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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/2019/197067
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an electromagnetically actuatable inlet valve (22) for a high-pressure pump, in particular of a fuel injection system, having a valve member (30), which is movable between an open position and a closed position. In its closed position, the valve member (30) comes to rest against a valve seat (50) as a stop. The valve member (30) can be moved by means of an electromagnetic actuator (56), wherein the electromagnetic actuator (56) has a magnetic coil (58), a magnetic core (60), and a magnetic armature (62), which acts upon the valve member (30). The valve member (30) is acted upon by a valve spring (54) towards its closed position, and the magnetic armature (62) is acted upon by a return spring (78) towards the open position of the valve member (30). The magnetic armature (62) is acted upon by a return spring (76) towards the open position of the valve member (30), wherein the force of the return spring (76) is greater than the force of the valve spring (54). The return spring (76) is supported on the magnetic core (60) by a support element (80), which can be fixed on the magnetic core (60) in different positions with respect to the longitudinal axis (63) of the magnet armature (62). The magnetic armature (62) can be moved against the force of the return spring (76) by energizing the electromagnetic actuator (56). At least on the side facing the magnetic armature (62), the support element (80) has a continuation (82), which projects into the end region (77) of the return spring (76) facing the magnetic core (60). As a result, regardless of the position of the support element (80), a reliable guidance of the end region (77) of the return spring (76) is achieved.

Inventors:
CICHON, Gabriel (Beethoven Str. 46, Ludwigsburg, 71640, DE)
KOLB, Stefan (Bismarckstrasse 42, Gaertringen, 71116, DE)
HOLM, Steffen (Knappenweg 9, Stuttgart, 70569, DE)
Application Number:
EP2019/053254
Publication Date:
October 17, 2019
Filing Date:
February 11, 2019
Export Citation:
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Assignee:
ROBERT BOSCH GMBH (Postfach 30 02 20, Stuttgart, 70442, DE)
International Classes:
F02M59/36; F02M63/00
Foreign References:
JP2011196435A2011-10-06
DE102016206963A12017-10-26
US20090267008A12009-10-29
DE102014220775A12016-04-14
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Claims:
Ansprüche

1. Elektromagnetisch betätigbares Einlassventil (22) für eine Hochdruckpumpe, insbesondere eines Kraftstoffeinspritzsystems, mit einem Ventilglied (30), das zwischen einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung bewegbar ist, wobei das Ventilglied (30) in seiner Schließstellung an einem Ventilsitz (50) zur Anlage kommt, mit einem elektromagnetischen Aktor (56), durch den das Ventilglied (30) bewegbar ist, wobei der elektromagnetische Aktor (56) eine Magnetspule (58), einen Magnetkern (60) und einen auf das Ventilglied (30) wirkenden Magnetanker (62) aufweist, wobei das Ventilglied (30) durch eine Ventilfeder (54) zu dessen Schließstellung hin beaufschlagt ist und wobei der Magnetanker (62) durch eine Rückstellfeder (76) zur Öffnungsstellung des Ventilglieds (30) hin beaufschlagt ist, wobei die Kraft der Rückstellfeder (76) größer ist als die Kraft der Ventilfeder (54), wobei sich die Rückstellfe- der (76) über ein Stützelement (80) am Magnetkern (60) abstützt, das in un- terschiedlichen Stellungen bezüglich der Längsachse (63) des Magnetan- kers (62) am Magnetkern (60) fixierbar ist und wobei der Magnetanker (62) durch Bestromung des elektromagnetischen Aktors (56) gegen die Kraft der Rückstellfeder (76) bewegbar ist,

dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (80) zumindest auf seiner dem Magnetanker (62) zugewandten Seite einen Fortsatz (82) aufweist, der in den dem Magnetkern (60) zugewandten Endbereich (77) der Rückstellfe- der (76) hineinragt.

2. Einlassventil nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet, dass der Fortsatz (82) des Stützelements (80) mit geringem radialem Spiel bezüglich der Längsachse (63) des Magnet- kerns (60) in den Endbereich (77) der Rückstellfeder (76) hineinragt.

3. Einlassventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Fortsatz (82) des Stützelements (80) über zwei bis drei Windungen des Endbereichs (77) der Rückstellfeder (76) in den Endbereich (77) der Rückstellfeder (76) hineinragt. 4. Einlassventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (80) in Richtung der Längsachse (63) des Magnetankers (62) auf beiden Seiten jeweils einen Fortsatz (82) aufweist. 5. Einlassventil nach einem der vorstehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (80) in eine Aufnahme (78) im Magnetkern (60) eingesetzt, insbesondere eingepresst ist.

