DE102013211173A1 - Electromagnetically controllable suction valve - Google Patents

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Friedrich Boecking
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisch ansteuerbares Saugventil (1) für eine Hochdruckpumpe eines Kraftstoffeinspritzsystems, insbesondere eines Common-Rail-Einspritzsystems, umfassend eine Magnetspule (2) sowie einen mit der Magnetspule (2) zusammenwirkenden hubbeweglichen Anker (3) zur Betätigung eines mit dem Anker (3) zumindest zeitweise gekoppelten Ventilstößels (4), der in einem Ventilkörper (5) hubbeweglich aufgenommen ist. Erfindungsgemäß ist der Ventilstößel (4) in Öffnungsrichtung unmittelbar oder mittelbar von der Federkraft einer Feder (6) beaufschlagt. Ferner Erfindungsgemäß ist ein Anschlag (7) zur Begrenzung des Hubes des Ankers (3) in Schließrichtung und zur Entkoppelung des Ventilstößels (4) vom Anker (3) vorgesehen, so dass auf den Ventilstößel (4) wirkende hydraulische Kräfte das vollständige Schließen des Saugventils (1) in der Förderphase der Hochduckpumpe bewirken. Ferner betrifft die Erfindung eine Hochdruckpumpe mit einem solchen Saugventil sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Hochdruckpumpe.The invention relates to an electromagnetically controllable suction valve (1) for a high pressure pump of a fuel injection system, in particular a common rail injection system, comprising a magnet coil (2) and an armature armature (3) which interacts with the magnet coil (2) and which actuates a armature (3) (3) at least temporarily coupled valve tappet (4), which is accommodated in a valve body (5) so that it can move. According to the invention, the valve lifter (4) is acted upon directly or indirectly by the spring force of a spring (6) in the opening direction. According to the invention, a stop (7) for limiting the stroke of the armature (3) in the closing direction and for decoupling the valve tappet (4) from the armature (3) is provided, so that hydraulic forces acting on the valve tappet (4) cause the suction valve to close completely (1) in the delivery phase of the high pressure pump. Furthermore, the invention relates to a high pressure pump with such a suction valve and a method for operating such a high pressure pump.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisch ansteuerbares 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 mit einem solchen Saugventil sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Hochdruckpumpe.The invention relates to an electromagnetically controllable suction valve for a high pressure pump of a fuel injection system, in particular a common rail injection system, with the features of the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a high pressure pump with such a suction valve and a method for operating such a high pressure pump.

Stand der TechnikState of the art

Eine Hochdruckpumpe mit einem elektromagnetisch ansteuerbaren Saugventil geht beispielhaft aus der Offenlegungsschrift DE 10 2010 041 031 A1 hervor. Die Hochdruckpumpe umfasst ein Pumpengehäuse und einen Pumpenzylinder, der von einem Zylinderkopf unter Bildung eines Arbeitsraums abgedeckt ist. In dem Pumpenzylinder ist ein auf und ab beweglicher Pumpenkolben aufgenommen. Der Arbeitsraum ist über ein elektromagnetisch betätigbares Saugventil und eine Niederdruckpumpe mit einem Kraftstofftank verschaltet und über ein Rückschlagventil mit einem Hochdruckspeicher verbindbar. Zur Funktions- und Kostenoptimierung ist das Saugventil im Arbeitsraum angeordnet. Das Saugventil umfasst ein kugelförmiges Schließelement und einen am Schließelement anliegenden Betätigungsbolzen, der an seinem dem Schließelement abgewandten Ende mit einem Anker verbunden ist. Bei Bestromung einer Magnetspule eines Elektromagneten werden der Anker und der Betätigungsbolzen in Richtung des Arbeitsraums bewegt, wobei der Betätigungsbolzen das Schließelement aus seinem Sitz drückt. Das Saugventil öffnet und der Arbeitraum wird mit Kraftstoff befüllt. Bei Beendigung der Bestromung der Magnetspule wird das kugelförmige Schließelement über die Federkraft einer im Arbeitraum angeordneten Feder zurück in den Sitz gedrückt. Das Ventil schließt. Das Saugventil ist demnach als stromlos geschlossenes Ventil ausgebildet.A high-pressure pump with an electromagnetically controllable suction valve is an example of the published patent application DE 10 2010 041 031 A1 out. The high-pressure pump comprises a pump housing and a pump cylinder, which is covered by a cylinder head to form a working space. In the pump cylinder, a pump piston which is movable up and down is accommodated. The working space is connected via an electromagnetically operated suction valve and a low-pressure pump with a fuel tank and connected via a check valve with a high-pressure accumulator. For functional and cost optimization, the suction valve is arranged in the working area. The suction valve comprises a spherical closing element and an actuating pin lying on the closing element, which is connected at its end remote from the closing element with an armature. When a magnet coil of an electromagnet is energized, the armature and the actuating pin are moved in the direction of the working space, wherein the actuating pin presses the closing element out of its seat. The suction valve opens and the working space is filled with fuel. Upon completion of the energization of the solenoid coil, the spherical closure member is pressed back into the seat via the spring force of a spring arranged in the working space. The valve closes. The suction valve is therefore designed as a normally closed valve.

