Titel

Elektromagnetisch betätigbares Einlassventil und Kraftstoff- Hochdruckpumpe

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisch betätigbares Einlassventil für eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Das Einlassventil dient der Versorgung der Kraftstoff-Hochdruckpumpe mit Kraftstoff. Ferner betrifft die Erfindung eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe mit einem solchen Einlassventil.

Stand der Technik

Aus der DE 10 2015 220 383 Al ist ein elektromagnetisch ansteuerbares Einlassventil für eine Hochdruckpumpe eines Kraftstoffeinspritzsystems, insbesondere eines Common-Rail-Einspritzsystems, bekannt. Das Einlassventil weist einen in Richtung einer Längsachse hubbeweglichen Magnetanker auf, durch den ein Ventilglied des Einlassventils betätigbar ist. Die Hubbewegung des Magnetankers ist in einer Bewegungsrichtung zur Öffnungsstellung des

Ventilglieds durch ein Anschlagelement begrenzt. Das Anschlagelement ist ringförmig ausgebildet und weist eine Anschlagfläche auf, an der der

Magnetanker mit einer Kontaktfläche zur Anlage kommt. In der

entgegengesetzten Bewegungsrichtung ist die Hubbewegung des Magnetankers durch einen Polkern begrenzt, der ebenfalls ein Anschlagelement bildet. Wenn die Anschlagfläche und die Kontaktfläche groß sind und zwischen diesen eine große Überlappungsfläche vorhanden ist so kann die mechanische Belastung beim Auftreffen des Magnetankers gering gehalten werden. Wenn sich der Magnetanker wieder vom Anschlagelement wegbewegt tritt hierbei jedoch ein sogenanntes hydraulisches Kleben auf, wodurch die Bewegung des

Magnetankers behindert wird. Bei der Bewegung des Magnetankers von der Anschlagfläche weg muss der Zwischenraum zwischen der Kontaktfläche des Magnetankers und der Anschlagfläche mit Flüssigkeit befüllt werden, was infolge der großen Flächen bei dem bekannten Ventil erschwert ist. Hierdurch wird die Funktion des Einlassventils beeinträchtigt, da durch die verzögerte Bewegung des Magnetankers der Zeitpunkt des Schließens und Öffnens des Einlassventils nicht genau bestimmt werden kann und eine Streuung aufweist und das

Einlassventil unter Umständen gar nicht schaltet. Das Öffnen und Schließen des Einlassventils und entsprechend die Bewegung des Magnetankers muss mit hoher Dynamik erfolgen. Die Größe der Anschlagfläche und der Kontaktfläche und deren Überlappungsfläche muss als Kompromiss aus den gegensätzlichen Anforderungen gewählt werden. Aufgrund von Fertigungstoleranzen können bei dem bekannten Einlassventil die Anschlagfläche und die Kontaktfläche und damit deren Überlappungsfläche unterschiedlich groß ausfallen, wodurch die Funktion des Einlassventils beeinträchtigt wird. Die Größe der Überlappungsfläche der Anschlagfläche und der Kontaktfläche soll sich außerdem während des Betriebs nicht verändern um eine zuverlässige Funktion des Einlassventils zu

gewährleisten.

Offenbarung der Erfindung

Das erfindungsgemäße Einlassventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass die Größe der Überlappungsfläche der

Anschlagfläche und Kontaktfläche nur von der Größe der Fläche bestimmt wird, die sich an dem Vorsprung befindet. Dadurch kann die Größe der

Überlappungsfläche exakt bestimmt und die Funktion des Einlassventils verbessert werden. Die Größe der Überlappungsfläche verändert sich während des Betriebs des Einlassventils nicht. Außerdem kann sich der Magnetanker leichter von der Anschlagfläche lösen, da durch den Vorsprung ein Befüllen des Zwischenraums zwischen der Kontaktfläche des Magnetankers und der

Anschlagfläche erleichtert und dadurch der Effekt des hydraulischen Klebens verringert ist.

