DE102012222442A1

DE102012222442A1 - Saugventil für eine Hochdruckpumpe sowie Hochdruckpumpe

Info

Publication number: DE102012222442A1
Application number: DE102012222442.4A
Authority: DE
Inventors: Achim Meisiek; Stefan Kolb
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-12-06
Filing date: 2012-12-06
Publication date: 2014-06-26

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Saugventil (1) für eine Hochdruckpumpe eines Kraftstoffeinspritzsystems, insbesondere ein Common-Rail-Einspritzsystem, umfassend einen in einer Axialbohrung (2) einer Ventilplatte (3) hubbeweglich aufgenommenen Ventilkolben (4), der einen tellerförmigen Abschnitt (5) mit einer Dichtfläche (6) besitzt, die mit einem in der Ventilplatte (3) ausgebildeten Ventilsitz (7) zusammenwirkt, ferner umfassend eine Magnetspule (8) zur Einwirkung auf einen mit dem Ventilkolben (4) verbundenen Anker (9). Erfindungsgemäß ist der Ventilkolben (4) mehrteilig ausgeführt und umfasst wenigstens zwei Teile (4.1, 4.2), die über eine Kopplungseinrichtung (10) zumindest zeitweise koppelbar und/oder entkoppelbar sind. Ferner betrifft die Erfindung eine Hochdruckpumpe mit einem solchen Saugventil.

Description

Die Erfindung betrifft ein Saugventil für eine Hochdruckpumpe eines Kraftstoffeinspritzsystems, insbesondere ein Common-Rail-Einspritzsystem, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Hochdruckpumpe mit einem solchen Saugventil.
Stand der Technik
Eine Hochdruckpumpe mit einem Saugventil geht beispielsweise aus der Offenlegungsschrift DE 10 2008 042 617 A1 hervor. Das Saugventil umfasst ein hubbeweglich in einer Axialbohrung einer Ventilplatte aufgenommenes Ventilelement mit einem Ventilteller, an welchem eine mit einem Ventilsitz zusammenwirkende Dichtfläche ausgebildet ist. Der Ventilsitz ist in der Ventilplatte angeordnet. Von der Axialbohrung der Ventilplatte gehen Radialbohrungen ab, über welche dem Saugventil Kraftstoff zuführbar ist. In Offenstellung des Saugventils wird der Kraftstoff über die Radialbohrungen und den Ventilsitz einem Pumpenarbeitsraum zur Förderung auf Hochdruck zugeführt. Während der Kraftstoff auf Hochdruck gefördert wird ist das Saugventil geschlossen. Zum Öffnen des Ventils muss die Federkraft einer unmittelbar an der Ventilplatte und mittelbar über einen Federteller an dem Ventilelement abgestützten Feder überwunden werden.
Eine Hochdruckpumpe mit einem Saugventil ist ferner der Offenlegungsschrift DE 10 2010 027 745 A1 zu entnehmen. Das Saugventil ist als Magnetventil ausgelegt und umfasst einen Magneten mit einer Magnetspule. Über die Magnetspule kann auf einen hubbeweglichen Anker in Form eines Tauchankers eingewirkt werden, der mit einem Ventilstößel des Saugventils verbunden ist. Im stromlosen Zustand des Magneten ist das Saugventil geschlossen. Zum Öffnen des Ventils wird die Magnetspule bestromt, welche eine Magnetkraft erzeugt, die den Tauchanker in Richtung der Magnetspule bewegt. Durch diese Bewegung wird der Ventilstößel entgegen der Federkraft einer den Ventilstößel in Schließrichtung beaufschlagenden Feder aus seinem Dichtsitz gehoben und das Saugventil öffnet.
Darüber hinaus sind als Magnetventile ausgelegte Saugventile bekannt, bei welchen die Magnetkraft das Schließen des Saugventils bewirkt. Bei derartigen Saugventilen besteht regelmäßig die Gefahr, dass die Magnetkraft zusammen mit der Massenträgheit eines ungebremst aufschlagenden Ventilkolbens einen abrasiven Verschleiß an der Dichtfläche des Ventilkolbens bewirkt. Der Verschleiß reduziert die Lebendauer des Saugventils.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Saugventil für eine Hochdruckpumpe eines Kraftstoffeinspritzsystems, insbesondere eines Common-Rail-Einspritzsystems anzugeben, dessen Verschleiß im Bereich seiner Dichtfläche reduziert ist und das demzufolge eine hohe Lebensdauer besitzt.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Saugventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Ferner wird eine Hochdruckpumpe mit einem solchen Saugventil beansprucht.