Darüber hinaus kann ein elektromagnetisch ansteuerbares Saugventil für eine Hochdruckpumpe als stromlos offenes Ventil ausgebildet sein. In diesem Fall wird das Schließelement von der Federkraft einer Feder in Öffnungsrichtung beaufschlagt. Dies hat jedoch zur Folge, dass in Betriebspunkten mit keiner oder nur geringer Kraftstoffförderung die Magnetspule bestromt werden muss, um das Ventil geschlossen zu halten. Dies führt zu einem erhöhten Energiebedarf.In addition, an electromagnetically controllable suction valve for a high-pressure pump can be designed as a normally open valve. In this case, the closing element is acted upon by the spring force of a spring in the opening direction. However, this has the consequence that in operating points with little or no fuel delivery, the solenoid must be energized to keep the valve closed. This leads to an increased energy requirement.

Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein elektromagnetisch ansteuerbares Saugventil für eine Hochdruckpumpe anzugeben, das einen verringerten Energiebedarf besitzt.Based on the above-mentioned prior art, the present invention seeks to provide an electromagnetically controllable suction valve for a high-pressure pump, which has a reduced energy requirement.

Zur Lösung der Aufgabe wird ein elektromagnetisch ansteuerbares Saugventil für eine Hochdruckpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Ferner werden eine Hochdruckpumpe mit einem solchen Saugventil sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Hochdruckpumpe vorgeschlagen.To solve the problem, an electromagnetically controllable suction valve for a high pressure pump with the features of claim 1 is proposed. Advantageous developments of the invention are specified in the subclaims. Furthermore, a high pressure pump with such a suction valve and a method for operating such a high pressure pump are proposed.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Das für eine Hochdruckpumpe eines Kraftstoffeinspritzsystems, insbesondere eines Common-Rail-Einspritzsystems, vorgeschlagene elektromagnetisch ansteuerbare Saugventil umfasst eine Magnetspule sowie einen mit der Magnetspule zusammenwirkenden hubbeweglichen Anker zur Betätigung eines mit dem Anker zumindest zeitweise gekoppelten Ventilstößels, der in einem Ventilkörper hubbeweglich aufgenommen ist. Erfindungsgemäß ist der Ventilstößel in Öffnungsrichtung unmittelbar oder mittelbar von der Federkraft einer Feder beaufschlagt. Ferner erfindungsgemäß ist ein Anschlag zur Begrenzung des Hubes des Ankers in Schließrichtung und zur Entkoppelung des Ventilstößels vom Anker vorgesehen, so dass auf den Ventilstößel wirkende hydraulische Kräfte das vollständige Schließen des Saugventils in der Förderphase der Hochduckpumpe bewirken. Das Schließen des Saugventils wird demnach in einer ersten Phase mittels der Magnetspule und des Ankers bewirkt, indem die Magnetspule bestromt wird und das Magnetfeld den Anker in Richtung der Magnetspule zieht. In dieser Phase sind der Anker und der Ventilstößel gekoppelt, so dass der Anker den Ventilstößel mitnimmt. In einer zweiten Phase des Schließvorgangs, die mit Anschlagen des Ankers am Anschlag beginnt, ist die Kopplung aufgehoben und der Ventilstößel führt einen Freihub aus, der durch die herrschenden hydraulischen Druckverhältnisse bewirkt wird. Die Bestromung der Magnetspule kann somit vor dem vollständigen Schließen des Saugventils bereits beendet werden, wodurch der Energiebedarf sinkt. Die zum vollständigen Schließen erforderlichen hydraulischen Druckverhältnisse stellen sich dann ein, wenn stromabwärts des Saugventils Druck aufgebaut wird, d. h. wenn die Hochdruckpumpe in den Förderbetrieb umschaltet. Der Ventilstößel hat dann bereits eine Lage erreicht, in der eine Drosselung im Bereich eines Ventilsitzes des Saugventils bewirkt wird, so dass eine Druckstufe ausgebildet wird, die zur Folge hat, dass der in Schließrichtung des Saugventils am Ventilstößel anliegende Druck deutlich größer als in Öffnungsrichtung ist und eine Schließkraft bewirkt, welche die in Öffnungsrichtung auf den Ventilstößel wirkende Federkraft zu überwinden vermag. Das Saugventil schließt. Das Schließen des Saugventils im Förderbetrieb der Hochdruckpumpe führt zu einer optimalen Befüllung der Hochdruckpumpe mit Kraftstoff, so dass hierin ein weiterer Vorteil der Erfindung zu sehen ist.The electromagnetically controllable suction valve proposed for a high-pressure pump of a fuel injection system, in particular a common-rail injection system, comprises a magnet coil and a lifting armature cooperating with the magnet coil for actuating a valve tappet at least temporarily coupled to the armature, which is received in a liftable manner in a valve body. According to the invention, the valve stem is acted upon in the opening direction directly or indirectly by the spring force of a spring. Furthermore, according to the invention, a stop for limiting the stroke of the armature in the closing direction and for decoupling the valve stem from the armature is provided, so that acting on the valve stem hydraulic forces cause the complete closing of the suction valve in the delivery phase of the high pressure pump. The closing of the suction valve is thus effected in a first phase by means of the magnetic coil and the armature by the magnetic coil is energized and the magnetic field pulls the armature in the direction of the magnetic coil. In this phase, the armature and the valve lifter are coupled so that the armature entrains the valve lifter. In a second phase of the closing operation, which begins with the anchor striking the stop, the coupling is released and the valve stem executes a free stroke caused by the prevailing hydraulic pressure conditions. The energization of the solenoid can thus be completed before the complete closing of the suction valve, whereby the energy requirement decreases. The hydraulic pressure ratios required for complete closing are set when pressure is built up downstream of the suction valve, ie when the high-pressure pump switches over to the conveying mode. The valve stem has then already reached a position in which a throttling in the region of a valve seat of the suction valve is effected, so that a pressure stage is formed, which has the consequence that in the closing direction of the suction valve on the valve stem pressure is significantly greater than in the opening direction and causes a closing force which is able to overcome the force acting in the opening direction on the valve stem spring force. The suction valve closes. The closing of the suction valve in the delivery mode of the high pressure pump leads to an optimal filling of the high pressure pump with fuel, so that this is another advantage of the invention.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die zeitweise Kopplung des Ventilstößels mit dem Anker mechanisch über Anschlagflächen bewirkt, die am Anker und am Ventilstößel ausgebildet sind und eine Mitnehmerfunktion realisieren. Der Anker und der Ventilstößel sind hierzu bevorzugt koaxial zueinander angeordnet und weisen jeweils eine radial verlaufende Fläche als Anschlagfläche auf. Vorzugsweise durchsetzt der Ventilstößel den Anker und weist an seinem Ende einen Ringkörper zur Ausbildung einer radial verlaufenden Fläche auf. Der Ringkörper kann mit einer radial verlaufenden Stirnfläche des Ankers zusammenwirken, welche den Ringkörper hintergreift. Auf diese Weise wird eine Mitnehmerfunktion realisiert, die nicht nur in Schließrichtung, sondern auch in Öffnungsrichtung wirkt. Während in Schließrichtung der Anker den Ventilstößel über einen Teilhub des Ventilstößels mitnimmt, verhält es sich beim Öffnen des Saugventils umgekehrt. Denn dann drückt die Federkraft der den Ventilstößel in Öffnungsrichtung beaufschlagenden Feder den Ventilstößel aus seinem Sitz, wobei der Ventilstößel – nach Durchlaufen des Freihubesam Anker anschlägt und dessen Rückstellung in die Ausgangslage bewirkt.According to a preferred embodiment of the invention, the temporary coupling of the valve stem with the armature is effected mechanically via stop surfaces, which are formed on the armature and the valve stem and realize a driving function. For this purpose, the armature and the valve tappet are preferably arranged coaxially to each other and each have a radially extending surface as a stop surface. Preferably, the valve stem passes through the armature and has at its end an annular body for forming a radially extending surface. The annular body can cooperate with a radially extending end face of the armature, which engages behind the annular body. In this way, a driver function is realized, which acts not only in the closing direction, but also in the opening direction. While in the closing direction, the armature entrains the valve tappet over a partial stroke of the valve tappet, it behaves vice versa when opening the suction valve. Because then presses the spring force of the valve stem in the opening direction acting spring the valve stem from its seat, the valve stem - after passing through the free stroke abuts the armature and causes its return to the starting position.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Anker als Tauchanker ausgebildet. Der Anker ist dann vorzugsweise hülsenförmig ausgestaltet und umgibt den Ventilstößel in einem Umfangsbereich. Auf diese Weise wird eine in axialer Richtung kompakt bauende Anordnung erreicht.According to a further preferred embodiment of the invention, the armature is designed as a plunger anchor. The anchor is then preferably designed sleeve-shaped and surrounds the valve stem in a peripheral region. In this way, a compact construction in the axial direction is achieved.

