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, insbesondere eine Radial- oder Reihenkolbenpumpe für ein Kraftstoffe! nspritzsys- tem, ist durch die DE 10 2010 027 745 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 ist in einer Ausnehmung eines als Zylinderkopf ausgebildeten Gehäuseteils der Hochdruckpumpe angeordnet und mittels einer in den Zylinderkopf eingeschraubten Verschlussschraube lagefixiert. Das Einlassventil umfasst ein Ventilgehäuse und ein Ventilglied, das mit einem am Ventilgehäuse ausgebildeten Ventilsitz zur Steuerung zusammenwirkt. Das Ventilglied ist durch eine Ventilfeder in Schließrichtung beaufschlagt. Ferner umfasst das Einlassventil einen elektromagnetischen Aktor, durch den das Ventilglied bewegbar ist. Der elektromagnetische Aktor weist einen als Tauchanker ausgebildeten Magnetanker, der mit dem Ventilglied verbunden ist, sowie eine Magnetspule auf, um ein auf den Magnetanker einwirkendes Magnetfeld zu erzeugen, wenn die Magnetspule bestromt wird. Der Magnetanker und das Ventilglied sind miteinander verbunden und bilden eine Baueinheit, die zusammen bewegt wird, wodurch diese eine große Masse aufweist. Insbesondere bei der Schließbewe- gung des Ventilglieds wenn dieses am Ventilsitz als Anschlag zur Anlage kommt wirken dabei große Kräfte, die zu Verschleiß und Beschädigung des Ventilglieds und/oder des Ventilsitzes führen können. Außerdem ist hiermit eine starke Geräuschentwicklung verbunden und die Dynamik des Einlassventils, das heißt dessen Schaltgeschwindigkeit zwischen der geöffneten und geschlossenen Stellung, wird verschlechtert.

Offenbarung der Erfindung Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Einlassventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass der Magnetanker nur in der durch den Magnetanker zu bewirkenden ersten Stellrichtung des Ventilglieds auf dieses wirkt, während in der entgegengesetzten zweiten Stellrichtung keine Verbindung zwischen Magnetanker und Ventilglied vorhanden ist und somit nur die Einzelmassen bewegt werden und an einem Anschlag zur Anlage kommen. Hierdurch wird die Gefahr von Verschleiß und Beschädigungen sowie die Geräuschentwicklung verringert und die Dynamik des Einlassventils verbessert.

In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Einlassventils angegeben. Durch die Ausbildung gemäß Anspruch 3 ist eine unabhängige Rückstellung des Magnetankers und des Ventilglieds in der zweiten Stellrichtung ermöglicht. Die Ausbildung gemäß Anspruch 5 ermöglicht eine verschleißarme Führung des Magnetankers. Die Ausbildung gemäß Anspruch 7 oder 8 ermöglicht ein geringes Gewicht und damit eine hohe Dynamik des Magnetankers.

Ferner wird eine Hochdruckpumpe mit einem erfindungsgemäßen Einlassventil zur Verbindung eines Pumpenarbeitsraums der Hochdruckpumpe mit einem Kraftstoffzulauf vorgeschlagen. Das Einlassventil ist dabei in ein Gehäuseteil der Hochdruckpumpe eingesetzt. 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 einen in Figur 1 mit II bezeichneten Ausschnitt mit dem Einlassventil der Hochdruckpumpe.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

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 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, beispielsweise einen Rollenstößel, abstützt. Der Pumpenarbeitsraum 16 ist über ein Einlassventil 22 mit einem Kraftstoffzulauf 21 verbindbar und über ein Auslassventil 24 mit einem Speicher 26. Das Einlassventil 22 ist beispielsweise in eine Bohrung 27 eines Gehäuseteils 28 der Hochdruckpumpe eingesetzt. Beim Saughub des Pumpenkolbens 12 kann der Pumpenarbeitsraum 16 bei geöffnetem Einlassventil 22 mit Kraftstoff befüllt werden. Beim Förderhub des Pumpenkolbens 12 wird durch diesen Kraftstoff aus dem Pumpenarbeitsraum 16 verdrängt und in den Speicher 26 gefördert.

