelbar am Magnetkern zur Anlage. Zwischen dem Magnetanker und dem Magnetkern kann ein Abstandselement aus nichtmagnetischem Material angeordnet sein, um einen Restluftspalt sicherzustellen und ein magnetisches Kleben des Magnetankers am Magnetkern zu vermeiden. Beim Anschlagen des Magnetankers am Magnetkern kann es zu hohen Belastungen dieser beiden Bauteile kommen, was über eine längere Betriebsdauer zu Beschädigungen der beiden Bauteile führen kann, wodurch die Funktionsfähigkeit des Einlassventils beeinträchtigt werden kann.

Offenbarung der Erfindung

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Einlassventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass durch die elastische Verformbarkeit des Verbin dungselements der Anschlag des Magnetankers zumindest mittelbar am Magnetkern gedämpft wird, so dass die Belastung dieser beiden Bauteile verringert ist und entsprechend deren mögliche Betriebsdauer verlängert ist.

In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Einlassventils angegeben. Durch die Ausbildung des Verbindungselements gemäß Anspruch 2 ist auf einfache Weise die elastische Verformbarkeit des Verbindungselements erreicht. Durch die Ausbildung gemäß Anspruch 3 ist alternativ oder in Kombination mit der Ausbildung gemäß Anspruch 2 auf einfache Weise die elastische Verformbarkeit des Verbin dungselements erreicht.

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 ein Verbindungselement eines elektromagnetischen Aktors des Einlassventils in einem Längsschnitt gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel und Figur 4 das Verbindungselement in einem Längsschnitt gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Figur 1 ist ausschnittsweise eine Hochdruckpumpe dargestellt, die zur Kraftstoffförderung in einem Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine vor- gesehen 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 Pumpenarbeitsraum 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 Pumpenarbeits- räum 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 Gehäuse- teils 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 Ven- tilglieds 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 insbesondere in Figur 2 dargestellt ist. Der Aktor 60 wird durch eine elektronische Steuereinrichtung 62 in Abhängigkeit von Betriebsparametern der zu versorgenden Brennkraftmaschine angesteuert. Der elektromagnetische Aktor 60 weist ei- ne 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 und die Magnetspule 64 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 in einem im Aktorgehäuse 70 angeordneten Trägerelement 78 verschiebbar geführt. Die Bohrung 76 im Trägerelement 78 verläuft zumindest annähernd koaxial zur Durchgangsbohrung 32 im Gehäuseteil 16 und somit zum Ventilglied 34. Das Trägerelement 78 weist in seinem dem Gehäuseteil 16 abgewandten Endbereich 79 eine zylindrische Au- ßenform auf. Der Magnetkern 66 ist im Aktorgehäuse 70 auf der dem Gehäuseteil 16 abgewandten Seite des Trägerelements 78 angeordnet und weist eine zylindrische Außenform auf.

Der Magnetanker 68 weist eine zumindest annähernd koaxial zur Längsachse 69 des Magnetankers 68 angeordnete zentrale Bohrung 80 auf, in die eine auf der dem Ventilglied 34 abgewandten Seite des Magnetankers 68 angeordnete Rück- stellfeder 82 hineinragt, die sich am Magnetanker 68 abstützt. Die Rückstellfeder 82 ist an ihrem anderen Ende zumindest mittelbar am Magnetkern 66 abgestützt, der eine zentrale Bohrung 84 aufweist, in die die Rückstellfeder 82 hineinragt. In der Bohrung 84 des Magnetankers 66 kann ein Abstützelement 85 für die Rück- stellfeder 82 eingefügt, beispielsweise eingepresst sein. In die zentrale Bohrung

80 des Magnetankers 68 ist ein Zwischenelement 86 eingesetzt, das als Ankerbolzen ausgebildet sein kann. Der Ankerbolzen 86 ist vorzugsweise in die Bohrung 80 des Magnetankers 68 eingepresst. Die Rückstellfeder 80 kann sich in der Bohrung 78 auch am Ankerbolzen 86 abstützen. Der Magnetanker 68 kann eine oder mehrere Durchgangsöffnungen 67 aufweisen.