Gemäß einer alternativen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Anker als Flachanker ausgebildet. In diesem Fall ist er plattenförmig ausgestaltet und besitzt vorzugsweise eine zentrale Ausnehmung, durch welche der Ventilstößel hindurch geführt ist.According to an alternative preferred embodiment of the invention, the armature is designed as a flat armature. In this case, it is designed plate-shaped and preferably has a central recess through which the valve stem is guided.

Unabhängig von der konkreten Ausgestaltung des Ankers ist weiterhin bevorzugt der Anschlag an einem die Magnetspule umgebenden Magnetkern ausgebildet. Sofern der Anker als Tauchanker ausgebildet ist, greift vorzugsweise der Magnetkern in einen zwischen der Magnetspule und dem Anker verbleibenden Ringraum ein, wobei die axiale Erstreckung des Magnetkerns größer als der Hub des Ankers gewählt ist. Endseitig kann der Magnetkern einen radial verlaufenden Absatz zur Ausbildung des Anschlages aufweisen. Der Magnetkern kann auf diese Weise zugleich der Führung des Ankers und/oder des Ventilstößels dienen. Sofern der Anker als Flachanker ausgebildet ist, weist der Magnetkern bevorzugt eine ringförmige Ausnehmung auf, in welcher die Magnetspule eingesetzt ist. Der Anschlag wird in diesem Fall bevorzugt von einer dem Anker zugewandten Stirnfläche des Magnetkerns ausgebildet. Zur genauen Einstellung des Ankerhubes kann zwischen dem Magnetkern und dem Anker eine Restluftspaltscheibe angeordnet sein.Regardless of the specific embodiment of the armature, the stop is preferably also formed on a magnetic core surrounding the magnetic coil. If the armature is designed as a plunger armature, preferably the magnetic core engages in an annular space remaining between the magnet coil and the armature, wherein the axial extent of the magnet core is selected to be greater than the stroke of the armature. End side of the magnetic core may have a radially extending shoulder to form the stop. The magnetic core can serve in this way at the same time the leadership of the armature and / or the valve lifter. If the armature is designed as a flat armature, the magnetic core preferably has an annular recess in which the magnetic coil is inserted. The stop is preferably formed in this case by an armature facing the end face of the magnetic core. For precise adjustment of the armature stroke, a residual air gap disk can be arranged between the magnetic core and the armature.

