Titel

Elektromagnetisch betätigbares Saugventil für eine Hochdruckpumpe sowie

Hochdruckpumpe

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisch betätigbares Saugventil für eine

Hochdruckpumpe eines Kraftstoffeinspritzsystems, insbesondere eines Common-Rail- Einspritzsystems, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere ein Common-Rail-Einspritzsystem, mit einem solchen Saugventil.

Stand der Technik

Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2015 212 387 AI ist ein elektromagnetisch betätigbares Saugventil für eine Hochdruckpumpe eines Kraftstoffeinspritzsystems, insbesondere eines Common-Rail-Einspritzsystems, bekannt, das eine ringförmige Magnetspule zur Einwirkung auf einen Anker umfasst, der in einer Ausnehmung eines Ventilkörpers hubbeweglich aufgenommen und in Richtung eines mit einem Ventilsitz zusammenwirkenden hubbeweglichen Ventilschließelements von der Federkraft einer Ankerfeder beaufschlagt ist. Der Anker liegt dabei an einem Arbeitsluftspalt einem Polkern gegenüber, der mit dem Ventilkörper über eine aufgeschweißte Hülse fest verbunden ist. Die feste Verbindung dient der Sicherung eines voreingestellten Hubs des Ankers. Die Hülse wird hierzu sowohl mit dem Polkern als auch mit dem Ventilkörper verschweißt, so dass über die Schweißverbindungen zugleich eine Abdichtung des Ankerbewegungsraums nach außen erreicht wird. Ferner kann die Hülse zur magnetischen Trennung zwischen dem Polkern und dem Ventilkörper eingesetzt werden, wenn ein entsprechend amagnetischer Werkstoff gewählt wird. Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein elektromagnetisch betätigbares Saugventil für eine Hochdruckpumpe eines Kraftstoffeinspritzsystems, insbesondere eines Common- Rail- Einspritzsystems, anzugeben, das besonders robust ist. Zugleich soll das Saugventil einfach und kostengünstig herstellbar sein.

Zur Lösung der Aufgabe wird das elektromagnetisch betätigbare Saugventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 angegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Ferner wird eine Hochdruckpumpe mit einem solchen Saugventil vorgeschlagen.

Offenbarung der Erfindung

Das für eine Hochdruckpumpe eines Kraftstoffeinspritzsystems, insbesondere eines Common- Rail- Einspritzsystems, vorgeschlagene elektromagnetisch betätigbare Saugventil umfasst einen Elektromagneten und einen mit dem Elektromagneten zusammenwirkenden Anker, der zumindest abschnittsweise in einer zentralen Ausnehmung eines Ventilkörpers aufgenommen und hubbeweglich geführt ist. Erfindungsgemäß ist die Ausnehmung des Ventilkörpers als Sackloch ausgeführt, so dass der Ventilkörper gemeinsam mit dem Anker einen Arbeitsluftspalt begrenzt.

Bei dem vorgeschlagenen Saugventil ersetzt somit der Ventilkörper den Polkern, der üblicherweise dem Anker am Arbeitsluftspalt gegenüberliegt. Mit Wegfall des Polkerns bedarf es auch keiner Hülse zur festen Verbindung des Polkerns mit dem Ventilkörper. Das heißt, dass die Anzahl der Bauteile reduziert wird, wodurch der Fertigungs- und Montageaufwand sinkt. Insbesondere entfällt das Setzen von Schweißnähten zur Verbindung der Hülse mit dem Polkern und dem Ventilkörper. Zugleich steigt die Robustheit des Saugventils, da mit Wegfall der Schweißnähte die Konstruktion deutlich weniger korrosionsanfällig ist.

Um die vorstehend genannten Vorteile uneingeschränkt nutzen zu können, ist vorzugsweise der Ventilkörper einteilig ausgeführt. Das heißt, dass Dichtstellen entfallen sowie Prüfprozesse, um deren Dichtheit zu prüfen. Auf diese Weise kann die Herstellung des Saugventils weiter vereinfacht werden. Bevorzugt weist der Ventilkörper eines erfindungsgemäßen Saugventils im Bereich eines hohizylinderförmigen Abschnitts zur Führung des Ankers eine umlaufende Ringnut zur Verringerung der Wandstärke auf. Das heißt, dass im Bereich der Ringnut der magnetische Fluss gedrosselt wird, so dass eine magnetische Trennung entbehrlich ist. Der Ventilkörper kann somit einteilig und/oder aus einem einzigen Werkstoff gefertigt sein. Vorzugsweise ist die den magnetischen Fluss drosselnde Ringnut außenum- fangseitig angeordnet, so dass die Führungslänge einer innenumfangseitigen Führungsfläche des hohizylinderförmigen Abschnitts maximal ist.