Offenbarung der Erfindung
Das vorgeschlagene Saugventil umfasst einen in einer Axialbohrung einer Ventilplatte hubbeweglich aufgenommenen Ventilkolben, der einen tellerförmigen Abschnitt mit einer Dichtfläche besitzt, die mit einem in der Ventilplatte ausgebildeten Ventilsitz zusammenwirkt. Ferner umfasst das Saugventil eine Magnetspule zur Einwirkung auf einen mit dem Ventilkolben verbunden Anker. Erfindungsgemäß ist der Ventilkolben mehrteilig ausgeführt und umfasst wenigstens zwei Teile, die über eine Kopplungseinrichtung zumindest zeitweise koppelbar und/oder entkoppelbar sind. Über die Kopplung der beiden Teile ist sichergestellt, dass diese eine gemeinsame Hubbewegung ausführen, während über die Entkopplung der beiden Teile die Masse des hubbeweglichen Ventilkolbens reduziert werden kann. Um den Verschleiß im Bereich der Dichtfläche des Ventilkolbens beim Anschlagen an der Ventilplatte zu verringern, wenn der Ventilkolben zurück in den Ventilsitz gestellt wird, erfolgt vorzugsweise die Entkopplung der beiden Teile während des Schließhubes des Ventilkolbens.
Vorzugsweise ist daher die Kopplung und/oder Entkopplung der zwei Teile des Ventilkolbens abhängig von der Bewegungsrichtung des Ventilkolbens. Während des Öffnens des Ventilkolbens wird durch die Kopplungseinrichtung und/oder eine Mitnehmerfunktion eine Kopplung und während des Schließens – zumindest zweitweise – eine Entkopplung der beiden Teile bewirkt. Die Mitnehmerfunktion kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass an den beiden Teilen und/oder an der Kopplungseinrichtung Anschlagflächen ausgebildet sind, die eine mechanische Kopplung bewirken, wenn der Ventilkolben sich in Öffnungsrichtung bewegt.
Die Kopplungseinrichtung kann am ersten Teil und/oder am zweiten Teil des Ventilkolbens angeordnet sein. Vorzugsweise ist die Kopplungseinrichtung mit wenigstens einem Teil des Ventilkolbens fest verbunden. Die Kopplungseinrichtung kann auch mit beiden Teilen fest verbunden sein, wenn die Kopplungseinrichtung zumindest teilweise elastisch verformbar ausgeführt ist, um einerseits eine Kopplung und andererseits eine Entkopplung der beiden Teile zu ermöglichen.
Weiterhin bevorzugt wird vorgeschlagen, dass das erste Teil den tellerförmigen Abschnitt besitzt und das zweite Teil mit dem Anker verbunden ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Kopplungseinrichtung zur Kopplung und/oder Entkopplung der zwei Teile des Ventilkolbens wenigstens einen Magneten, vorzugsweise einen Permanentmagneten. Über den Magneten kann bzw. können eine Kopplung und/oder eine Entkopplung realisiert werden. Der Magnet ist hierzu bevorzugt zwischen den beiden Teilen des Ventilkolbens angeordnet und mit einem Teil, vorzugsweise dem zweiten Teil, fest verbunden. Dabei bildet eine dem ersten Teil zugewandte Stirnfläche des Magneten eine Trennebene aus.
Während der Kopplung der beiden Teile des Ventilkolbens überträgt der vorzugsweise mit dem zweiten Teil verbundene Magnet die über die Magnetspule bewirkte Magnetkraft bzw. den Hub auf den abkoppelbaren ersten Teil des Ventilkolbens. Dies ist bevorzugt zumindest beim Öffnen des Saugventils der Fall. Beim Schließen des Saugventils kann über den Magneten eine Entkopplung der beiden Teile bewirkt werden, wodurch sich die Masse des Ventilkolbens reduziert. Die Masse des zweiten Teils des Ventilkolbens einschließlich des hiermit verbundenen Ankers und des Magneten hat bzw. haben keinen Einfluss auf die Massenträgheitskräfte mehr, so dass der Verschleiß im Bereich der Dichtfläche des Ventilkolbens beim Anschlagen an die Ventilplatte gemindert wird.