In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Anker in Richtung des Anschlages von der Federkraft einer Feder beaufschlagt ist. Die Feder unterstützt den Hub des Ankers und hält den Anker während der zweiten Phase des Schließvorgangs in Anlage mit dem Anschlag, wenn die Bestromung der Magnetspule beendet wird. Dadurch ist das vollständige Schließen des Saugventils sichergestellt. Die Feder ist hierzu bevorzugt einerseits am Anker und andererseits am Ventilkörper abgestützt.In development of the invention it is proposed that the armature is acted upon in the direction of the stop by the spring force of a spring. The spring supports the stroke of the armature and holds the armature in abutment with the stopper during the second phase of closing, when energization of the solenoid is stopped. This ensures the complete closing of the suction valve. For this purpose, the spring is preferably supported on the armature on the one hand and on the valve body on the other hand.

Um die Rückstellung des Ankers in die Ausgangslage beim Öffnen des Saugventils sicherzustellen, ist vorzugsweise die Federkraft der den Anker in Schließrichtung beaufschlagenden Feder kleiner als die Federkraft der den Ventilstößel in Öffnungsrichtung beaufschlagenden Feder gewählt.In order to ensure the provision of the armature in the starting position when opening the suction valve, preferably the spring force of the armature acting in the closing direction is chosen to be smaller than the spring force of the spring acting on the valve tappet in the opening direction.

Die zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe ferner angegebene Hochdruckpumpe weist ein erfindungsgemäßes Saugventil zur Verbindung eines Pumpenarbeitsraums der Hochdruckpumpe mit einem Kraftstoffzulauf auf. Bevorzugt ist das Saugventil derart in die Hochdruckpumpe integriert oder an diese angebaut, dass der Ventilkörper des Saugventils den Pumpenarbeitsraum begrenzt und das Saugventil in den Pumpenarbeitsraum öffnet. Auf diese Weise kann der sich im Förderbetrieb der Hochdruckpumpe im Pumpenarbeitsraum einstellende Druckanstieg als hydraulische Schließkraft genutzt werden, welche in der zweiten Phase des Schließvorgangs das vollständige Schließen des Saugventils bewirkt. Vorteilhafterweise entspricht dabei die Bewegungsrichtung des Ventilstößels der Bewegungsrichtung eines den Pumpenarbeitsraum begrenzenden Pumpenkolbens. Des Weiteren bevorzugt sind der Ventilstößel des Saugventils und der Pumpenkolben der Hochdruckpumpe koaxial angeordnet.The high-pressure pump further specified for achieving the object mentioned above has an inventive suction valve for connecting a pump working chamber of the high-pressure pump with a fuel inlet. Preferably, the suction valve is integrated into the high pressure pump or attached to this, that the valve body of the suction valve limits the pump working space and opens the suction valve in the pump working space. In this way, the pressure increase occurring in the pumping operation of the high-pressure pump in the pump working space can be used as a hydraulic closing force, which in the second phase of the closing operation causes the complete closing of the suction valve. Advantageously, the direction of movement of the valve tappet corresponds to the direction of movement of a pump piston defining the pump working space. Further preferably, the valve stem of the suction valve and the pump piston of the high-pressure pump are arranged coaxially.

Darüber hinaus wird ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Hochdruckpumpe vorgeschlagen. Bei diesem Verfahren wird nach dem Befüllen des Pumpenarbeitsraums mit Kraftstoff das Schließen des Saugventils in einer ersten Phase elektromagnetisch und in einer zweiten Phase hydraulisch bewirkt. In der zweiten Phase kann die Bestromung der Magnetspule beendet werden, so dass der Energiebedarf gesenkt wird.In addition, a method for operating such a high-pressure pump is proposed. In this method, after filling the pump working space with fuel, the closing of the suction valve is effected electromagnetically in a first phase and hydraulically in a second phase. In the second phase, the energization of the solenoid can be stopped, so that the energy consumption is lowered.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird in der ersten Phase die Magnetspule des Saugventils bestromt, so dass der Anker und der mit dem Anker gekoppelte Ventilstößel in Richtung der Magnetspule gezogen werden. Der Hub des Ankers wird dabei durch den Anschlag begrenzt, so dass mit Erreichen des Anschlages die Kopplung des Ventilstößels mit dem Anker aufgehoben und die zweite Phase eingeleitet wird. In der zweiten Phase wird die Bestromung der Magnetspule beendet und das vollständige Schließen des Saugventils wird über den hydraulischen Druck im Pumpenarbeitsraum im Förderbetrieb der Hochdruckpumpe bewirkt. Durch das Schließen des Saugventils im Förderbetrieb ist zugleich eine optimale Befüllung des Pumpenarbeitsraumes mit Kraftstoff gewährleistet.In a preferred embodiment of the method, the magnetic coil of the suction valve is energized in the first phase, so that the armature and the valve tappet coupled to the armature are pulled in the direction of the magnetic coil. The stroke of the anchor is limited by the stop, so that when the stop the coupling of the valve stem with the anchor canceled and the second phase is initiated. In the second phase, the energization of the solenoid is stopped and the complete closing of the suction valve is effected via the hydraulic pressure in the pump working chamber in the conveying operation of the high-pressure pump. By closing the suction valve in the conveying operation, an optimal filling of the pump working chamber with fuel is ensured at the same time.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Diese zeigen:Preferred embodiments of the invention are described below with reference to the accompanying drawings. These show:

1 einen schematischen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Saugventil gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform, 1 a schematic longitudinal section through an inventive suction valve according to a first preferred embodiment,

2 einen schematischen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Saugventil gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform und 2 a schematic longitudinal section through an inventive suction valve according to a second preferred embodiment and

3 ein Diagramm zur Darstellung der Funktionsweise eines erfindungsgemäßen Saugventils. 3 a diagram illustrating the operation of a suction valve according to the invention.

Ausführliche Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings

Das in der 1 dargestellte, in ein Gehäuseteil 18 einer Hochdruckpumpe eingesetzte Saugventil 1 weist einen plattenförmigen Ventilkörper 5 mit einer Axialbohrung auf, in welcher ein Ventilstößel 4 hubbeweglich aufgenommen ist. Der Ventilkörper 5 begrenzt einen im Gehäuseteil 18 ausgebildeten Pumpenarbeitsraum 11 der Hochdruckpumpe. In Offenstellung des Saugventils 1 (1) ist eine Verbindung des Pumpenarbeitsraums 11 mit einem Kraftstoffzulauf 12 hergestellt, so dass dieser mit Kraftstoff befüllt wird. Im Förderbetrieb der Hochdruckpumpe wird der im Pumpenarbeitsraum 11 vorhandene Kraftstoff auf Hochdruck verdichtet und über ein Hochdruckventil (nicht dargestellt) einem Hochdruckspeicher (nicht dargestellt) zugeführt. Um den Kraftstoff auf Hochdruck zu fördern, muss das Saugventil 1 geschlossen, d. h. die Verbindung zum Kraftstoffzulauf 12 gesperrt sein. Hierzu ist am Ventilstößel 4 eine Dichtkontur 14 ausgebildet, die mit einem Ventilsitz 13 des Ventilkörpers 5 dichtend zusammenwirkt.That in the 1 shown, in a housing part 18 a suction valve used in a high-pressure pump 1 has a plate-shaped valve body 5 with an axial bore, in which a valve tappet 4 Hubbeweglich is added. The valve body 5 limits one in the housing part 18 trained pump work space 11 the high pressure pump. In open position of the suction valve 1 ( 1 ) is a connection of the pump working space 11 with a fuel feed 12 made so that it is filled with fuel. In the delivery mode of the high-pressure pump, the one in the pump working chamber 11 existing fuel compressed to high pressure and via a high pressure valve (not shown) to a high-pressure accumulator (not shown) supplied. To boost the fuel to high pressure, the suction valve must 1 closed, ie the connection to the fuel inlet 12 be locked. This is the valve tappet 4 a sealing contour 14 formed with a valve seat 13 of the valve body 5 cooperates sealingly.

In Öffnungsrichtung ist der Ventilstößel 4 von der Federkraft einer Feder 6 beaufschlagt, welche es zum Schließen des Ventils zu überwinden gilt. Hierzu weist das Saugventil 1 eine Magnetspule 2 auf, welche mit einem vorliegend als Tauchanker ausgebildeten Anker 3 zusammenwirkt. Der Anker 3 ist zeitweise mit dem Ventilstößel 4 koppelbar, so dass der Hub des Ankers 3 während der Kopplung einen Hub des Ventilstößels 4 bewirkt, wenn die Magnetspule 2 bestromt wird und das dadurch aufgebaute Magnetfeld den Anker 3 in Richtung der Magnetspule 2 zieht. Zur Bestromung ist die Magnetspule 2 mit einem elektrischen Anschluss 15 versehen, der durch eine Verschlussschraube 19 hindurch geführt ist, mittels welcher das Saugventil 1 im Gehäuseteil 18 der Hochdruckpumpe gehalten ist. Die Kopplung des Ventilstößels 4 mit dem Anker 3 wird über Anschlagflächen 8, 8', d. h. mechanisch bewirkt. Zur Ausbildung der Anschlagfläche 8 weist der Ventilstößel 4 an seinem dem Ventilsitz 13 abgewandten Ende einen Ringkörper auf, welcher zeitweise in Anlage mit einer als Anschlagfläche 8' dienenden Stirnfläche des Ankers 3 gelangt. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn die Federkraft der Feder 6 den Ventilstößel 4 in Offenstellung hält.In the opening direction is the valve tappet 4 from the spring force of a spring 6 acted on which it is necessary to overcome to close the valve. For this purpose, the suction valve 1 a magnetic coil 2 on, which with a present designed as a plunger anchor 3 interacts. The anchor 3 is temporarily with the valve lifter 4 coupled, so that the stroke of the anchor 3 during the coupling a stroke of the valve stem 4 causes when the solenoid coil 2 is energized and the magnetic field built up by the anchor 3 in the direction of the magnetic coil 2 draws. For energizing the solenoid is 2 with an electrical connection 15 provided by a screw plug 19 passed through, by means of which the suction valve 1 in the housing part 18 the high-pressure pump is held. The coupling of the valve tappet 4 with the anchor 3 is over stop surfaces 8th . 8th' , ie mechanically effected. To form the stop surface 8th points the valve lifter 4 at his the valve seat 13 facing away from a ring body, which at times in contact with a stop surface 8th' serving end face of the anchor 3 arrives. This is the case, for example, when the spring force of the spring 6 the valve lifter 4 in open position.