6. Hochdruckpumpe mit einem Einlassventil (22) zur Verbindung eines Pum- penarbeitsraums (16) der Hochdruckpumpe mit einem Zulauf für zu fördern- des Medium,

dadurch gekennzeichnet, dass das Einlassventil (22) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche ausgebildet ist.

Description:
Beschreibung

Titel:

Elektromagnetisch betätiqbares Einlassventil und Hochdruckpumpe mit Einlass- ventil

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, ins- besondere eine Radial- oder Reihenkolbenpumpe für ein Kraftstoffei nspritzsys- tem, ist durch die DE 10 2014 220 775 A1 bekannt. Die Hochdruckpumpe weist wenigstens ein Pumpenelement auf mit einem in einer Hubbewegung angetrie- benen Pumpenkolben, der einen Pumpenarbeitsraum begrenzt. Der Pumpenar- beitsraum ist über das Einlassventil mit einem Zulauf für den Kraftstoff verbind- bar. Das Einlassventil umfasst ein Ventilglied, das zwischen einer Öffnungsstel- lung und einer Schließstellung bewegbar ist und das in seiner Schließstellung an einem Ventilsitz zur Anlage kommt. Das Ventilglied ist durch eine Ventilfeder in Schließrichtung beaufschlagt. Ferner umfasst das Einlassventil einen elektro- magnetischen Aktor, durch den das Ventilglied bewegbar ist. Der elektromagne- tische Aktor weist einen Magnetanker, der auf das Ventilglied wirkt, eine Magnet- spule und einen Magnetkern auf, um ein auf den Magnetanker einwirkendes Magnetfeld zu erzeugen, wenn die Magnetspule bestromt wird. Der Magnetanker ist durch eine Rückstellfeder zur Öffnungsstellung des Ventilglieds hin beauf- schlagt. Bei Bestromung der Magnetspule wird der Magnetanker gegen die Kraft der Rückstellfeder zur Schließstellung des Ventilglieds hin bewegt, so dass das Ventilglied durch die Ventilfeder in seine Schließstellung bewegt wird. Um das Ventilglied in seiner Öffnungsstellung zu halten muss die Kraft der Rückstellfeder in deren entspanntem Zustand größer sein als die Kraft der Ventilfeder. Die Rückstellfeder stützt sich über ein in eine Aufnahme am Magnetkern eingesetz- tes Stützelement ab. Abhängig von Toleranzen der verschiedenen Bauteile des Einlassventils ist es erforderlich, dass zur Einstellung einer erforderlichen defi- nierten Vorspannung der Rückstellfeder das Stützelement in unterschiedlichen Stellungen in Richtung der Längsachse des Magnetankers in der Aufnahme fi- xierbar ist. Je nach Stellung des Stützelements ragt die Rückstellfeder mit ihrem dem Magnetkern zugewandten Endbereich mehr oder weniger weit in die Auf- nahme im Magnetkern hinein. Um eine sichere Führung des Endbereichs der Rücksteilfeder zu erreichen und ein Ausknicken der Rückstellfeder zu verhindern ist es erforderlich, dass der Endbereich der Rückstellfeder ausreichend weit in die Aufnahme im Magnetkern hineinragt. Wenn der Endbereich der Rückstellfe- der nicht ausreichend in der Aufnahme geführt ist kann dies zu einem Auskni- cken der Rückstellfeder und damit zu einer Verringerung der Kraft der Rückstell- feder führen, was wiederum die Funktion des Einlassventils beeinträchtigt. Wenn der Endbereich der Rückstellfeder zu weit in die Aufnahme hineinragt so kann dies zu Verschleiß an den federnden Windungen der Rückstellfeder führen, die bei der Kompression und Dekompression der Rückstellfeder am Rand der Auf- nahme reiben. Hierdurch wird ebenfalls die Funktion des Einlassventils beein- trächtigt und es können auch Partikel entstehen, die zu Schädigungen des Ein- lassventils führen können.

Offenbarung der Erfindung

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Einlassventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass unabhängig von der Stellung des Stützelements die erforderliche Führung des Endbereichs der Rückstellfeder sichergestellt ist und somit die sichere Funktion des Einlassventils über dessen Lebensdauer ge- währleistet ist.

