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 Öffnungsstellung 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 Magnetkern 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. Beim Anschlagen des Magnetankers am Magnetkern kann es zu hohen Belastungen dieser beiden Bauteile sowie der Verbindung zwischen dem Trägerele- ment 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. Die Verbindung des Magnetkerns mit dem Trägerelement kann beispielsweise mittels einer Hülse erfolgen, die mit den beiden Bauteilen verschweißt ist. Der Magnetkern und das Trägerelement sind von einem Gehäuse umgeben, das mehrteilig ausgebildet sein kann, und die Verbindung zwischen diesen Bauteilen ist in einem Innenraum des Gehäuses angeordnet. In den Innenraum kann während des Betriebs Feuchtigkeit eindringen, so dass es zu Korrosion an der Verbindung des Magnetkerns und des Trägerelements kommen kann, wodurch insbesondere die Belastbarkeit der Schweißverbindungen verringert wird. Dadurch kann es zu einem Lösen der Verbindung zwischen dem Magnetkern und dem Trägerelement kommen, wodurch die Funktionsfähigkeit des Einlassventils nicht mehr sichergestellt ist.

Offenbarung der Erfindung Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Einlassventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und die erfindungsgemäße Hochdruckpumpe gemäß Anspruch 9 haben demgegenüber den Vorteil, dass durch die Abdichtung zwischen einer Magnethülse des Einlassventils und einem Zylinderkopf der Hochdruckpumpe ein Eindringen von Feuchtigkeit in den Innenraum verhindert ist und somit die Funktionsfähigkeit des Einlassventils dauerhaft sichergestellt ist.

In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Einlassventils angegeben.

Dadurch, dass an der Magnethülse wenigstens eine elastisch und/oder plastisch verformbare Kontur angeordnet ist, die zur Abdichtung am gegenüberliegenden Teil des Zylinderkopfs der Hochdruckpumpe anliegt, kann in vorteilhafter Weise auf zusätzliche Bauteile zur Abdichtung verzichtet werden. In allen Ausführungsformen ist die Kontur einstückig an der Magnethülse ausgebildet, wodurch in vorteilhafter Weise keine zusätzlichen Dichtelemente erforderlich sind.

Ferner wird die Abdichtung durch die Kontur der Magnethülse mit einer Dichtfläche des Zylinderkopfes gebildet, wodurch in vorteilhafter Weise vorhandene Bauteile die Abdichtung bilden.

In einer Ausführungsform ist die Kontur der Magnethülse als spitze Kante ausgebildet, wodurch sich in Wirkung mit der Dichtfläche des Zylinderkopfes eine vorteilhafte Abdichtung ergibt.

In einer weiteren Ausführungsform ist die Kontur der Magnethülse als auskragender federnder Bund ausgebildet, wodurch sich in Wirkung mit der Dichtfläche des Zylinderkopfes eine vorteilhafte Abdichtung ergibt.

In einer weiteren Ausführungsform ist die Kontur der Magnethülse ballig ausgebildet, wodurch sich in Wirkung mit der Dichtfläche des Zylinderkopfes eine vorteilhafte Abdichtung ergibt.

Ferner ist die Kontur als ein den Innenraum umgebender, in sich geschlossener Ring ausgebildet, wodurch in vorteilhafter Weise eine Abdichtung über den gesamten Umfang der Magnethülse gewährleistet wird.

Die Magnethülse besteht in vorteilhafter Weise aus einem metallischen Werkstoff, wodurch ein Abdichten von flüssigen Medien von außen mittels eines metallischen Dichtprinzips ohne zusätzliche Bauteile möglich ist.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist die Magnethülse an dem Zylinderkopf der Hochdruckpumpe mittels eines Befestigungselements befestigbar und bei der Befestigung der Magnethülse mittels des Befestigungselements wird eine Vorspannung auf die Abdichtung erzeugt, wodurch in vorteilhafter Weise eine sichere Abdichtung zwischen der Magnethülse und der Dichtfläche des Zylinderkopfes der Hochdruckpumpe erreicht wird.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der Zeichnung und der Beschreibung. Zeichnung