Der Magnet kann am Ventilkolben vormontiert werden, so dass sich die Saugventil-Endmontage vereinfacht. Vorteilhafterweise bilden das zweite Teil des Ventilkolbens, der Anker und der Magnet eine Baugruppe aus.
Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, dass die Kopplungseinrichtung zur Kopplung und/oder Entkopplung der zwei Teile des Ventilkolbens wenigstens ein Federelement umfasst. Vorzugsweise verbindet die Feder die beiden Teile des Ventilkolbens und ist als Zugfeder ausgebildet. Beim Schließen des Saugventils überträgt die Zugfeder die über die Magnetspule bewirkte Magnetkraft bzw. den Hub auf den Ventilkolben und ermöglicht zugleich eine Reduzierung der bewegten Massen. Die Reduzierung der bewegten Massen hat wiederum zur Folge, dass sich der Verschleiß an der Dichtfläche des Ventilkolbens verringert.
Die Feder ist bevorzugt derart ausgelegt, dass sich der Anker frei bewegen kann. Auf diese Weise kann ein zwischen dem Anker und einem Polkörper ausgebildeter Arbeitsluftspalt in Schließstellung des Saugventils minimiert werden. Dadurch wirken höhere Magnetkräfte auf den Ventilkolben, welche die Dichtheit und somit die Funktion des Saugventils optimieren.
Bevorzugt ist der Ventilkolben zur Ausbildung zweier koppelbarer Teile im Bereich eines kolbenförmigen Abschnitts getrennt. Die Trennung ist derart anzuordnen, dass die Masse des ersten Teils möglichst gering ist. Zugleich muss sichergestellt sein, dass der erste Teil des Ventilkolbens weiterhin über den kolbenförmigen Abschnitt in der Axialbohrung der Ventilplatte geführt ist. Die Trennung erfolgt demnach bevorzugt außerhalb der Ventilplatte.
Weiterhin bevorzugt sind zumindest zeitweise die zwei Teile des Ventilkolbens in einem axialen Abstand zueinander angeordnet, der über die Kopplungseinrichtung veränderbar ist. Der axiale Abstand kann auch bei einer Kopplung beider Teile bestehen, wenn beispielsweise der axiale Abstand durch die Kopplungseinrichtung überbrückt wird. Sofern die Kopplungseinrichtung wenigstens eine Feder, vorzugsweise eine Zugfeder, umfasst, wird die Veränderung des axialen Abstands zwischen den beiden Teilen über die Verformung der Feder bewirkt.
Ferner wird vorgeschlagen, dass der Anker in Öffnungsrichtung des Ventilkolbens von der Federkraft einer Feder beaufschlagt ist. Die Federkraft der Feder unterstützt somit das Öffnen des Saugventils. Die Feder ist hierzu bevorzugt einerseits an einem Gehäuseteil des Saugventils und andererseits an dem Anker abgestützt.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Axialbohrung der Ventilplatte als Stufenbohrung ausgeführt ist. Über einen ersten Innendurchmesser der Axialbohrung ist vorzugweise der Ventilkolben hubbeweglich geführt. Ein weiterer Innendurchmesser der Axialbohrung, der größer als der erste Innendurchmesser ist, bildet bevorzugt einen Ventilraum aus.
Vorteilhafterweise mündet in die Axialbohrung wenigstens eine Radialbohrung. Der Mündungsbereich liegt vorzugsweise im Bereich eines vergrößerten Innendurchmessers der Axialbohrung. Die wenigstens eine Radialbohrung dient weiterhin vorzugsweise als Kraftstoffzulauf.
