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 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, eine den Magnetanker umgebende Magnetspule und einen Mag- netkern 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. Zwischen dem Magnetanker und dem Magnetkern kann ein Abstandselement aus nichtmagnetischem Material angeordnet sein, um einen Restluftspalt sicherzustellen und ein magnetisches Kleben des Magnetankers am Magnetkern zu vermeiden. Beim Anschlagen des Magnetankers am Magnetkern kann es zu hohen Belastungen dieser beiden Bauteile sowie der Verbindung zwischen dem Trägerelement und dem Magnetkern kommen, was über eine längere Betriebsdauer zu Beschädigungen der dieser Bauteile führen kann, wodurch die Funktionsfähigkeit des Einlassventils beeinträchtigt werden kann.

Offenbarung der Erfindung

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Einlassventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass durch die Abstützung des Magnetkerns im Gehäusekörper über eine Zwischenschicht eine Belastung der Verbindung zwischen dem Trägerelement und dem Magnetkern beim Anschlagen des Magnetankers entlastet werden kann. Außerdem kann durch die Zwischenschicht die Belastung des Magnetankers und des Magnetkerns beim Anschlagen des Magnetankers verringert werden.

In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Einlassventils angegeben. Durch die Ausbildung gemäß Anspruch 2 ist ermöglicht, dass ein zwischen dem Magnetkern und dem Gehäusekörper vorhandener Zwischenraum vollständig von der Zwischenschicht ausgefüllt wird. Durch die Ausbildung gemäß Anspruch 3 ist ein sicherer Halt des Magnetkerns im Gehäusekörper erreicht. Durch die Ausbildung gemäß Anspruch 4 ist eine flexible Abstützung des Magnetkerns im Gehäusekörper erreicht, die eine Dämpfung des Anschlagens des Magnetankers am Magnetkern ermöglicht.

Zeichnung

Zwei 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 II bezeichneten Ausschnitt mit dem Einlassventil der Hochdruckpumpe, Figur 3 einen in Figur 2 mit III bezeichneten Ausschnitt in weiter vergrößerter Darstellung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel und Figur 4 den Ausschnitt III gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.

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. 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 Pumpenar- beitsraum 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 Ventilglieds 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 versorgenden 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 Gehäusekörper 70 angeordnet, der am Gehäuseteil 16 der Hochdruckpumpe befestigbar ist. Der Gehäusekörper 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 Bohrung 76 in einem im Gehäusekörper 70 angeordneten Trägerelement 78 verschiebbar 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 Magnetkern 66 ist im Gehäusekörper 70 auf der dem Gehäuseteil 16 abgewandten Seite des Trägerelements 78 angeordnet und weist 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 66 kann ein Abstützelement 85 für die Rückstellfeder 82 eingefügt, beispielsweise eingepresst sein. In die zentrale Bohrung 80 des Magnetankers 68 ist ein Zwischenelement 86 eingesetzt, das als Anker- bolzen 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 der Gehäusekörper 70 noch nicht am Gehäuseteil 16 der Hochdruckpumpe befestigt ist, so ist der Magnetanker 68 durch die Ringschulter 88 gegen Herausfal- len 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 90a auf dem zylindrischen Abschnitt

79 des Trägerelements 78 angeordnet und mit diesem verbunden und mit seinem anderen axialen Endbereich 90b auf dem zylindrischen Magnetkern 66 angeordnet und mit diesem verbunden. Das Verbindungselement 90 ist beispielsweise mit dem Trägerelement 78 und dem Magnetkern 66 stoffschlüssig verbun- den, insbesondere verschweißt. In einem zwischen dessen axialen Endbereichen