In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbil- dungen des erfindungsgemäßen Einlassventils angegeben. Durch die Ausbil- dung gemäß Anspruch 2 ist eine verschleißarme Führung des Endbereichs der Rückstellfeder sichergestellt. Durch die Ausbildung gemäß Anspruch 4 ist eine einfache Montage des Stützelements ermöglicht, da dieses nicht speziell orien- tiert zu werden braucht.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen Figur 1 einen schematischen Längs- schnitt durch eine Hochdruckpumpe und Figur 2 in vergrößerter Darstellung ei- nen in Figur 1 mit II bezeichneten Ausschnitt mit dem Einlassventil der Hoch- druckpumpe.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In Figur 1 ist ausschnittsweise eine Hochdruckpumpe dargestellt, die zur Kraft- stoffförderung 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 geführt ist und in der Zylinderbohrung 14 einen Pumpenarbeitsraum 16 begrenzt. Als Antrieb für den Pumpenkolben 12 kann eine Antriebswelle 18 mit einem Nocken 20 oder Exzenter vorgesehen sein, an dem sich der Pumpenkolben 12 direkt oder über einen Stößel 21 , beispielsweise einen Rollenstößel, abstützt. Der Pumpenar- beitsraum 16 ist über ein Einlassventil 22 mit einem Kraftstoffzulauf 23 verbind- bar und über ein Auslassventil 24 mit einem Speicher 26. Das Einlassventil 22 ist beispielsweise in ein Gehäuseteil 28 der Hochdruckpumpe integriert. Beim Saughub des Pumpenkolbens 12 kann der Pumpenarbeitsraum 16 bei geöffne- tem Einlassventil 22 mit Kraftstoff befüllt werden. Beim Förderhub des Pumpen- kolbens 12 wird durch diesen Kraftstoff aus dem Pumpenarbeitsraum 16 ver- drängt und in den Speicher 26 gefördert.

Das Einlassventil 22 weist ein kolbenförmiges Ventilglied 30 auf, das in einer an die Zylinderbohrung 14 anschließenden Bohrung 32 im Gehäuseteil 28 beweg- lich geführt ist. In die Bohrung 32 mündet in einem im Durchmesser gegenüber deren das Ventilglied 30 führendem Führungsabschnitt vergrößerten Abschnitt wenigstens eine, vorzugsweise mehrere Radialbohrungen 36, die in hydrauli scher Verbindung mit dem Kraftstoffzulauf 21 stehen. Das Ventilglied 30 weist an seinem in den Pumpenarbeitsraum 16 ragenden Ende einen Kopf 44 mit gegen- über dem Schaft 46 des Ventilglieds 30 größerem Durchmesser auf. Auf der dem Schaft 46 zugewandten Seite ist am Kopf 44 eine ringförmige Dichtfläche 48 ausgebildet, mit der das Ventilglied 30 mit einem am Rand der Bohrung 32 am Gehäuseteil 28 ausgebildeten Ventilsitz 50 zusammenwirkt. Das Ventilglied 30 ragt mit seinem dem Pumpenarbeitsraum 16 abgewandten Endbereich aus der Bohrung 32 heraus und am Endbereich stützt sich über einen Federteller 52 eine Ventilfeder 54 ab, durch die das Ventilglied 30 in Schließrichtung beaufschlagt ist. In seiner Schließstellung liegt das Ventilglied 30 mit seiner Dichtfläche 48 dichtend am Ventilsitz 50 an, so dass der Pumpenarbeitsraum 16 vom Kraftstoff- zulauf getrennt ist.

Das Einlassventil 22 ist durch einen elektromagnetischen Aktor 56 betätigbar.

Der Aktor 56 wird durch eine elektronische Steuereinrichtung 57 in Abhängigkeit von Betriebsparametern der zu versorgenden Brennkraftmaschine angesteuert. Der elektromagnetische Aktor 56 weist eine Magnetspule 58, einen Magnetkern 60 und einen Magnetanker 62 auf. Der elektromagnetische Aktor 56 ist auf der dem Pumpenarbeitsraum 16 abgewandten Seite des Einlassventils 22 angeord- net. Der Magnetkern 60 und die Magnetspule 58 sind in einem Gehäuseteil 64 angeordnet, das mit dem Gehäuseteil 28 der Hochdruckpumpe verbunden ist.

Die Verbindung des Gehäuseteils 64 mit dem Gehäuseteil 28 der Hochdruck- pumpe erfolgt beispielsweise mittels eines Schraubrings 65, der auf einen mit ei- nem Außengewinde versehenen Kragen 66 des Gehäuseteils 28 der Hochdruck- pumpe aufgeschraubt ist.