Das in Figur 2 vergrößert dargestellte Einlassventil 22 weist ein Ventilgehäuse 30 auf, in dem in einer Bohrung 32 ein kolbenförmiges Ventilglied 34 beweglich ge- führt ist. In die Bohrung 32 des Ventilgehäuses 30 mündet wenigstens eine, vorzugsweise mehrere Radialbohrungen 36, die in hydraulischer Verbindung mit dem Kraftstoffzulauf 21 stehen. Auf der Höhe der Radialbohrungen 36 kann das Ventilgehäuse 30 von einem Siebelement 38 umgeben sein, um zu verhindern, dass etwaige im Kraftstoff enthaltene Partikel in das Einlassventil 22 und in den Pumpenarbeitsraum 16 gelangen. Das Ventilgehäuse 30 ist direkt oder über eine

Dichtscheibe 40 an einem Absatz 29 der Bohrung 27 im Pumpengehäuseteil 28 abgestützt, um den Pumpenarbeitsraum 16 gegenüber dem Kraftstoffzulauf abzudichten. Eine axiale Anpresskraft des Ventilgehäuses 30 wird beispielsweise über eine Verschlussschraube 42 bewirkt, die in die Bohrung 27 des Pumpengehauseteils 28 eingeschraubt und an dem Ventilgehäuse 30 abgestützt ist.

Das Ventilglied 34 weist an seinem in den Pumpenarbeitsraum 16 ragenden Ende einen Kopf 44 mit gegenüber dem Schaft 46 des Ventilglieds 34 größerem Durchmesser auf. Auf der dem Schaft 46 zugewandten Seite ist am Kopf 44 eine ringförmige Dichtfläche 48 ausgebildet, mit der das Ventilglied 34 mit einem am

Rand der Bohrung 32 am Ventilgehäuse 30 ausgebildeten Ventilsitz 50 zusammenwirkt. Das Ventilglied 34 ragt mit seinem dem Pumpenarbeitsraum 16 abgewandten Endbereich aus der Bohrung 32 des Ventilgehäuses 30 heraus und am Endbereich stützt sich über einen Federteller 52 eine Ventilfeder 54 ab, durch die das Ventilglied 34 in Schließrichtung beaufschlagt ist. In seiner Schließstellung liegt das Ventilglied 34 mit seiner Dichtfläche 48 dichtend am Ventilsitz 50 an, so dass der Pumpenarbeitsraum 16 vom Kraftstoffzulauf getrennt ist.

Das Einlassventil 22 ist durch einen elektromagnetischen Aktor 56 betätigbar. Der Aktor 56 wird durch eine elektronische Steuereinrichtung 86 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 der Verschlussschraube 42 verbunden ist. Der Magnetanker 62 ist zumindest im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet und über seinen Außenmantel in einer Bohrung 66 in der Verschlussschraube 42 verschiebbar geführt. Die Bohrung 66 in der Verschlussschraube 42 verläuft zumindest annä- hernd koaxial zur Bohrung 32 im Ventilgehäuse 30. In seinem dem Einlassventil

22 zugewandten Endbereich weist der Magnetanker 62 in einem zentralen Bereich eine Aufnahme auf, die beispielsweise als Sackbohrung 68 ausgebildet ist und in die ein vom Endbereich des Ventilglieds 34 abstehender Zapfen 35 hineinragt. Der Zapfen 35 ist in der Sackbohrung 68 mit radialem Spiel angeordnet, so dass das Ventilglied 34 bezüglich des Magnetankers 62 beweglich ist. Der Zap- fen 35 kann mit seinem in der Sackbohrung 68 liegenden Stirnende am Boden der Sackbohrung 68 im Magnetanker 62 zur Anlage kommen.

Zur Gewichtsreduzierung des Magnetankers 62 weist dieser zwischen dem zentralen Bereich mit der Sackbohrung 68 und dessen Außenmantel wenigstens eine Ausnehmung 70 auf. Vorzugsweise umgibt die Ausnehmung 70 den zentralen Bereich mit der Sackbohrung 68 über dessen gesamten Umfang. Der Magnetanker 62 weist außerdem eine von der dem Einlassventil 22 abgewandten Seite des Magnetankers 62 ausgehende weitere Sackbohrung 72 auf, die von der Sackbohrung 68 getrennt ist und zumindest annähernd koaxial zur Sackbohrung 68 verläuft. Die weitere Sackbohrung 72 kann mit der Ausnehmung 70 über eine oder mehrere radial oder schräg verlaufende Bohrungen 74 verbunden sein. Der vom Einlassventil 22 wegweisende Endbereich der weiteren Sackbohrung 72 weist einen größeren Durchmesser als der restliche Bereich auf, wodurch eine zur Stirnseite des Magnetankers 62 weisende Ringschulter 76 gebildet ist. An der Ringschulter 76 stützt sich eine Rückstellfeder 78 für den Magnetanker 62 ab, die andererseits zumindest mittelbar am Gehäuseteil 64 abgestützt ist. In der Bohrung 66 ist durch eine Durchmesserverringerung zwischen dem Magnetanker 62 und dem Einlassventil 22 eine Ringschulter 80 gebildet, die einen Anschlag für den Magnetanker 62 für die Begrenzung von dessen Bewegung zum Einlassventil 22 bildet.