In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und

Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Einlassventils angegeben. Durch die Ausbildung gemäß Anspruch 5 ist eine ständige Durchströmung des

Magnetankers ermöglicht. Durch die Ausbildung gemäß Anspruch 6 ist sichergestellt, dass sich die Größe der Überlappungsfläche auch bei Verschleiß des Vorsprungs nicht ändert und damit die Funktion des Einlassventils über die Lebensdauer nicht beeinträchtigt wird.

Zeichnung

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend näher erläutert. Es zeigen Figur 1 ausschnittsweise eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe in einem Längsschnitt, Figur 2 in vergrößerter Darstellung einen Ausschnitt II der Figur 1 gemäß einem ersten

Ausführungsbeispiel eines Einlassventils, Figur 3 das Einlassventil gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in einem Querschnitt entlang Linie lll-lll in Figur 2, Figur 4 den Ausschnitt II mit dem Einlassventil gemäß einem zweiten

Ausführungsbeispiel, Figur 5 den Ausschnitt II mit dem Einlassventil gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, Figur 6 und 7 Varianten des Einlassventils gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel und Figur 8 einen Ausschnitt VIII der Figur 1 mit dem Einlassventil gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Figur 1 ist ausschnittsweise eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe dargestellt, die Kraftstoff in einen Hochdruckspeicher fördert. Der Kraftstoff-Hochdruckpumpe wird von einer Vorförderpumpe unter Vorförderdruck stehender Kraftstoff zugeführt. Die Kraftstoff-Hochdruckpumpe weist ein Gehäuseteil 10 in Form eines Zylinderkopfs auf, in dem in einer Zylinderbohrung 12 ein Pumpenkolben 14 geführt ist, der in der Zylinderbohrung 12 einen Pumpenarbeitsraum 16 begrenzt. Der Pumpenkolben 14 wird in einer Hubbewegung angetrieben, beispielsweise durch eine Antriebswelle, die einen Nocken aufweist, an dem der Pumpenkolben 14 beispielsweise über einen Stößel, der als Rollenstößel ausgeführt sein kann, abgestützt ist. Beim Saughub des Pumpenkolbens 14 wird der Pumpenarbeitsraum 16 über ein Einlassventil 18 mit Kraftstoff befüllt und beim Förderhub des Pumpenkolbens 14 wird Kraftstoff über ein Auslassventil 20 in den Hochdruckspeicher verdrängt, wenn das Einlassventil 18 geschlossen ist.

Das Einlassventil 18 ist elektromagnetisch betätigbar und ist in das

Gehäuseteil 10 in der Weise integriert, dass ein kolbenförmiges Ventilglied 22 des Einlassventils 18 in einer im Gehäuseteil 10 ausgebildeten Bohrung 24 hubbeweglich geführt ist. Das Ventilglied 22 des Einlassventils 18 öffnet in den Pumpenarbeitsraum 16. Bei geöffnetem Einlassventil 18 vermag Kraftstoff aus einem im Gehäuseteil 10 gebildeten Niederdruckraum 26 über

Zulaufbohrungen 28 in den Pumpenarbeitsraum 16 zu strömen. In

Schließrichtung ist das Ventilglied 22 von der Federkraft einer Ventilfeder 30 beaufschlagt, so dass die Federkraft der Ventilfeder 30 das Ventilglied 22 in Richtung eines Ventilsitzes 32 zieht. Um das Einlassventil 18 entgegen der Federkraft der Ventilfeder 30 geöffnet zu halten bzw. zu öffnen, ist eine weitere Feder 34 vorgesehen, deren Federkraft größer als die der Ventilfeder 30 ist. Für die Betätigung des Einlassventils 18 ist ein elektromagnetischer Aktor vorgesehen, der einen Magnetanker 36, eine diesen ringförmig umgebende Magnetspule 38 und einen Polkern 40 umfasst. Die weitere Feder 34 ist einerseits am Magnetanker 36 und andererseits am Polkern 40 abgestützt. Wenn die Magnetspule 38 unbestromt ist, so drückt die Feder 34 den Magnetanker 36 zum Ventilglied 22 hin, so dass der Magnetanker 36 zur Anlage am Ventilglied 22 gelangt und das Einlassventil 22 öffnet bzw. geöffnet hält. Wird die