In der Bohrung 76 ist durch eine Durchmesserverringerung zwischen dem Magnetanker 68 und dem Einlassventil 24 eine Ringschulter 88 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 88 gegen Herausfallen aus der Bohrung 76 gesichert. Zwischen der Ringschulter 88 und dem Magnetanker 68 kann eine Scheibe 89 angeordnet sein.

Das Trägerelement 78 und der Magnetkern 66 sind mittels eines hülsenförmigen Verbindungselements 90 miteinander verbunden. Das Verbindungselement 90 ist dabei mit seinem einen axialen Endbereich 90a auf dem zylindrischen Abschnitt 79 des Trägerelements 78 angeordnet und mit diesem verbunden und mit seinem anderen axialen Endbereich 90b auf dem zylindrischen Magnetkern 66 angeordnet und mit diesem verbunden. Das Verbindungselement 90 ist beispielsweise mit dem Trägerelement 78 und dem Magnetkern 66 stoffschlüssig verbunden, insbesondere verschweißt. In einem zwischen dessen axialen Endbereichen 90a, 90b angeordneten mittleren Bereich 90c ist das Verbindungselement 90 weder mit dem Trägerelement 78 noch mit dem Magnetkern 66 verbunden und überbrückt einen axialen Abstand zwischen Trägerelement 78 und Magnetkern 66. Bei Bestromung der Magnetspule 64 wird der Magnetanker 68 gegen die Kraft der Rückstellfeder 82 zum Magnetkern 66 hin gezogen und kommt zumindest mittelbar am Magnetkern 66 zur Anlage. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Verbindungselement 90 in seinem mittleren Bereich 90c zumindest abschnittsweise in Richtung seiner Längsachse 91 elastisch verformbar ausgebildet ist. Durch diese elastische Verformbarkeit des Verbindungselements 90 wird der Aufprall des Magnetankers 68 am Magnetkern 66 gedämpft, wodurch die Belastung dieser Bauteile verringert und deren Haltbarkeit verbessert wird.

Bei einem in Figur 3 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel des Verbindungselements 90 ist vorgesehen, dass das Verbindungselement 90 in seinem mittleren Bereich 90c wenigstens eine umlaufende Sicke 92 aufweist, durch die die die elastische Verformbarkeit erreicht wird. Es können auch mehrere in axialer Rich- tung aufeinanderfolgende Sicken 92 vorgesehen sein. Die wenigstens eine Sicke

92 kann beispielsweise durch ein Rollverfahren in das Verbindungselement 90 eingebracht werden.

Bei einem in Figur 4 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel des Verbin- dungselements 90 ist vorgesehen, dass das Verbindungselement 90 in seinem mittleren Bereich 90c wenigstens einen ringförmigen Einsatz 94 aufweist, der aus einem Werkstoff mit höherer Elastizität besteht als der Werkstoff, aus dem das übrige Verbindungselement 90 besteht. Zusätzlich kann auch wenigstens eine Sicke 92 wie beim ersten Ausführungsbeispiel im mittleren Bereich 90c des Ver- bindungselements 90 vorgesehen sein.

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 zum Magnetkern 66 hin gezogen. Wenn die Magnetspule 64 nicht bestromt ist so wird der Magnetanker 68 durch die Kraft der Rückstellfeder 82 zum Einlassventil 24 hin gedrückt. Der Magnetanker 68 liegt über den Ankerbolzen 86 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 Magnetanker 68 durch die Rückstellfeder 82 in der Stellrichtung gemäß Pfeil B in Fi- gur 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 82 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 geför- dert werden soll so wird die Magnetspule 64 bestromt, so dass der Magnetanker

68 zum Magnetkern 66 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.