Die ferner zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe vorgeschlagene Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere ein Common-Rail-Einspritzsystem, zeichnet sich dadurch aus, dass sie ein erfindungsgemäßes Saugventil umfasst. Da das erfindungsgemäße Saugventil einen verringerten Verschleiß im Bereich der Dichtfläche des Ventilkolbens besitzt und demzufolge eine hohe Lebensdauer aufweist, kann durch den Einsatz eines erfindungsgemäßen Saugventils ferner die Robustheit der Hochdruckpumpe gesteigert werden. Die vorgeschlagene Hochdruckpumpe weist demnach ebenfalls eine lange Lebensdauer auf.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
1 einen schematischen Längsschnitt durch eine erste bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Saugventils in Offenstellung,
2 einen schematischen Längsschnitt durch das Saugventil der 1, jedoch in Schließstellung,
3 einen schematischen Längsschnitt durch eine zweite bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Saugventils in Offenstellung und
4 einen schematischen Längsschnitt durch das Saugventil der 3, jedoch in Schließstellung.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Das in der 1 in einer Offenstellung dargestellte erfindungsgemäße Saugventil 1 umfasst einen in einer Axialbohrung 2 einer Ventilplatte 3 hubbeweglich geführten Ventilkolben 4, der mehrteilig ausgeführt ist. Zur Ausbildung der mehreren Teile 4.1, 4.2 ist der Ventilkolben 4 im Bereich eines kolbenförmigen Abschnitts 11 getrennt. Zwischen den beiden Teilen 4.1, 4.2 ist ein Permanentmagnet als Kopplungseinrichtung 10 angeordnet, der eine Kopplung der beiden Teile 4.1, 4.2 zumindest während des Öffnungshubes des Ventilkolbens 4 bewirkt.
Das erste Teil 4.1 des Ventilkolbens 4 weist einen tellerförmigen Abschnitt 5 mit einer Dichtfläche 6 auf, welche mit einem Ventilsitz 7 zusammenwirkt, der in der Ventilplatte 3 ausgebildet ist. In dichtender Anlage der Dichtfläche 6 am Ventilsitz 7 ist das Saugventil 1 geschlossen (siehe 2). Um den Ventilkolben 4 aus der in der 1 dargestellten Offenstellung in die Schließstellung zu bewegen, wird eine Magnetspule 8 bestromt, deren Magnetkraft auf einen mit dem Ventilkolben 4 verbundenen Anker 9 in der Weise wirkt, dass der Anker 9 einschließlich des Ventilkolbens 4 entgegen der Federkraft einer Feder 12 in Richtung der Magnetspule 8 gezogen werden (siehe Pfeile). Beim Schließen des Saugventils 1 ermöglicht der Permanentmagnet eine Entkopplung der beiden Teile 4.1, 4.2 des Ventilkolbens 4, so dass die Masse des abgekoppelten zweiten Teils 4.2 einschließlich der Masse des Ankers 9 und des Permanentmagneten keinen Einfluss auf die Massenträgheitskräfte hat, wenn der Ventilkolben 4 mit seiner Dichtfläche 6 an der Ventilplatte 3 anschlägt. Auf diese Weise wird der Verschleiß im Bereich der Dichtfläche 6 des Ventilkolbens 4 reduziert (siehe 2).
In dichtender Anlage am Ventilsitz 7 verschließt der Ventilkolben 4 einen Ventilraum 17, der über die Axialbohrung 2 im Bereich eines vergrößerten Innendurchmessers ausgebildet wird. In den Ventilraum 17 mündet wenigstens eine Radialbohrung 13, über welche dem Ventilraum 17 Kraftstoff zugeführt wird. In Offenstellung des Saugventils 1 verlässt der Kraftstoff den Ventilraum 17 über den Ventilsitz 7 und gelangt in einen Pumpenarbeitsraum 14 einer Hochdruckpumpe, in welcher das Saugventil 1 integriert ist. Der Pumpenarbeitsraum 14 wird von der Stirnfläche eines Pumpenkolbens 15 der Hochdruckpumpe begrenzt, so dass im Förderhub des Pumpenkolbens 15 der im Pumpenarbeitsraum 14 vorhandene Kraftstoff auf Hochdruck gefördert wird. Über eine Hochdruckauslassbohrung 16 wird der auf Hochdruck geförderte Kraftstoff einem Kraftstoffspeicher (nicht dargestellt) zugeführt.