Mehrere 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 I bezeichneten Ausschnitt mit einem Einlassventil der Hochdruckpumpe;

Figur 3: einen in Figur 2 mit II bezeichneten Ausschnitt in vergrößerter Darstellung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel einer Abdichtung und

Figuren 4 bis 6: Ausführungsformen in vergrößerter Darstellung des in Figur 3 mit III bezeichneten Ausschnitts.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Figur 1 ist ausschnittsweise eine Hochdruckpumpe dargestellt, die zur Kraftstoffförderung 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 Pumpenarbeitsraum 18 begrenzt. Das Gehäuseteil 16 bildet einen Zylinderkopf 16 der Hochdruckpumpe. 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 Zylinderkopf 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 des Zylinderkopfes 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 Zylinderkopf 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 Zylinder- kopfes 16 münden.

Der Schaft 36 des Ventilglieds 34 ragt auf der dem Pumpenarbeitsraum 18 abgewandten Seite des Zylinderkopfes 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 Zylinderkopfes 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 Gehäuse 70 angeordnet, das mehrteilig ausgebildet sein kann und das am Zylinderkopf 16 der Hochdruckpumpe befestigbar ist. Das Gehäuse 70 kann einen Spulenträger 71 umfassen, in dem die Magnetspule 64 aufgenommen ist, wobei der Spulenträger 71 innerhalb des topfförmig ausgebildeten Gehäuses 70 angeordnet ist. Weiterhin kann das Gehäuse 70 eine den Spulenträger 71 umgebende Magnethülse 69 umfassen. Das Gehäuse 70 ist beispielsweise mittels eines dieses übergreifenden Befestigungselements in Form eines Schraubrings 72 am Zylinderkopf 16 befestigbar, der auf einem mit einem Außengewinde versehenen Kragen 74 des Zylinderkopfes 16 aufgeschraubt ist. Das Gehäuse 70 und der Spulenträger 71 sind vorzugsweise aus Kunststoff hergestellt, die Magnethülse 69 ist vorzugsweise aus Metall hergestellt. Das Gehäuse 70 kann beispielsweise durch Spritzgießen hergestellt sein, wobei der Spulenträger 71 und die Magnethülse 69 zumindest teilweise vom Kunststoffmaterial des Gehäuses 70 umspritzt sind.

Der Magnetanker 68 ist zumindest im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet und über seinen Außenmantel in einer Bohrung 76 in einem im Gehäuse 70 an- geordneten Trägerelement 78 verschiebbar geführt. Die Bohrung 76 im Trägerelement 78 verläuft zumindest annähernd koaxial zur Durchgangsbohrung 32 im Zylinderkopf 16 und somit zum Ventilglied 34. Das Trägerelement 78 weist in seinem dem Zylinderkopf 16 abgewandten Endbereich 77 eine zylindrische Außenform auf. Der Magnetkern 66 ist im Gehäuse 70 auf der dem Zylinderkopf 16 abgewandten Seite des Trägerelements 78 angeordnet und weist eine zylindrische Außenform auf.

Der Magnetanker 68 weist eine zumindest annähernd koaxial zur Längsachse 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 für die Rückstell- feder 82 eingefügt, beispielsweise eingepresst sein. In die zentrale Bohrung 80 des Magnetankers 68 ist ein Zwischenelement 86 eingesetzt, das als Ankerbol- zen 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 Zylinderkopf 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 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 Verbindungselement 90 ist beispielsweise mit dem Trägerelement 78 und dem Magnetkern 66 stoffschlüssig verbunden, insbesondere verschweißt. Das Verbindungselement 90 ist in einem innerhalb des Spulenträgers 71 liegenden Innenraum 91 des Gehäuses 70 angeordnet. Bei Bestromung der Magnetspule 64 wird der Magnetanker 68 gegen die Kraft der Rückstellfeder 82 zum Magnetkern 66 hin gezogen und kommt zumindest mittel- bar am Magnetkern 66 zur Anlage.