Der Magnetanker 62 ist zumindest im wesentlichen zylinderförmig ausgebildet und über seinen Außenmantel in einer Bohrung 68 in einem Trägerelement 69 verschiebbar geführt. Die Bohrung 68 im Trägerelement 69 verläuft zumindest annähernd koaxial zur Bohrung 32 im Gehäuseteil 28 der Hochdruckpumpe. In seinem dem Magnetkern 60 zugewandten Endbereich weist der Magnetanker 62 eine zentrale Sackbohrung 70 auf. Der Magnetanker 62 und das Ventilglied 30 sind nicht miteinander verbunden. In der Bohrung 68 im Trägerelement 69 ist durch eine Durchmesserverringerung zwischen dem Magnetanker 62 und dem Einlassventil 22 eine Ringschulter 71 gebildet, die einen Anschlag für den Mag- netanker 62 für die Begrenzung von dessen Bewegung zur Öffnungsstellung des Ventilglieds 30 hin bildet. Zwischen der Ringschulter 71 und dem Magnetanker 62 kann ein Anschlagelement 72 angeordnet sein.

Zwischen dem Magnetanker 62 und dem Magnetkern 60 ist eine Rückstellfeder 76 für den Magnetanker 62 angeordnet, die einerseits in die Sackbohrung 70 im Magnetanker 62 hineinragt und sich am Boden der Sackbohrung 70 abstützt. Die Rückstellfeder 76 ist als zylindrische Schraubendruckfeder ausgebildet, die meh- rere Windungen aufweist. Im Magnetkern 60 ist auf dessen dem Magnetanker 62 zugewandter Seite eine Aufnahme 78 in Form einer weiteren Sackbohrung vor- handen, in die die Rückstellfeder 76 mit ihrem dem Magnetanker 62 abgewand- ten Endbereich 77 hineinragt. In der Aufnahme 78 ist ein Stützelement 80 fixiert, an dem sich die Rückstellfeder 76 abstützt. Durch die Rückstellfeder 76 wird der Magnetanker 62 zur Öffnungsstellung des Ventilglieds 30 hin beaufschlagt. Die Kraft der Rückstellfeder 76 ist größer als die Kraft der Ventilfeder 54.

Das Stützelement 80 ist beispielsweise in die Aufnahme 78 eingepresst, so dass dieses auf einfache Weise in unterschiedlichen Stellungen in Richtung der Längsachse 63 des Magnetankers 62 fixiert werden kann. Alternativ kann das Stützelement 80 beispielsweise auch in die Aufnahme 78 eingeschraubt sein, wobei dann das Stützelement 80 mit einem Außengewinde und die Aufnahme 78 mit einem Innengewinde versehen ist. Weiter alternativ kann das Stützelement 80 auch mittels einer Wendelnut in unterschiedlichen Stellungen in der Aufnahme 78 fixiert werden. Die Fixierung des Stützelements 80 in unterschiedlichen Stel lungen ist erforderlich um eine Einstellung der Vorspannung der Rückstellfeder 76 bei unterschiedlichen Toleranzen der verschiedenen Bauteile des Einlassven- tils 22 auf einen vorgegebenen Wert zu ermöglichen.

Wie in Figur 2 dargestellt weist das Stützelement 80 zumindest auf seiner der Rückstellfeder 76 zugewandten Seite einen Fortsatz 82 auf, der in den Endbe- reich 77 der Rückstellfeder 76 mit geringem radialem Spiel bezüglich der Längs- achse 63 des Magnetankers 62 hineinragt. Der Endbereich 77 der Rückstellfeder 76 umfasst beispielsweise die letzten zwei bis drei Windungen der Rückstellfeder 76, die bei der Kompression und Dekompression der Rückstellfeder nicht oder nur gering verformt werden. Der Endbereich 77 der Rückstellfeder 76 ist somit auf dem Fortsatz 82 des Stützelements 80 geführt, so dass dieser nicht seitlich ausknicken kann. Die Eintauchtiefe des Fortsatzes 82 in den Endbereich 77 der Rückstellfeder 76 ist unabhängig von der Stellung des Stützelements 80 in der Aufnahme 78 des Magnetkerns 60. Der Durchmesser des Fortsatzes 82 ist klei- ner als der Durchmesser des in der Aufnahme 78 fixierten Bereichs des Stütze- lements 80 und etwas kleiner als der Innendurchmesser des Endbereichs 77 der Rückstellfeder 76. Der Fortsatz 82 kann so ausgebildet sein, dass dieser sich zu seinem freien Ende hin beispielsweise etwa kegelstumpfförmig verjüngt. Der Au- ßendurchmesser des Endbereichs 77 der Rückstellfeder 76 ist etwas kleiner als der Durchmesser der Aufnahme 78, so dass der Endbereich 77 mit radialem Spiel in der Aufnahme 78 angeordnet ist und die Rückstellfeder 76 frei ein- und ausfedern kann.