Magnetspule 38 bestromt, bildet sich ein Magnetfeld aus, dessen Magnetkraft den Magnetanker 36 in Richtung des Polkerns 40 bewegt, um einen zwischen dem Polkern 40 und dem Magnetanker 36 ausgebildeten Arbeitsluftspalt 42 zu schließen. Das Ventilglied 22 wird auf diese Weise entlastet, so dass die

Ventilfeder 30 das Ventilglied 22 in den Ventilsitz 32 zu ziehen vermag.

Der den Arbeitsluftspalt 42 begrenzende Polkern 40 bildet einen Endanschlag 44 für den hubbeweglichen Magnetanker 36 aus. Ein weiterer Endanschlag 46 für den Magnetanker 36 wird durch einen Ringbund 48 in einem Ventilkörper 50 oder ein am Ringbund 48 abgestütztes Anschlagelement 52 gebildet. Der Ventilkörper 50 weist eine Bohrung 54 auf, die eine Aufnahme für den

Magnetanker 36 bildet und in der der Magnetanker 36 über seinen Außenmantel in Richtung seiner Längsachse 37 hubbeweglich geführt ist. Das

Anschlagelement 52 wird nachfolgend näher erläutert. Der axiale Abstand zwischen dem Polkern 40 und dem Anschlagelement 52 bestimmt den Hub des Magnetankers 36. Um die Lage des Polkerns 40 zu fixieren, ist der Polkern 40 mittels einer Hülse 56 mit dem Ventilkörper 50 fest verbunden. Die Hülse 56 ist hierzu bevorzugt sowohl mit dem Polkern 40 als auch mit dem Ventilkörper 50 verschweißt.

Der Magnetanker 36 weist eine etwa zylindrische Form auf und in diesem ist zum Polkern 40 hin eine Ausnehmung 58, beispielsweise in Form einer Sackbohrung ausgebildet. In die Ausnehmung 58 ragt die Feder 34 hinein, die sich am Boden der Ausnehmung 58 abstützt. Der Magnetanker 36 weist außerdem wenigstens eine in Richtung von dessen Längsachse 37 verlaufende Durchgangsbohrung 60 auf, wobei vorzugsweise mehrere über den Umfang des Magnetankers 36 verteilte Durchgangsbohrungen 60 vorgesehen sind. Durch die

Durchgangsbohrungen 60 wird eine Verbindung der durch den Magnetanker 36 einerseits zum Polkern 40 hin und andererseits zum Ventilglied 22 hin

begrenzten Räume hergestellt und somit die Hubbewegung des von Kraftstoff umgebenen Magnetankers 36 ermöglicht. Die Durchgangsbohrungen 60 bilden Durchlässe durch den Magnetanker 36.

Das Anschlagelement 52 ist beispielsweise hülsenförmig ausgebildet und weist einen am Ringbund 48 zum Ventilglied 22 hin anliegenden Kragen 62 sowie einen in die Fortsetzung 54a der Bohrung 54 im Bereich des Ringbunds 48 hineinragenden zylinderförmigen Abschnitt 63 auf, der beispielsweise in die Bohrung 54 eingepresst ist. Durch das Anschlagelement 52 tritt der Magnetanker 36 zum Ventilglied 22 hin durch, wobei der Innendurchmesser des

Anschlagelements 52 etwas geringer ist als der Durchmesser der Bohrung 54 im Bereich des Ringbunds 48. Auf der dem Ringbund 50 abgewandten und dem Magnetanker 36 zugewandten Seite weist das Anschlagelement 52 an seinem Kragen 62 eine Anschlagfläche 64 für den Magnetanker 36 auf. Der

Magnetanker 36 weist auf seiner dem Anschlagelement 52 zugewandten Seite eine Kontaktfläche 66 auf, die an der Stirnseite des Magnetankers 36 angeordnet ist, und mit der der Magnetanker 36 an der Anschlagfläche 64 des

Anschlagelements 52 zur Anlage kommt.