Der Magnetkern 66 bildet zusammen mit dem Trägerelement 78 eine vormontierte Baugruppe, die nach der Herstellung des Gehäuses 70 in den Innenraum 91 eingesetzt wird. Das Trägerelement 78 weist in dessen dem Zylinderkopf 16 der Hochdruckpumpe zugewandtem Endbereich einen im Durchmesser gegenüber dem zylindrischen Abschnitt 77 größeren flanschförmigen Abschnitt 79 auf. Der flanschförmige Abschnitt 79 liegt an der Außenseite des Zylinderkopfes 16 der Hochdruckpumpe auf und auf der dem Zylinderkopf 16 abgewandten Seite des flanschförmigen Abschnitts 79 liegt das Gehäuse 70 und/oder der Spulenträger 71 an diesem an. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zwischen der Magnethülse 69 und dem Zylinderkopf 16 eine Abdichtung 92, 94, 96 vorgesehen ist, durch die der Innenraum 91 des Gehäuses 69,70,71 gegenüber dem Äußeren des Gehäuses 69,70,71 abgedichtet ist, so dass in diesen keine Feuchtigkeit eindringen kann. Bei einem in Figur 3 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel ist zur Abdichtung zwischen dem Zylinderkopf 16 und der Magnethülse 69 eine Abdichtung 92 vorgesehen.

An der Magnethülse 69 ist eine elastisch und/oder plastisch verformbare Kontur 92 angeordnet, die zur Abdichtung am gegenüberliegenden Teil des Zylinderkop- fes 16 der Hochdruckpumpe anliegt, wobei die Kontur 92 einstückig an der Magnethülse 69 ausgebildet ist. Die Magnethülse 69 und somit auch die Kontur 92 bestehen aus einem metallischen Werkstoff.

Die Kontur 92 der Magnethülse 69 bildet mit einer Dichtfläche 100 am Kragen 74 des Zylinderkopfes 16 die Abdichtung 92, wobei die Kontur 92 als ein den Innen- räum 91 umgebender, in sich geschlossener Ring ausgebildet ist.

Bei der Befestigung der Magnethülse 69 am Zylinderkopf 16 der Hochdruckpumpe mittels des Schraubrings 72 wird eine Vorspannung auf die Abdichtung 92 erzeugt, wobei die Kontur 92 elastisch und/oder plastisch zusammengedrückt und somit eine sichere Abdichtung des Innenraums 91 erreicht wird.

Bei der Montage wird ebenso eine Kontaktfläche zwischen der Magnethülse 69 und dem Trägerelement 78 hergestellt, die für einen sichergestellten Magnetfluss des Einlassventils 24 sorgt.

In Figur 4 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der Abdichtung gemäß Figur 3 dar- gestellt, bei der die Kontur 92 der Abdichtung zwischen der Magnethülse 69 und der Dichtfläche 100 am Kragen 74 des Zylinderkopfes 16 verdeutlicht wird. Die Kontur 92 ist als spitze Kante ausgebildet, wobei diese mit der Dichtfläche 100 nach der erforderlichen Vorspannung die Abdichtung 92 bildet. In Figur 5 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Abdichtung gemäß Figur 3 dargestellt, bei der die Kontur 94 der Abdichtung zwischen der Magnethülse 69 und der Dichtfläche 100 am Kragen 74 des Zylinderkopfes 16 als auskragender federnder Bund ausgebildet ist. Dabei bildet diese mit der Dichtfläche 100 nach der erforderlichen Vorspannung die Abdichtung 94, wobei der federnde Bund elastisch und/oder plastisch nachgibt. In Figur 6 ist ein drittes Ausführungsbeispiel der Abdichtung gemäß Figur 3 dargestellt, bei der die Kontur 96 der Abdichtung zwischen der Magnethülse 69 und der Dichtfläche 100 am Kragen 74 des Zylinderkopfes 16 ballig ausgebildet ist. Dabei bildet diese mit der Dichtfläche 100 nach der erforderlichen Vorspannung die Abdichtung 96.