Wird zum Schließen des Saugventils 1 die Magnetspule 2 bestromt, bewegt sich der Anker 3 in Richtung der Magnetspule 2 und nimmt dabei den Ventilstößel 4 mit. Der Hub des Ankers 3 wird vorliegend jedoch durch einen Anschlag 7 begrenzt, der an einem Magnetkern 9 ausgebildet ist, der zwischen der Magnetspule 2 und dem Anker 3 angeordnet ist. Mit Erreichen des Anschlages 7, d. h. nach einem Hub h1 des Ankers 3, wird die Kopplung des Ventilstößels 4 mit dem Anker 3 aufgehoben. Der anschließende Freihub des Ventilstößels 4, um das vollständige Schließen des Saugventils 1 sicherzustellen, wird vorliegend hydraulisch bewirkt. Der Hub h2 des Ventilstößels 4 ist somit größer als der Hub h1 des Ankers 3. Mit Erreichen des Anschlages 7 haben der Anker 3 und der Ventilstößel 4 eine Lage erreicht, welche eine Drosselung und damit die Ausbildung einer Druckstufe im Bereich des Ventilsitzes 13 zur Folge hat. Im Förderbetrieb der Hochdruckpumpe bewirken der Druckanstieg im Pumpenarbeitsraum 11 und die Druckstufe, dass auf den Ventilstößel eine hydraulische Schließkraft wirkt, welche die Federkraft der Feder 6 zu überwinden vermag. Das Saugventil 1 schließt vollständig und dichtet den Pumpenarbeitsraum 11 gegenüber dem Kraftstoffzulauf 12 ab. Während des Freihubes des Ventilstößels 4 wird der Anker 3 über die Federkraft einer Feder 10 in Anlage mit dem Anschlag 7 gehalten.Will close the suction valve 1 the magnetic coil 2 energized, the anchor moves 3 in the direction of the magnetic coil 2 and takes the valve tappet 4 With. The stroke of the anchor 3 In the present case, however, it is attacked 7 limited, attached to a magnetic core 9 is formed, between the magnetic coil 2 and the anchor 3 is arranged. With reaching the stop 7 , ie after a stroke h 1 of the anchor 3 , is the coupling of the valve stem 4 with the anchor 3 canceled. The subsequent free lift of the valve lifter 4 to complete the closing of the suction valve 1 ensure is hydraulically effected in the present case. The stroke h 2 of the valve stem 4 is thus greater than the stroke h 1 of the anchor 3 , With reaching the stop 7 have the anchor 3 and the valve lifter 4 reaches a position which throttling and thus the formation of a pressure stage in the region of the valve seat 13 entails. In the delivery mode of the high-pressure pump, the pressure increase in the pump working space causes 11 and the pressure stage that acts on the valve lifter a hydraulic closing force, which is the spring force of the spring 6 to overcome. The suction valve 1 closes completely and seals the pump work space 11 opposite the fuel inlet 12 from. During the free stroke of the valve lifter 4 becomes the anchor 3 about the spring force of a spring 10 in abutment with the stop 7 held.

Zur Ausbildung des Anschlages 7 weist der Magnetkern 9 einen hülsenförmigen Abschnitt auf, der in einen Ringspalt zwischen der Magnetspule 2 und dem Anker 3 eingreift und sich bis über den Anker 3 hinaus erstreckt. Das sich über den Anker 3 hinaus erstreckende Ende bildet einen nach radial innen verlaufenden Absatz aus, der als Anschlag 7 dient. Der hülsenförmige Abschnitt des Magnetkerns 9 wird vorliegend von einem Isolator 16 unterbrochen.To the formation of the stop 7 has the magnetic core 9 a sleeve-shaped portion which is in an annular gap between the magnetic coil 2 and the anchor 3 engages and up over the anchor 3 extends beyond. That's about the anchor 3 also extending end forms a radially inwardly extending paragraph, which serves as a stop 7 serves. The sleeve-shaped portion of the magnetic core 9 is present from an insulator 16 interrupted.