Bei einem in den Figuren 2 und 3 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel weist der Magnetanker 36 einen von dessen Stirnseite in Richtung der Längsachse 37 zum Anschlagelement 52 hin vorstehenden ringförmigen Vorsprung 68 auf, auf dessen dem Anschlagelement 52 zugewandter Stirnseite die Kontaktfläche 66 des Magnetankers 36 angeordnet ist. Der Vorsprung 68 und damit die

Kontaktfläche 66 weist in radialer Richtung bezüglich der Längsachse 37 eine geringere Erstreckung auf als die Anschlagfläche 64 des Anschlagelements 52. Der bezüglich der Längsachse 37 radial innere Rand 68a des Vorsprungs 68 und somit der Rand 66a der Kontaktfläche 66 ist in einem größeren Abstand von der Längsachse 37 angeordnet als der radiale innere Rand 64a der Anschlagfläche 64 und der bezüglich der Längsachse 37 radial äußere Rand 68b des

Vorsprungs 68 und somit der Rand 66b der Kontaktfläche 66 ist in einem kleineren Abstand von der Längsachse 37 angeordnet als der radial äußere Rand 64a der Anschlagfläche 64. Die Größe der Überlappungsfläche zwischen der Kontaktfläche 66 des Magnetankers 36 und der Anschlagfläche 64 des Anschlagelements 52 ist einzig durch die Größe der Kontaktfläche 66 bestimmt.

Die Anschlagfläche 64 des Anschlagelements 52 und die Kontaktfläche 66 des Magnetankers 36 sind vorzugsweise zumindest annähernd eben ausgebildet und erstrecken sich zumindest annähernd senkrecht zur Längsachse 37. Der Vorsprung 68 des Magnetankers 36 ist in die Längsachse 37 enthaltenden Schnitten betrachtet zumindest annähernd rechteckförmig ausgebildet. Hierdurch ist sichergestellt, dass sich auch bei einem Verschleiß des Vorsprungs 68 im Betrieb der Pumpe, wenn sich die Höhe des Vorsprungs 68 in Richtung der Längsachse 37 reduziert, die Größe der Kontaktfläche 66 unverändert bleibt.

In Figur 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel des Einlassventils 18 dargestellt, bei dem der grundsätzliche Aufbau gleich ist wie beim ersten

Ausführungsbeispiel jedoch das Anschlagelement 52 einen in Richtung der Längsachse 37 zum Magnetanker 36 hervorstehenden ringförmigen Vorsprung 70 aufweist, an dessen Stirnseite die Anschlagfläche 64 angeordnet ist. Die Kontaktfläche 66 des Magnetankers 36 ist an dessen dem Anschlagelement 52 zugewandter ringförmiger Stirnseite angeordnet. Der bezüglich der Längsachse 37 radial innere Rand 70a des Vorsprungs 70 und damit der Rand 64a der Anschlagfläche 64 ist in einem größeren Abstand von der Längsachse 37 angeordnet als der radiale innere Rand 66a der Kontaktfläche 66 und der bezüglich der Längsachse 37 radial äußere Rand 70b des Vorsprungs 70 und damit der Rand 64b der Anschlagfläche 64 ist in einem kleineren Abstand von der Längsachse 37 angeordnet als der radial äußere Rand 66b der Kontaktfläche 66. Die Größe der Überlappungsfläche zwischen der Kontaktfläche 66 des Magnetankers 36 und der Anschlagfläche 64 des Anschlagelements 52 ist einzig durch die Größe der Anschlagfläche 64 bestimmt.

Die Anschlagfläche 64 des Anschlagelements 52 und die Kontaktfläche 66 des Magnetankers 36 sind vorzugsweise zumindest annähernd eben ausgebildet und erstrecken sich zumindest annähernd senkrecht zur Längsachse 37. Der Vorsprung 68 des Anschlagelements 52 ist in die Längsachse 37 enthaltenden Schnitten betrachtet zumindest annähernd rechteckförmig ausgebildet. Hierdurch ist sichergestellt, dass sich auch bei einem Verschleiß des Vorsprungs 68 im Betrieb der Pumpe, wenn sich die Höhe des Vorsprungs 68 in Richtung der Längsachse 37 reduziert, die Größe der Anschlagfläche 64 unverändert bleibt.

