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 2014 200 339 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 über ein hülsenförmiges Bauteil miteinander verbunden sind. Bei Bestromung der Magnetspule ist der Magnetanker gegen die Kraft einer Rückstellfeder bewegbar und kommt zumindest mittelbar am Magnetkern zur Anlage. Wenn der Magnetanker direkt am Magnetkern zur Anlage kommt, so kann dies zu sogenanntem magnetischem Kleben führen und eine Bewegung des Magnetankers weg vom Magnetkern wird hierdurch er- schwert. Dies kann zu Verzögerungen bei der Bewegung des Magnetankers und somit zu Funktionsbeeinträchtigungen des Einlassventils führen. Außerdem kann es beim Anschlagen des Magnetankers am Magnetkern zu hohen Belastungen dieser beiden Bauteile sowie der Verbindung zwischen dem Trägerelement und dem Magnetkern kommen, was über eine längere Betriebsdauer zu Beschädigungen der Verbindung zwischen dem Magnetkern und dem Trägerelement führen kann, wodurch die Funktionsfähigkeit des Einlassventils beeinträchtigt werden kann. Der Magnetkern muss dabei gegebenenfalls aufwendig bearbeitet werden um eine ausreichende Verschleißbeständigkeit zu erreichen.

Offenbarung der Erfindung Vorteile der Erfindung Das erfindungsgemäße Einlassventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass durch das Zwischenelement eine direkte Anlage am Magnetkern vermieden ist, so dass dessen Belastung verringert ist. Durch die Verbindung des Zwischenelements mit dem hülsenförmigen Bauteil ist für dieses kein zusätzlicher Montageschritt erforderlich und dieses wird direkt bei der Mon- tage des hülsenförmigen Bauteils zwischen dem Magnetanker und dem Magnetkern positioniert.

In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Einlassventils angegeben. Durch die Ausbil- dung gemäß Anspruch 2 ist eine magnetische Trennung erreicht, so dass ein

Kleben des Magnetankers am Magnetkern vermieden und die Funktion des Einlassventils verbessert ist. Durch die Ausbildung gemäß Anspruch 3 oder 4 ist eine einfache Verbindung des Zwischenelements mit dem hülsenförmigen Bauteil ermöglicht. Die Ausbildung gemäß Anspruch 6 hat den Vorteil, dass der Aufwand zur Erzeugung des hülsenförmigen Bauteils vereinfacht ist, da dieses nicht als separates Bauteil ausgeführt ist.

Zeichnung Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen Figur 1 einen schemati- sehen Längsschnitt durch eine Hochdruckpumpe, Figur 2 in vergrößerter Darstellung einen in Figur 1 mit II bezeichneten Ausschnitt mit einem Einlassventil der Hochdruckpumpe, Figur 3 einen in Figur 2 mit III bezeichneten Ausschnitt in weiter vergrößerter Darstellung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel und Figur 4 den Ausschnitt III 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 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 Dicht- fläche 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 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 und die Magnet- spule 64 sind in einem Gehäuse 70 angeordnet, das mehrteilig ausgebildet sein kann und das am Gehäuseteil 16 der Hochdruckpumpe befestigbar ist. Das Gehäuse 70 ist beispielsweise mittels eines dieses übergreifenden Befestigungselements in Form eines Schraubrings 72 am Gehäuseteil 16 befestigbar, der auf einem mit einem Außengewinde versehenen zylindrischen Abschnitt 74 des Ge- häuseteils 16 aufgeschraubt ist.

Der Magnetanker 68 ist zumindest im wesentlichen zylinderförmig ausgebildet und über seinen Außenmantel in einer Bohrung 76 in einem im Gehäuse 70 angeordneten Trägerelement 78 verschiebbar geführt. Die Bohrung 76 im Trä- gerelement 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 77 eine zylindrische Außenform auf. Der Magnetkern 66 ist im Gehäuse 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 Rückstellfeder 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 Rückstellfeder 82 eingefügt, beispielsweise eingepresst sein. In die zentrale Bohrung 80 des Magnetankers 68 ist ein Zwischenelement 86 eingesetzt, das als Anker- bolzen ausgebildet sein kann. Der Ankerbolzen 86 ist vorzugsweise in die Bohrung 80 des Magnetankers 68 eingepresst. Die Rückstellfeder 80 kann sich in der Bohrung 80 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 Gehäuse 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 Bauteils 90 miteinander verbunden. Das Bauteil 90 ist dabei mit seinem einen axialen Endbereich auf dem zylindrischen Abschnitt 77 des Trägerelements 78 angeordnet und mit diesem verbunden und mit seinem anderen axialen Endbereich auf dem zylindrischen Magnetkern 66 angeordnet und mit diesem verbunden. Das hülsenförmige Bauteil 90 ist beispielsweise mit dem Trägerelement 78 und dem Magnetkern 66 stoffschlüssig verbunden, insbesondere verschweißt. Die Schweißverbindungen sind in Figur 3 durch mit A bezeichnete Dreiecke markiert. Bei Bestromung der Magnetspule 64 wird der Magnetanker 68 gegen die Kraft der Rückstellfeder 82 zum Magnetkern 66 hin gezogen und kommt über ein scheibenförmiges Zwischenelement 92 am Magnetkern 66 zur Anlage, das nachfolgend anhand der Figuren 3 und 4 näher erläutert wird.

Bei einem in Figur 3 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel ist das scheibenförmige Zwischenelement 92 innerhalb des hülsenförmigen Bauteils 90 angeordnet und mit dessen Innenmantel verbunden oder mit diesem einstückig ausgebildet. Das Zwischenelement 92 weist eine zentrale Öffnung 93 auf, durch die die Rückstellfeder 82 hindurchtritt. Das Bauteil 90 und das Zwischenelement 92 können aus Stahl hergestellt sein und das Zwischenelement 92 kann einstückig mit dem Bauteil 90 ausgebildet sein oder ist an seinem radial äußeren Randbereich mit dem Bauteil 90 verbunden, beispielsweise verschweißt. Vorzugsweise sind das Zwischenelement 92 und auch das Bauteil 90 aus nichtmagnetischem Stahl hergestellt. Das Zwischenelement 92 kann aus einem Werkstoff mit hoher Verschleißfestigkeit hergestellt sein. Bei der Montage des hülsenförmigen Bauteils 90, das mit dem in diesem angeordneten scheibenförmigen Zwischenelement 92 eine Baueinheit bildet, wird das Zwischenelement 92 so positioniert, dass dieses sich in Anlage an der dem Magnetanker 68 zugewandten Stirnseite des Magnetkerns 66 befindet. In dieser Anordnung wird das hülsenförmige Bauteil 90 mit dem Magnetkern 66 und dem Trägerelement 78 verschweißt. Bei Bestromung der Magnetspule 64 wird der Magnetanker 68 zum Magnetkern 66 hin bewegt und kommt über das Zwischenelement 92 am Magnetkern 66 zur Anlage. Der Anschlag des Magnetankers 68 erfolgt am Zwischenelement 92, das mit dem hülsenförmigen Bauteil 90 verbunden ist, wodurch die Belastung des Magnetkerns 66 gering gehalten wird. In Figur 3 ist der Magnetanker 68 in seiner Position bei bestromter Magnetspule 64 dargestellt und dieser befindet sich in Anlage am Zwischenelement 92.

In Figur 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem wiederum das scheibenförmige Zwischenelement 92 vorgesehen ist, das zwischen Magnetanker 68 und Magnetkern 66 angeordnet ist. Das Zwischenelement 92 weist beim zweiten Ausführungsbeispiel an seinem radial äußeren Randbereich einen sich in Richtung der Längsachse 69 des Magnetankers 68 erstreckenden Kragen 94 auf, der zwischen dem Trägerelement 78 und dem Magnetkern 66 angeordnet ist. Der Kragen 94 bildet dabei ein hülsenförmiges Bauteil, über das das Trägerelement 78 und der Magnetkern 66 miteinander verbunden sind. Das Zwi- schenelement 92 mit dem Kragen 94 kann einstückig ausgebildet sein oder der Kragen 94 kann mit dem Zwischenelement 92 verbunden sein, beispielsweise verschweißt sein. Der Kragen 94 erstreckt sich zwischen den einander zugewandten Stirnseiten des Trägerelements 78 und des Magnetkerns 66 und ist mit diesen jeweils verbunden, vorzugsweise verschweißt. Die Schweißverbindungen des Kragens 94 sind in Figur 4 durch mit A bezeichnete Dreiecke markiert. Vorzugsweise ist der Kragen 94 dicht mit dem Trägerelement 78 und dem Magnetkern 66 verbunden, so dass der innenliegende Raum, in dem der Magnetanker 68 angeordnet ist, gegenüber dem den Kragen 94 umgebenden außenliegenden Raum abgedichtet ist. In Figur 4 ist der Magnetanker 68 in seiner Position bei bestromter Magnetspule 64 dargestellt und dieser befindet sich in Anlage am Zwischenelement 92.

Die Ausbildung des Zwischenelements 92 mit dem Kragen 94 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel kann auch bei Verwendung eines separaten hülsenför- migen Bauteils 90 wie beim ersten Ausführungsbeispiel vorgesehen sein, wobei dann das Zwischenelement 92 über dessen Kragen 94 mit dem Bauteil 90 verbunden ist, beispielsweise verschweißt ist.

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 befindet, 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 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 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 gefördert 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.