90a, 90b angeordneten mittleren Bereich 90c ist das Verbindungselement 90 weder mit dem Trägerelement 78 noch mit dem Magnetkern 66 verbunden und überbrückt einen axialen Abstand zwischen Trägerelement 78 und Magnetkern 66. Bei Bestromung der Magnetspule 64 wird der Magnetanker 68 gegen die Kraft der Rückstellfeder 82 zum Magnetkern 66 hin gezogen und kommt zumindest mittelbar am Magnetkern 66 zur Anlage. Der Gehäusekörper 70 ist vorzugsweise aus Kunststoff hergestellt, beispielsweise in einem Spritzgießverfahren. Hierbei wird die Magnetspule 64 sowie gegebenenfalls weitere Teile des elektromagnetischen Aktors 60 von dem Kunststoffma- terial des Gehäusekörpers 70 umspritzt. Der Magnetkern 66 bildet jedoch zusammen mit dem Trägerelement 78 eine vormontierte Baugruppe, die nach der Herstellung des Gehäusekörpers 70 in diesen eingesetzt wird. Der Magnetkern 66 tritt dabei in eine diesen auf dessen Umfang umgebende Vertiefung 94 im Gehäusekörper 70 ein. Die Vertiefung 94 ist auf deren dem Trägerelement 78 abgewandter Seite durch eine Wandung 95 des Gehäusekörpers 70 begrenzt.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass sich der Magnetkern 66 zumindest auf seiner dem Magnetanker 68 abgewandten Seite über eine Zwischenschicht 96 am Gehäusekörper 70, insbesondere an dessen Wandung 95 abstützt. Die Zwi- schenschicht 96 wird vor der Einbringung des Magnetkerns 66 auf dem Gehäusekörper 70 und/oder auf dem Magnetkern 66 aufgebracht und bei der Einbringung des Magnetkerns 66 in den Gehäusekörper 70 teilweise verdrängt.

Bei einem in Figur 3 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel besteht die Zwi- schenschicht 96 aus einem Klebstoff, der während der Einbringung des Magnetkerns 66 in den Gehäusekörper 70 plastisch verformbar ist. Bei der Einbringung des Magnetkerns 66 in den Gehäusekörper 70 wird der Klebstoff teilweise vom Magnetkern 66 verdrängt, so dass sichergestellt ist, dass ein zwischen der Stirnseite des Magnetkerns 66 und der Wandung 95 vorhandener Zwischenraum voll- ständig mit Klebstoff gefüllt ist. Nach der Einbringung des Magnetkerns 66 in den

Gehäusekörper 70 härtet der Klebstoff aus, so dass der Magnetkern 66 über die Zwischenschicht 96 aus Klebstoff an der Wandung 95 des Gehäusekörpers 70 abgestützt ist. Bei einem in Figur 4 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel besteht die Zwischenschicht 96 aus einem plastisch und/oder elastisch verformbaren Material wie beispielsweise einem Dämmstoff oder Schaumstoff. Vor der Einbringung des Magnetkerns 66 in den Gehäusekörper 70 ist dabei ein Überschuss des Materials vorhanden, der bei der Einbringung des Magnetkerns 66 in den Gehäusekör- per 70 durch den Magnetkern 66 durch plastische und/oder elastische Verformung des Materials verdrängt wird, so dass der zwischen der Stirnseite des Magnetkerns 66 und der Wandung 95 vorhandene Zwischenraum vollständig mit dem Material ausgefüllt ist. Hierdurch ist der Magnetkern 66 über die Zwischenschicht 96 an der Wandung 95 des Gehäusekörpers 70 abgestützt. Durch die Abstützung des Magnetkerns 66 über die Zwischenschicht 96 am Gehäusekörper 70 auf der dem Magnetanker 68 abgewandten Seite des Magnetkerns 66 wird die Belastung der Verbindung mittels des Verbindungselements 92 zwischen dem Trägerelement 78 und dem Magnetkern 66 beim Anschlagen des Magnetankers 68 zumindest mittelbar am Magnetkern 66 verringert, da ein Teil der auftretenden Kräfte vom Magnetkern 66 über die Zwischenschicht 96 vom

Gehäusekörper 70 aufgenommen wird. Wenn die Zwischenschicht 96 aus elastisch verformbarem Material besteht so kann durch diese der Anschlag des Magnetankers 68 zumindest mittelbar am Magnetkern 66 gedämpft werden, wodurch die Belastung der Bauteile Magnetanker 68, Magnetkern 66, Trägererelement 78 und Verbindungselement 92 verringert wird.

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 befin- det, 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 Mag- netanker 68 durch die Rückstellfeder 82 in der Stellrichtung gemäß Pfeil B in Figur 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 gefördert werden soll so wird die Magnetspule 64 bestromt, so dass der Magnetanker 68 zum Magnetkern 66 hin in einer zur Stellrichtung B entgegengesetzten Stellrichtung 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.