Das in der 2 dargestellte Saugventil 1 unterscheidet sich von dem der 1 im Wesentlichen dadurch, das der Anker 3 als Flachanker ausgebildet ist. Der Magnetkern 9 ist dementsprechend ringförmig mit einer ringförmigen Ausnehmung zur Aufnahme der Magnetspule 2 ausgebildet. Die dem Anker 3 zugewandte Stirnfläche des Magnetkerns 9 dient der Ausbildung des Anschlages 7. Zwischen dem Magnetkern 9 und dem Anker 3 ist ferner eine Restluftspaltscheibe 17 zur Einstellung des Hubes h1 des Ankers 3 angeordnet. Die Funktionsweise entspricht der des Saugventils 1 der 1.That in the 2 illustrated suction valve 1 is different from that of 1 essentially by that the anchor 3 is designed as a flat armature. The magnetic core 9 is accordingly annular with an annular recess for receiving the magnetic coil 2 educated. The anchor 3 facing end face of the magnetic core 9 serves the formation of the stop 7 , Between the magnetic core 9 and the anchor 3 is also a residual air gap disc 17 for adjusting the stroke h 1 of the armature 3 arranged. The operation corresponds to that of the suction valve 1 of the 1 ,

Die Funktionsweise eines erfindungsgemäßen Saugventils 1 geht ferner aus dem Diagramm der 3 hervor. Das Diagramm zeigt den Verlauf des Hubes der Nockenwelle (Kurve a), des Drucks im Pumpenarbeitsraum 11 (Kurve b) und des Hubes des Ventilstößels 4 (Kurve c) über die Zeit. Im Saugbetrieb der Hochdruckpumpe ist das Saugventil 1 geöffnet und der Druck im Pumpenarbeitsraum 11 ist kleiner als der Druck im Kraftstoffzulauf 12 stromaufwärts des Saugventils 1. In Offenstellung ist das Saugventil 1 entdrosselt, so dass ein Druckausgleich bis zur vollständigen Befüllung des Pumpenarbeitsraums 11 mit Kraftstoff erfolgt. Die Hochdruckpumpe schaltet dann vom Saugbetrieb in den Förderbetrieb um, ferner wird der Schließvorgang des Saugventils 1 eingeleitet. Zum Schließen des Saugventils 1 wird die Magnetspule 2 kurzzeitig bestromt (siehe 3, Kurve d). Der Hub h1 des Ankers 3 überführt den Ventilstößel 4 in die Androsselung, was die Ausbildung einer Druckstufe zur Folge hat. Diese wiederum bewirkt – gemeinsam mit dem Druckanstieg im Pumpenarbeitsraum 11 – eine auf den Ventilstößel 4 wirkende hydraulische Schließkraft, welche den Ventilstößel 4 in den Ventilsitz 13 drückt. Das Saugventil 1 schließt bis die Hochdruckpumpe vom Förderbetrieb wieder in den Saugbetrieb umschaltet.The operation of a suction valve according to the invention 1 goes further from the diagram of 3 out. The diagram shows the curve of the camshaft lift (curve a), the pressure in the pump working space 11 (Curve b) and the stroke of the valve lifter 4 (Curve c) over time. In the suction operation of the high pressure pump is the suction valve 1 opened and the pressure in the pump work space 11 is less than the pressure in the fuel inlet 12 upstream of the suction valve 1 , In open position is the suction valve 1 de-throttles, allowing a pressure equalization until complete filling of the pump working space 11 with fuel. The high-pressure pump then switches from the suction mode to the conveying mode, furthermore, the closing operation of the suction valve 1 initiated. To close the suction valve 1 becomes the magnetic coil 2 briefly energized (see 3 , Curve d). The stroke h 1 of the anchor 3 transfers the valve lifter 4 in the throttling, which has the formation of a pressure stage result. This in turn causes - together with the pressure increase in the pump room 11 - one on the valve lifter 4 acting hydraulic closing force, which the valve lifter 4 in the valve seat 13 suppressed. The suction valve 1 closes until the high-pressure pump switches back from pumping mode to suction mode.

Durch die kurze Bestromungszeit der Magnetspule 2 (siehe 3, Kurve d) kann zum Einen der Energiebedarf des Saugventils 1 gesenkt werden. Zum Anderen ist durch das Schließen des Saugventils 1 im Förderbetrieb der Hochdruckpumpe eine optimale Befüllung des Pumpenarbeitsraumes 11 mit Kraftstoff sichergestellt.Due to the short energization time of the solenoid coil 2 (please refer 3 , Curve d) can on the one hand, the energy consumption of the suction valve 1 be lowered. On the other hand, by closing the suction valve 1 in the pumping operation of the high-pressure pump optimum filling of the pump working space 11 ensured with fuel.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102010041031 A1 [0002] DE 102010041031 A1 [0002]

Claims (11)