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 befindet, in der dieses mit seiner Dichtfläche 48 vom Ventilsitz 50 entfernt angeordnet ist. Die Bewegung des Ventilglieds 34 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 kann dabei bestromt oder unbestromt sein. Wenn die Magnetspule

58 bestromt ist so wird der Magnetanker 62 durch das entstehende Magnetfeld gegen die Kraft der Rückstellfeder 78 zur Magnetspule 58 hin gezogen. Wenn die Magnetspule 58 nicht bestromt ist so wird der Magnetanker 62 durch die Kraft der Rückstellfeder 78 zum Einlassventil 22 hin gedrückt und in Anlage an der Ringschulter 80 gehalten. Während des Förderhubs des Pumpenkolbens 12 wird durch den Aktor 56 bestimmt ob sich das Ventilglied 34 des Einlassventils 22 in seiner Öffnungsstellung oder Schließstellung befindet. Bei unbestromter Magnetspule 58 wird der Magnetanker 62 durch die Rückstellfeder 78 in einer ersten Stellrichtung gemäß Pfeil A in Figur 2 in Anlage an die Ringschulter 80 gedrückt, wobei das Ventilglied 34 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 78 ist größer als die Kraft der auf das Ventilglied 34 wirkenden Ventilfeder 54. In die erste Stellrichtung A wirkt der Magnetanker 62 auf das Ventilglied 34 und der Magnetanker 62 und das Ventilglied 34 werden gemeinsam in die erste Stellrichtung A bewegt. Solange die Magnetspule 58 nicht bestromt ist kann somit durch den Pumpenkolben 12 kein Kraftstoff in den Speicher 26 gefördert werden sondern vom Pumpenkolben 12 verdrängter Kraftstoff wird in den Kraftstoffzulauf 21 zurückgefördert. Wenn während des Förderhubs des Pumpenkolbens 12 Kraftstoff in den Speicher 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 entgegengesetzten zweiten Stellrichtung gemäß Pfeil B in Figur 2 gezogen wird. Durch den Magnetanker 62 wird somit keine Kraft mehr auf das Ventilglied 34 ausgeübt, wobei der Magnetanker 62 durch das Magnetfeld in die zweite Stellrichtung B bewegt wird und das Ventilglied 34 unabhängig vom Magnetanker 62 bedingt durch die Ventilfeder 54 und die zwischen dem Pumpenarbeitsraum 16 und dem Kraftstoffzulauf 21 herrschende Druckdifferenz in der zweiten Stellrichtung B in seine Schließstellung bewegt wird. Durch das Öffnen des Einlassventils 34 beim Förderhub des Pum- penkolbens 12 mittels des elektromagnetischen Aktors 56 kann die Fördermenge der Hochdruckpumpe in den Speicher 26 variabel eingestellt werden. Wenn eine geringe Kraftstofffördermenge erforderlich ist so wird das Einlassventil 34 durch den Aktor 56 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.

Beim Auftreffen des Ventilglieds 34 mit seiner Dichtfläche 48 auf den Ventilsitz 50 als Anschlag in der zweiten Stellrichtung B ist somit nur die Masse des Ventil- glieds 34 selbst maßgebend, wodurch sich nur eine geringe Belastung des Ventilglieds 34 und des Ventilsitzes 50 ergibt. Es kann vorgesehen sein, dass der Magnetanker 62 in der zweiten Stellrichtung B ebenfalls an einem Anschlag zur Anlage kommt, der beispielsweise durch eine zwischen dem Magnetkern 60 und dem Magnetanker 62 angeordnete Restluftspaltscheibe 82 gebildet sein kann. Außerdem kann vorgesehen sein, dass die Bewegung des Magnetankers 62 in der zweiten Stellrichtung B kurz vor Erreichen des Anschlags 82 gedämpft wird, so dass die Auftreffgeschwindigkeit des Magnetankers 62 am Anschlag 82 verringert wird. Die Dämpfung des Magnetankers 62 kann hydraulisch erfolgen, indem der Magnetanker 62 in einen kraftstoff gefüllten Raum 84 eintaucht, aus dem nur über einen gedrosselten Ablauf Kraftstoff beim Eintauchen des Magnetankers 62 abströmen kann. Eine Dämpfung der Bewegung des Ventilglieds 34 in die zweite Stellrichtung B zu seiner Schließstellung soll nicht erfolgen, da ein schnelles Schließen des Einlassventils 34 für die Funktion der Hochdruckpumpe wichtig ist. Um dies zu ermöglichen führt der Magnetanker 62 in der zweiten Stellrichtung B einen größeren Hub aus als das Ventilglied 34 und eine Dämpfung des Magnetankers 62 erfolgt erst bei einem größeren Bewegungsweg in der zweiten Stellrichtung B als dem Bewegungsweg des Ventilglieds 34 bis dieses seine Schließstellung erreicht hat.