Bei einem einteilig ausgeführten Ventilkörper mit einer als Sackloch ausgebildeten Ausnehmung zur Aufnahme des Ankers kann der Anker nur von einer Seite aus in die Ausnehmung eingesetzt werden. Hierbei handelt es sich um die Seite, die dem Elektromagneten abgewandt ist. Um den Anker bei der Montage des Saugventils verliersicher in der Ausnehmung zu halten, wird vorgeschlagen, dass in die Ausnehmung des Ventilkörpers ein Sicherungselement eingesetzt und lagefixiert ist. Vorzugsweise ist das Sicherungselement ringförmig, so dass weiterhin eine Strömungsverbindung zwischen einem Ankerbewegungsraum und einem Ventilraum besteht. Das Sicherungselement kann beispielsweise nach Art eines Sprengrings ausgeführt sein. Die Lagefixierung des Sicherungselements innerhalb der Ausnehmung kann über eine innenum- fangseitige Ringnut des Ventilkörpers bewirkt werden, in welche das Sicherungselement eingreift.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Ausnehmung des Ventilkörpers gestuft ausgeführt ist und endseitig eine Aufnahme für eine Ankerfeder ausbildet, über die der Anker in Richtung eines Ventilschließelements axial vorgespannt ist. Die Ankerfeder wird dann vor dem Anker in die Ausnehmung bzw. in die endseitig ausgebildete Aufnahme eingesetzt, wobei die Aufnahme zugleich eine Zentrierung und Führung der Ankerfeder bewirkt.

Ferner bevorzugt weist der Anker eine zentrale Ausnehmung auf. Die Ausnehmung reduziert die zu bewegende Masse des Ankers, so dass die Ankerdynamik steigt. Darüber hinaus kann die Ausnehmung der abschnittsweisen Aufnahme einer Ankerfeder dienen, die zwischen dem Ventilkörper und dem Anker angeordnet ist. Bevorzugt ist die Ausnehmung des Ankers als Sackloch ausgeführt, so dass zugleich eine Abstütz- fläche für die Ankerfeder ausgebildet wird.

Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass im Anker mindestens eine Durchströmöffnung ausgebildet ist, die vorzugsweise dezentral angeordnet ist. Durch die mindestens eine Durchströmöffnung wird die Masse des Ankers weiter reduziert, was eine hohe Ankerdynamik begünstigt. Ferner wird über die Durchströmöffnung ein Druckausgleich bei einer Hubbewegung des Ankers bewirkt. Um ein gleichmäßiges Durchströmen des Ankers zu gewährleisten und einen schnellen Druckausgleich zu ermöglichen, sind vorzugsweise mehrere dezentral angeordnete Durchströmöffnungen in gleichem Winkelabstand zueinander im Anker ausgebildet.

Bevorzugt ist der Ventilkörper zumindest abschnittsweise von einer ringförmigen Magnetspule des Elektromagneten umgeben. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass der Ventilkörper Teil des Magnetkreises ist. Ferner kann der Ventilkörper zur Halterung des Elektromagneten eingesetzt werden. Weiterhin bevorzugt umgibt die Magnetspule - zumindest abschnittsweise - den hohlzylinderförmigen Abschnitt des Ventilkörpers, so dass der Anker bei einer Hubbewegung in den Bereich der ringförmigen Magnetspule eintaucht. Die Anordnung der Magnetspule erfolgt bevorzugt in der Weise, dass eine Kunststoff-Umspritzung des Elektromagneten in die umlaufende Ringnut des Ventilkörpers eingreift. Die Kunststoff-Umspritzung bewirkt auf diese Weise eine magnetische Trennung des Ventilkörpers von der ringförmigen Magnetspule.