Elektromagnetisch ansteuerbares Saugventil (1) für eine Hochdruckpumpe eines Kraftstoffeinspritzsystems, insbesondere eines Common-Rail-Einspritzsystems, umfassend eine Magnetspule (2) sowie einen mit der Magnetspule (2) zusammenwirkenden hubbeweglichen Anker (3) zur Betätigung eines mit dem Anker (3) zumindest zeitweise gekoppelten Ventilstößels (4), der in einem Ventilkörper (5) hubbeweglich aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilstößel (4) in Öffnungsrichtung unmittelbar oder mittelbar von der Federkraft einer Feder (6) beaufschlagt ist und, dass ein Anschlag (7) zur Begrenzung des Hubes des Ankers (3) in Schließrichtung und zur Entkoppelung des Ventilstößels (4) vom Anker (3) vorgesehen ist, so dass auf den Ventilstößel (4) wirkende hydraulische Kräfte das vollständige Schließen des Saugventils (1) in der Förderphase der Hochduckpumpe bewirken.Electromagnetically controllable suction valve ( 1 ) for a high pressure pump of a fuel injection system, in particular of a common rail injection system, comprising a magnetic coil ( 2 ) and one with the magnetic coil ( 2 ) cooperating lifting armature ( 3 ) for actuating one with the armature ( 3 ) at least temporarily coupled valve stem ( 4 ), which in a valve body ( 5 ) Is added in a stroke, characterized in that the valve tappet ( 4 ) in the opening direction directly or indirectly by the spring force of a spring ( 6 ) and that an attack ( 7 ) for limiting the stroke of the armature ( 3 ) in the closing direction and for decoupling the valve stem ( 4 ) from the anchor ( 3 ) is provided so that on the valve stem ( 4 ) acting hydraulic forces the complete closing of the suction valve ( 1 ) in the delivery phase of the high pressure pump. Saugventil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zeitweise Kopplung des Ventilstößels (4) mit dem Anker (3) mechanisch über Anschlagflächen (8, 8') bewirkt wird, die am Anker (3) und am Ventilstößel (4) ausgebildet sind und eine Mitnehmerfunktion realisieren.Suction valve ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the temporary coupling of the valve stem ( 4 ) with the anchor ( 3 ) mechanically via stop surfaces ( 8th . 8th' ) at the anchor ( 3 ) and on the valve stem ( 4 ) are formed and realize a driver function. Saugventil (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (3) als Tauchanker ausgebildet ist.Suction valve ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the armature ( 3 ) is designed as a plunger anchor. Saugventil (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (3) als Flachanker ausgebildet ist. Suction valve ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the armature ( 3 ) is designed as a flat armature. Saugventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlag (7) an einem die Magnetspule (2) umgebenden Magnetkern (9) ausgebildet ist.Suction valve ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the stop ( 7 ) on one of the magnetic coil ( 2 ) surrounding magnetic core ( 9 ) is trained. Saugventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (3) in Richtung des Anschlages (7) von der Federkraft einer Feder (10) beaufschlagt ist.Suction valve ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the armature ( 3 ) in the direction of the stop ( 7 ) of the spring force of a spring ( 10 ) is acted upon. Saugventil (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (10) einerseits am Anker (3) und andererseits am Ventilkörper (5) abgestützt ist.Suction valve ( 1 ) according to claim 6, characterized in that the spring ( 10 ) on the one hand at the anchor ( 3 ) and on the other hand on the valve body ( 5 ) is supported. Saugventil (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Federkraft der Feder (10) kleiner als die Federkraft der Feder (6) ist.Suction valve ( 1 ) according to claim 6 or 7, characterized in that the spring force of the spring ( 10 ) smaller than the spring force of the spring ( 6 ). Hochdruckpumpe mit einem Saugventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Verbindung eines Pumpenarbeitsraums (11) der Hochdruckpumpe mit einem Kraftstoffzulauf (12).High pressure pump with a suction valve ( 1 ) according to one of the preceding claims for connecting a pump working space ( 11 ) of the high-pressure pump with a fuel feed ( 12 ). Verfahren zum Betreiben der Hochdruckpumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Befüllen des Pumpenarbeitsraums (11) mit Kraftstoff das Schließen des Saugventils (1) in einer ersten Phase elektromagnetisch und in einer zweiten Phase hydraulisch bewirkt wird. Method for operating the high-pressure pump according to claim 9, characterized in that after filling the pump working space ( 11 ) with fuel closing the suction valve ( 1 ) is effected electromagnetically in a first phase and hydraulically in a second phase. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Phase die Magnetspule (2) des Saugventils (1) bestromt wird, so dass der Anker (3) und der mit dem Anker (3) gekoppelte Ventilstößel (4) in Richtung der Magnetspule (2) gezogen werden, wobei der Hub des Ankers (3) durch den Anschlag (7) begrenzt wird, so dass mit Erreichen des Anschlages (7) die Kopplung des Ventilstößels (4) mit dem Anker (3) aufgehoben und die zweite Phase eingeleitet wird, in welcher die Bestromung der Magnetspule (2) beendet und das vollständige Schließen des Saugventils (1) über den hydraulischen Druck im Pumpenarbeitsraum (11) im Förderbetrieb der Hochdruckpumpe bewirkt wird.A method according to claim 10, characterized in that in the first phase, the magnetic coil ( 2 ) of the suction valve ( 1 ) is energized so that the armature ( 3 ) and the one with the anchor ( 3 ) coupled valve tappets ( 4 ) in the direction of the magnetic coil ( 2 ), the stroke of the anchor ( 3 ) by the stop ( 7 ) is limited so that upon reaching the stop ( 7 ) the coupling of the valve stem ( 4 ) with the anchor ( 3 ) is canceled and the second phase is initiated, in which the energization of the magnetic coil ( 2 ) and the complete closing of the suction valve ( 1 ) about the hydraulic pressure in the pump work space ( 11 ) is effected in the conveying operation of the high-pressure pump.
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