Der Vorsprung 68 am Magnetanker 36 oder der Vorsprung 70 am

Anschlagelement 52 ist vorzugsweise zumindest teilweise außerhalb der Durchgangsbohrungen 60 angeordnet, so dass bei einer Anlage des

Magnetankers 36 mit seiner Kontaktfläche 66 an der Anschlagfläche 64 des Anschlagelements 52 die Durchgangsbohrungen 60 nicht völlig verdeckt sind sondern zumindest teilweise frei bleiben. Der Vorsprung 68 bzw. 70 ist dabei vorzugsweise zumindest teilweise radial außerhalb der Durchgangsbohrungen 60 angeordnet.

In Figur 5 ist das Einlassventil 18 ausschnittsweise gemäß einem dritten

Ausführungsbeispiel dargestellt. Am Anschlagelement 52 ist dabei ein von dessen dem Magnetanker 36 zugewandter Stirnseite in Richtung der

Längsachse 37 abstehender Vorsprung 72 vorgesehen, der sich in radialer Richtung bezüglich der Längsachse 37 ausgehend vom radial inneren Rand des Anschlagelements 52 an dessen Innendurchmesser nach außen erstreckt. Die Anschlagfläche 64 ist am Vorsprung 72 angeordnet, wobei der bezüglich der Längsachse 37 radial äußere Rand 64b der Anschlagfläche 64 in einem geringeren Abstand von der Längsachse 37 angeordnet ist als der radial äußere Rand 66b der Kontaktfläche 66 des Magnetankers 36. Die radiale Erstreckung der Anschlagfläche 64 ist somit geringer als die radiale Erstreckung der

Kontaktfläche 66 des Magnetankers 36. Der Übergang vom radial äußeren Rand des Vorsprungs 72 zum Kragen 62 des Anschlagelements 52 kann wie in Figur 5 dargestellt stufenförmig etwa rechtwinklig sein. Alternativ kann der Übergang vom radial äußeren Rand des Vorsprungs 72 zum Kragen 62 des Anschlagelements 52 auch schräg abfallend verlaufen wie dies in Figur 6 dargestellt ist. Weiterhin alternativ kann der

Übergang vom radial äußeren Rand des Vorsprungs 72 zum Kragen 62 des Anschlagelements 52 auch gerundet sein, beispielsweise konkav gerundet, wie dies in Figur 7 dargestellt ist. Weiterhin alternativ kann der Übergang vom radial äußeren Rand des Vorsprungs 72 zum Kragen 62 des Anschlagelements 52 auch in mehreren Stufen ausgeführt sein.

In Figur 8 ist das Einlassventil 18 ausschnittsweise gemäß einem vierten

Ausführungsbeispiel dargestellt. Beim vierten Ausführungsbeispiel dient der Polkern 40 als Anschlagelement zur Begrenzung der Hubbewegung des

Magnetankers 36. Der Polkern 40 weist einen in Richtung der Längsachse 37 zum Magnetanker 36 hin hervorstehenden ringförmigen Vorsprung 82 auf, an dem die Anschlagfläche 84 angeordnet ist. Der Vorsprung 82 und damit die Anschlagfläche 84 weist in radialer Richtung bezüglich der Längsachse 37 eine geringere Erstreckung auf als die Kontaktfläche 66 des Magnetankers 36, mit der dieser an der Anschalgfläche 84 zur Anlage kommt. Die Ausbildung des

Vorsprungs 82 und der Anschlagfläche 84 kann wie bei einem der vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiele sein. Der Vorsprung 82 kann anstelle am Polkern 40 auch am Magnetanker 36 angeordnet sein. Weiterhin kann zwischen dem Polkern 40 und dem Magnetanker 36 auch ein separates Anschlagelement angeordnet sein.