Es ist vorteilhaft wenn das Stützelement 80 an beiden Seiten in Richtung der Längsachse 63 des Magnetankers 62 gesehen jeweils einen Fortsatz 82 auf- weist, da dieses dann in beliebiger Orientierung in die Aufnahme 78 im Magnet- kern 60 eingesetzt werden kann, was dessen Montage vereinfacht.

Nachfolgend wird die Funktion des elektromagnetisch betätigten Einlassventils 22 erläutert. Während des Saughubs des Pumpenkolbens 12 ist das Einlassven- til 22 geöffnet, indem sich dessen Ventilglied 34 in seiner Öffnungsstellung befin- det, in der dieses mit seiner Dichtfläche 48 vom Ventilsitz 50 entfernt angeordnet ist. Die Bewegung des Ventilglieds 30 in seine Öffnungsstellung wird durch die zwischen dem Kraftstoffzulauf 21 und dem Pumpenarbeitsraum 16 herrschende Druckdifferenz gegen die Kraft der Ventilfeder 54 bewirkt. Die Magnetspule 58 des Aktors 56 ist dabei bestromt, so dass der Magnetanker 62 durch das entste- hende Magnetfeld gegen die Kraft der Rückstellfeder 78 zur Magnetspule 58 hin gezogen wird. Wenn die Magnetspule 58 nicht bestromt ist so wird der Magnet- anker 62 durch die Kraft der Rückstellfeder 76 zum Einlassventil 22 hin gedrückt und in Anlage an der Ringschulter 71 oder dem Anschlagelement 72 gehalten.

Während des Förderhubs des Pumpenkolbens 12 wird durch den Aktor 56 be- stimmt ob sich das Ventilglied 30 des Einlassventils 22 in seiner Öffnungsstellung oder Schließstellung befindet. Bei unbestromter Magnetspule 58 wird der Mag- netanker 62 durch die Rückstellfeder 76 in einer ersten Stellrichtung gemäß Pfeil A in Figur 1 in Anlage an die Ringschulter 71 oder das Anschlagelement 72 ge- drückt, wobei das Ventilglied 30 durch den Magnetanker 62 gegen die Ventilfeder 54 in der ersten Stellrichtung in seine Öffnungsstellung gedrückt wird. Die Kraft der auf den Magnetanker 62 wirkenden Rückstellfeder 76 ist größer als die Kraft der auf das Ventilglied 30 wirkenden Ventilfeder 54. In die erste Stellrichtung A wirkt der Magnetanker 62 auf das Ventilglied 30 und der Magnetanker 62 und das Ventilglied 30 werden gemeinsam in die erste Stellrichtung A bewegt. Solan- ge die Magnetspule 58 nicht bestromt ist kann somit durch den Pumpenkolben

12 kein Kraftstoff in den Speicher 26 gefördert werden sondern vom Pumpenkol- ben 12 verdrängter Kraftstoff wird in den Kraftstoffzulauf 21 zurückgefördert. Wenn während des Förderhubs des Pumpenkolbens 12 Kraftstoff in den Spei- cher 26 gefördert werden soll so wird die Magnetspule 58 bestromt, so dass der Magnetanker 62 zur Magnetspule 58 hin in einer zur ersten Stellrichtung A ent- gegengesetzten zweiten Stellrichtung gemäß Pfeil B in Figur 2 gezogen wird. Durch den Magnetanker 62 wird somit keine Kraft mehr auf das Ventilglied 30 ausgeübt, wobei der Magnetanker 62 durch das Magnetfeld in die zweite Stell richtung B bewegt wird und das Ventilglied 30 unabhängig vom Magnetanker 62 bedingt durch die Ventilfeder 54 und die zwischen dem Pumpenarbeitsraum 16 und dem Kraftstoffzulauf 21 herrschende Druckdifferenz in der zweiten Stellrich tung B in seine Schließstellung bewegt wird. Durch das Öffnen des Einlassventils 22 beim Förderhub des Pumpenkolbens 12 mittels des elektromagnetischen Ak- tors 56 kann die Fördermenge der Hochdruckpumpe in den Speicher 26 variabel eingestellt werden. Wenn eine geringe Kraftstofffördermenge erforderlich ist so wird das Einlassventil 22 durch den Aktor 56 während eines großen Teils des Förderhubs des Pumpenkolbens 12 offen gehalten und wenn eine große Kraft- stofffördermenge erforderlich ist, so wird das Einlassventil 22 nur während eines kleinen Teils oder gar nicht während des Förderhubs des Pumpenkolbens 12 of- fen gehalten.