Vorteilhafterweise ist ein Gehäusedeckel des Elektromagneten an einer Stirnfläche des Ventilkörpers axial abgestützt und/oder mittels eines Federelements in Richtung des Ventilkörpers axial vorgespannt. Der Ventilkörper kann somit nicht nur zur Halterung des Elektromagneten, sondern ferner zur Lagefixierung des Elektromagneten eingesetzt werden.

Darüber hinaus wird eine Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere für ein Common-Rail-Einspritzsystem, mit einem erfindungsgemäßen Saugventil vorgeschlagen. Das Saugventil ist dabei bevorzugt in ein Gehäuseteil der Hochdruckpumpe integriert, und zwar bevorzugt in der Weise, dass das Gehäuseteil einen Ventilsitz und/oder eine Führung für das Ventilschließelement ausbildet. Auf die- se Weise kann eine kompaktbauende Hochdruckpumpe geschaffen werden, deren Bauraumbedarf reduziert ist. Ferner begünstigt die gesteigerte Robustheit des integrierten Saugventils eine lange Lebensdauer der Hochdruckpumpe.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes

elektromagnetisch betätigbares Saugventil, das in eine Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem integriert ist, und

Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt der Fig. 1.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnung

Das in der Fig. 1 dargestellte Saugventil dient der Befüllung eines Elementraums 21 einer Hochdruckpumpe mit Kraftstoff. Das Saugventil ist hierzu in ein Gehäuseteil 19 der Hochdruckpumpe integriert, das auch den Elementraum 21 ausbildet. Zugleich bildet das Gehäuseteil 19 einen Ventilsitz 20 für ein hubbewegliches Ventilschließelement 11 des Saugventils aus, das in den Elementraum 21 hinein öffnet.

In Schließrichtung ist das Ventilschließelement 11 von der Federkraft einer Ventilfeder 22 beaufschlagt, die das dem Ventilsitz 20 abgewandte Ende des

Ventilschließelements 11 umgibt. Die Ventilfeder 22 ist einerseits am Gehäuseteil 19, andererseits an einem Federteller 23 abgestützt, der auf das Ende des

Ventilschließelements 11 aufgepresst ist und dieses vollständig umschließt.

In der Fig. 1 ist das Saugventil in der Offenstellung dargestellt. Der Öffnungshub des Ventilschließelements 11 wird dabei durch den Federteller 23 begrenzt, der mit dem Gehäuseteil 19 anschlagbildend zusammenwirkt. Das Öffnen erfolgt entgegen der Federkraft der Ventilfeder 22. Die hierzu erforderliche Öffnungskraft wird von einer Anker feder 10 bereit gestellt, die zwischen einem hubbeweglichen Anker 2 und einem Ventil körper 4 angeordnet ist und den Anker 2 in Richtung des Ventilschließelements 11 axial vorspannt, so dass er zur Anlage an dem Federteller 23 gelangt. Über die Hubbewe gung des Ankers 2 ist somit das Ventilschließelement 11 betätigbar, wobei die Hubbewegung des Ankers 2 mittels eines Elektromagneten 1 steuerbar ist.

Wird eine ringförmige Magnetspule 14 des Elektromagneten 1 bestromt, baut sich ein Magnetfeld auf, dessen Magnetkraft den Anker 2 entgegen der Federkraft der

Ankerfeder 10 nach oben bewegt, um einen zwischen dem Anker 2 und dem Ventilkörper 4 ausgebildeten Arbeitsluftspalt 5 zu schließen. Im Anker 2 vorgesehene dezentral angeordnete Durchströmöffnungen 13 bewirken dabei einen Druckausgleich. Mit fortschreitendem Hub löst sich der Anker 2 vom Federteller 23 und die Federkraft der Ventilfeder 22 vermag das Ventilschließelement 11 in den Ventilsitz 20 zu ziehen. Das Saugventil schließt.

Zum erneuten Öffnen des Saugventils wird die Bestromung der Magnetspule 14 beendet. Die Federkraft der Ankerfeder 10 stellt daraufhin den Anker 2 in seine Ausgangslage zurück. Dabei gelangt der Anker 2 wieder in Kontakt mit dem

Federteller 23, so dass dieser entgegen der Federkraft der Ventilfeder 22 mitgeführt wird. Das Ventilschließelement 11 wird dabei aus dem Ventilsitz 20 gehoben und das Saugventil öffnet. Kraftstoff vermag nun über einen Niederdruckraum 24, der durch das Gehäuseteil 19 und den Ventilkörper 4 begrenzt wird, über den Ventilsitz 20 in den Elementraum 21 der Hochdruckpumpe zu strömen.

Das dargestellte Saugventil zeichnet sich dadurch aus, dass die Anzahl der Bauteile reduziert ist. Denn der Ventilkörper 4 bildet zugleich einen mit der Magnetspule 14 zusammenwirkenden Innenpol aus, so dass ein separater Polkern entfallen kann. Mit Wegfall des Polkerns kann zudem eine Hülse entfallen, die üblicherweise der Verbindung des Polkerns mit dem Ventilkörper 4 dient. Aufgrund der reduzierten Teilezahl wird zudem die Montage des Saugventils vereinfacht.

Um diese Vorteile zu erzielen, weist der Ventilkörper 4 des dargestellten Saugventils eine als Sackloch ausgeführte zentrale Ausnehmung 3 auf, in welcher der Anker 2 aufgenommen und hubbeweglich geführt ist, so dass der Ventilkörper 4 gemeinsam mit dem Anker 2 den Arbeitsluftspalt 5 begrenzt. Der Anker 2 kann demnach nur von unten in die Ausnehmung 3 des Ventilkörpers 4 eingesetzt werden. Vor dem Einsetzen des Ankers 2 wird jedoch die Ankerfeder 10 in die Ausnehmung 3 eingesetzt, und zwar in der Weise, dass ein dem Anker 2 abgewandter Endabschnitt der Ankerfeder 10 in eine innerhalb der Ausnehmung 3 ausgebildeten Aufnahme 9 des Ventilkörpers 4 eingreift. Die Ausnehmung 3 ist zur Ausbildung der Aufnahme 9 gestuft ausgeführt. Der andere Endabschnitt der Ankerfeder 10 greift in eine zentrale Ausnehmung 12 des Ankers 2 ein, wenn dieser nach der Ankerfeder 10 in die zentrale Ausnehmung 3 des Ventilkörpers 4 eingesetzt wird. Um den Anker 2 verliersicher in der Ausnehmung 3 zu halten, ist innerhalb der Ausnehmung 3 ferner ein ringförmiges Sicherungselement 8 angeordnet, das nach Art eines Sprengrings ausgeführt ist.

Wie insbesondere der Fig. 2 zu entnehmen ist, weist der Ventilkörper 4 im Bereich eines hohizylinderförmigen Abschnitts 6 eine außenumfangseitig angeordnete umlaufende Ringnut 7 auf, in die eine Kunststoff-Umspritzung 15 der Magnetspule 14 eingreift. Im Bereich der Ringnut 7 ist demnach die Wandstärke des hohizylinderförmigen Abschnitts 6 reduziert. Dies hat zur Folge, dass der magnetische Fluss über diesen Bereich gedrosselt wird (siehe angedeutete Magnetflusslinien 25) und eine magnetische Trennung durch einen Materialwechsel entbehrlich ist. Der Ventilkörper 4 kann somit einteilig ausgeführt werden.

Der Ventilkörper 4 kann ferner zur Befestigung des Elektromagneten 1 eingesetzt werden, wenn - wie beispielhaft in der Fig. 1 dargestellt - ein Gehäusedeckel 16 des Elektromagneten 1 gegen eine Stirnfläche 17 des Ventilkörpers 4 axial vorgespannt wird. Zur Vorspannung kann ein Federelement 18 eingesetzt werden, das beispielsweise als Tellerfeder ausgeführt und an einem zapf enförm igen Ansatz 26 des Ventilkörpers 4 abgestützt ist.

Das in den Figuren 1 und 2 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt, dass durch die vorgeschlagenen Maßnahmen die Fertigung und die Montage des Saugventils deutlich vereinfacht werden können. Zugleich steigt die Robustheit des Saugventils, da Verbindungsstellen, die zugleich Dichtstellen ausbilden, entfallen.