Den 3 und 4 ist eine alternative Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Saugventils 1 zu entnehmen. Dieses unterscheidet sich von dem der 1 und 2 lediglich dadurch, dass eine Zugfeder als Kopplungseinrichtung 10 vorgesehen ist, welche einerseits eine Kopplung und andererseits eine Entkopplung der beiden Teile 4.1, 4.2 des Ventilkolbens 4 ermöglicht. Die Entkopplung wird zur Verringerung des Verschleißes im Bereich der Dichtfläche 6 des Ventilkolbens 4 während des Schließhubes des Ventilkolbens 4 bewirkt (siehe 4). Denn durch die Entkopplung werden die gegen die Ventilplatte 3 anschlagenden Massen reduziert. Während des Öffnungshubes des Ventilkolbens 4 werden die beiden Teile 4.1, 4.2 des Ventilkolbens 4 mechanisch über an den Teilen 4.1, 4.2 ausgebildete Anschlagflächen gekoppelt. Die Feder verhindert eine mechanische Kopplung nicht, da diese außenumfangseitig in Bezug auf den kolbenförmigen Abschnitt 11 des Ventilkolbens 4 angeordnet ist.
Neben den dargestellten bevorzugten Ausführungsformen kann der grundlegende Erfindungsgedanke durch eine Vielzahl anderer konstruktiver Lösungen realisiert werden. Die vorliegende Erfindung ist demnach nicht auf die dargestellten Ausgestaltungen beschränkt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102008042617 A1 [0002]
DE 102010027745 A1 [0003]

Claims

Saugventil (1) für eine Hochdruckpumpe eines Kraftstoffeinspritzsystems, insbesondere ein Common-Rail-Einspritzsystem, umfassend einen in einer Axialbohrung (2) einer Ventilplatte (3) hubbeweglich aufgenommenen Ventilkolben (4), der einen tellerförmigen Abschnitt (5) mit einer Dichtfläche (6) besitzt, die mit einem in der Ventilplatte (3) ausgebildeten Ventilsitz (7) zusammenwirkt, ferner umfassend eine Magnetspule (8) zur Einwirkung auf einen mit dem Ventilkolben (4) verbunden Anker (9), dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkolben (4) mehrteilig ausgeführt ist und wenigstens zwei Teile (4.1, 4.2) umfasst, die über eine Kopplungseinrichtung (10) zumindest zeitweise koppelbar und/oder entkoppelbar sind.
Saugventil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplung und/oder Entkopplung der zwei Teile (4.1, 4.2) des Ventilkolbens (4) abhängig von der Bewegungsrichtung des Ventilkolbens (4) ist.
Saugventil (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungseinrichtung (10) am ersten Teil (4.1) und/oder am zweiten Teil (4.2) des Ventilkolbens (4) angeordnet ist, wobei vorzugsweise das erste Teil (4.1) den tellerförmigen Abschnitt (5) besitzt und das zweite Teil (4.2) mit dem Anker (9) verbunden ist.
Saugventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungseinrichtung (10) zur Kopplung und/oder Entkopplung der zwei Teile (4.1, 4.2) des Ventilkolbens (4) wenigstens einen Magneten, vorzugsweise einen Permanentmagneten, und/oder ein Federelement umfasst.
Saugventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung zweier koppelbarer Teile (4.1, 4.2) der Ventilkolben (4) im Bereich eines kolbenförmigen Abschnitts (11) getrennt ist.
Saugventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zeitweise die zwei Teile (4.1, 4.2) des Ventilkolbens (4) in einem axialen Abstand zueinander angeordnet sind, der über die Kopplungseinrichtung (10) veränderbar ist.
Saugventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (9) in Öffnungsrichtung des Ventilkolbens (4) von der Federkraft einer Feder (12) beaufschlagt ist.
Saugventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Axialbohrung (2) der Ventilplatte (3) als Stufenbohrung ausgeführt ist und/oder wenigstens eine Radialbohrung (13) in die Axialbohrung (2) mündet.
Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere ein Common-Rail-Einspritzsystem, mit einem Saugventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche.