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Title:
ELECTROMAGNETICALLY ACTUATABLE INLET VALVE AND HIGH-PRESSURE PUMP COMPRISING AN INLET VALVE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/001626
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to 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, which can move the valve member (34), the electromagnetic actuator (60) having a magnet armature (68) acting at least indirectly on the valve member (34) and a magnet coil (64) surrounding the magnet armature (68). The magnet armature (68) is movably guided in a reciprocating manner over the outer casing thereof in a recess (76) of a support element (78). The surface (77) of the recess (76) of the support element (78) and/or the surface (67) of the outer casing of the magnet armature (68) is smoothed and/or cold-hardened by means of a machining process, in particular by means of a roller burnishing method or a smooth rolling method.

Inventors:
KOLB, Stefan (Bismarckstrasse 42, Gaertringen, 71116, DE)
LANDENBERGER, Tobias (Sebastian Bach Weg 14, Schorndorf, 73614, DE)
Application Number:
EP2017/061783
Publication Date:
January 04, 2018
Filing Date:
May 17, 2017
Export Citation:
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Assignee:
ROBERT BOSCH GMBH (Postfach 30 02 20, Stuttgart, 70442, DE)
International Classes:
C21D7/08; F02M59/36; F04B7/00; F16K31/06; H01F7/16
Foreign References:
DE102010061219A12012-06-14
DE102013225162A12015-06-11
DE202008003137U12009-07-30
DE102014200339A12015-07-16
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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) und eine den Magnetanker (68) umgebende Magnetspule (64) aufweist, wobei der Magnetanker (68) in einer Ausnehmung (76) eines Trägerelements (78) über seinen Außenmantel hubbeweglich geführt ist,

dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (77) der Ausnehmung (76) des Trägerelements (78) und/oder die Oberfläche (67) des Außenmantels des Magnetankers (68) mittels eines Bearbeitungsverfahrens geglättet und/oder kaltverfestigt ist.

2. Einlassventil nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (77) der Ausnehmung (76) des Trägerelements (78) und/oder die Oberfläche (67) des Außenmantels des Magnetankers (68) mittels eines Rollierverfahrens oder Glattwalzverfahrens bearbeitet ist.

3. Einlassventil nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, dass durch das Bearbeitungsverfahren eine An- haftung von Partikeln an der Oberfläche (77) der Ausnehmung (76) des Trägerelements (78) und/oder an der Oberfläche (67) des Außenmantels des Magnetankers (68) verhindert oder zumindest verringert ist.

4. Einlassventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet, dass durch das Bearbeitungsverfahren die Entstehung einer Ablagerungsschicht aus Umwandlungs- und/oder Alterungsprodukten des geförderten Fluids an der Oberfläche (77) der Ausnehmung (76) des Trägerelements (78) und/oder an der Oberfläche (67) des Außenmantels des Magnetankers (68) verhindert oder zumindest verringert ist.

Hochdruckpumpe, insbesondere Kraftstoffhochdruckpumpe, 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 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 und eine den Magnetanker umgebende Magnetspule auf. Der Magnetanker ist in einer Ausnehmung eines Trägerelements hubbeweglich geführt. Bei Bestromung der Magnetspule ist der Magnetanker gegen die Kraft einer Rückstellfeder bewegbar. Während des Betriebs der Hochdruckpumpe muss der Magnetanker in seiner Hubbewegung exakt geführt sein um eine korrekte Funktion des Einlassventils sicherzustellen. Über die Betriebsdauer der Hoch- druckpumpe erfolgen sehr viele Hubbewegungen des Magnetankers, die zu Verschleiß am Außenmantel des Magnetankers und/oder an der Ausnehmung im Trägerelement führen können. Außerdem können sich am Außenmantel des Magentankers und/oder in der Ausnehmung des Trägerelements Partikel ablagern öder es können sich Ablagerungen aus Umwandlungs- oder Alterungsprodukten des geförderten Kraftstoffs bilden, durch die die Hubbewegung des Magnetankers beeinträchtigt wird. Hierdurch ist möglicherweise die Funktion des Einlassventils nicht dauerhaft gesichert.

Offenbarung der Erfindung

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Einlassventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass dessen Haltbarkeit verbessert ist, da der Verschleiß des Magnetankers und/oder des Trägerelements verringert ist.

In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Einlassventils angegeben. Im Anspruch 2 ist ein einfaches Bearbeitungsverfahren angegeben mit dem eine Glättung und/oder Kaltverfestigung der Oberfläche erreicht werden kann. Durch die Ausbildung gemäß Anspruch 3 oder 4 kann eine weitere Verbesserung der Haltbarkeit des Einlassventils erreicht werden.

Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird 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 in weiter vergrößerter Darstellung einen Magnetanker des Einlass- ventils in perspektivischer Darstellung und Figur 4 ein zur Führung des Magentanker dienendes Trägerelement in perspektivischer Darstellung.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

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 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 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 versorgen- den 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 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 Ausnehmung in Form einer Bohrung 76 in einem im Aktorgehäuse 70 angeordneten Trägerelement 78 hubbeweglich 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 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 68 kann ein Abstützelement 85 für die Rück- stellfeder 82 eingefügt, beispielsweise eingepresst sein. In die zentrale Bohrung

80 des Magnetankers 68 kann ein Zwischenelement 86 eingesetzt sein, 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 80 auch am Ankerbolzen 86 abstützen. Der Magnetanker 68 kann eine oder mehrere Durchgangsöffnungen aufweisen um eine Durchströmung zu ermöglichen.

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 beispielsweise mittels eines hülsenförmigen Verbindungselements 90 miteinander verbunden. Das Verbindungselement 90 ist dabei mit seinem einen axialen Endbereich auf dem zylindrischen Abschnitt 79 des Trägerelements 78 angeordnet und mit diesem verbunden und mit seinem anderen axialen Endbereich auf dem zylindrischen Magnetkern 66 angeordnet und mit diesem verbunden.

Der Magnetanker 68 ist aus einem metallischen Material hergestellt, das die erforderlichen magnetischen Eigenschaften aufweist. Das Trägerelement 78 ist vorzugsweise ebenfalls aus einem metallischen Material hergestellt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Oberfläche 67 des Außenmantels des Magnetankers 68 und/oder die Oberfläche 77 der Bohrung 76 des Trägerelements 78 mittels eines Bearbeitungsverfahrens geglättet und/oder kaltverfestigt ist. Vorzugsweise ist die Oberfläche 67 und/oder die Oberfläche 77 mittels eines Rollier- verfahrens oder Glattwalzverfahrens bearbeitet, bei dem eine Rolle mit sehr hoher Oberflächengüte mit hohem Anpressdruck über die Oberfläche 67,77 abgewälzt wird, wobei die Oberfläche 67,77 hierbei plastisch verformt, dabei verdichtet und geglättet und ohne zusätzliche Erhitzung verfestigt wird.

Durch die Glättung und Kaltverfestigung wird die Verschleißfestigkeit der Oberflächen 67,77 erhöht sowie die Reibung zwischen den Oberflächen 67,77 bei der Hubbewegung des Magnetankers 68 verringert. Außerdem wird die Anhaftung von Partikeln aus dem geförderten Kraftstoff an den Oberflächen 67,77 verhindert oder zumindest verringert. Weiterhin wird das Entstehen von Ablagerungsschichten auf den Oberflächen 67,77 aus Umwandlungs- und/oder Alterungsprodukten des geförderten Kraftstoffs verhindert oder zumindest verringert.

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 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 Stell- richtung 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.