DE102013220593A1

DE102013220593A1 - Elektromagnetisch ansteuerbares Saugventil

Info

Publication number: DE102013220593A1
Application number: DE201310220593
Authority: DE
Inventors: Arnold Gente; Jochen Aleker
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-10-11
Filing date: 2013-10-11
Publication date: 2015-04-16

Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisch ansteuerbares Saugventil für eine Hochdruckpumpe eines Kraftstoffeinspritzsystems, insbesondere eines Common-Rail-Einspritzsystems, umfassend ein Ventilschließelement (1), das in einer Axialbohrung (2) eines Ventilkörpers (3) hubbeweglich aufgenommen und in Schließrichtung von der Federkraft einer Feder (4) beaufschlagt ist, ferner umfassend eine Magnetbaugruppe (5) mit einer Magnetspule (6), zur Einwirkung auf einen hubbeweglichen Anker (7), der mit dem Ventilschließelement (1) gekoppelt oder koppelbar ist. Erfindungsgemäß sind zur Festlegung zweier Endlagen des Ankers (7) Hubanschläge (8, 9) vorgesehen, die durch einen die Magnetspule (6) zumindest teilweise aufnehmenden Magnettopf (10) und einen mit dem Magnettopf (10) verbundenen Magnetdeckel (11) ausgebildet werden. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Hochdruckpumpe mit einem solchen Saugventil.

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.
Stand der Technik
Eine Hochdruckpumpe mit einem elektromagnetisch ansteuerbaren Saug- bzw. Einlassventil geht beispielhaft aus der Offenlegungsschrift DE 10 2010 027 745 A1 hervor. Das Einlassventil ist in einen Zylinderkopf der Hochdruckpumpe integriert und führt einem Pumpenarbeitsraum, der in einer Zylinderbohrung des Zylinderkopfes ausgebildet ist, Brennstoff zu. Durch Ansteuern des Einlassventils ist eine Zumessung des Brennstoffs möglich, so dass eine Vollbefüllung oder Teilbefüllung des Pumpenarbeitsraums erreicht werden kann. Die Ansteuerung des Einlassventils erfolgt elektromagnetisch unter Zuhilfenahme einer Magnetspule. Bei stromlos geschalteter Magnetspule ist das Einlassventil vorzugsweise geschlossen. Um den Wirkungsgrad eines durch die Magnetspule erzeugten Magnetkreises zu erhöhen, wird in dieser Druckschrift vorgeschlagen, dass eine Verschlussschraube, mittels welcher das Einlassventil am Zylinderkopf fixiert ist, aus einem ferromagnetischen Material gebildet ist. Zur Fixierung des Einlassventils ist die Verschlussschraube in den Zylinderkopf eingeschraubt, so dass ein Ventilkörper des Einlassventils gegen eine am Zylinderkopf ausgebildete Anlagefläche gepresst wird. Die Presskraft der Verschlussschraube wirkt hierbei mittelbar über ein Ventilteil auf den Ventilkörper. Das Ventilteil kann ebenfalls aus einem ferromagnetischen Material gebildet sein, um die Magnetkraft der Magnetspule zu erhöhen.
Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein elektromagnetisch ansteuerbares Saugventil für eine Hochdruckpumpe anzugeben, das eine besonders einfach aufgebaute und zudem kompakt bauende Magnetbaugruppe zur Betätigung des Saugventils besitzt. Dadurch sollen der Fertigungs- und/oder Montageaufwand reduziert und die Kosten gesenkt werden.
Zur Lösung der Aufgabe wird ein elektromagnetisch ansteuerbares 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 vorgeschlagen.
Offenbarung der Erfindung
Das für eine Hochdruckpumpe eines Kraftstoffeinspritzsystems, insbesondere eines Common-Rail-Einspritzsystems, vorgeschlagene elektromagnetisch ansteuerbare Saugventil umfasst ein Ventilschließelement, das in einer Axialbohrung eines Ventilkörpers hubbeweglich aufgenommen und in Schließrichtung von der Federkraft einer Feder beaufschlagt ist. Das Saugventil umfasst ferner eine Magnetbaugruppe mit einer Magnetspule zur Einwirkung auf einen hubbeweglichen Anker, der mit dem Ventilschließelement gekoppelt oder koppelbar ist. Erfindungsgemäß sind zur Festlegung zweier Endlagen des hubbeweglichen Ankers Hubanschläge vorgesehen, die durch einen die Magnetspule zumindest teilweise aufnehmenden Magnettopf und einen mit dem Magnettopf verbundenen Magnetdeckel ausgebildet werden. Der Magnettopf und der Magnetdeckel definieren damit den Ankerbewegungsraum. Ein üblicherweise vorgesehenes separates Anschlagelement, beispielsweise in Form einer Restluftspaltscheibe, kann demnach entfallen, wodurch sich der Aufbau der Magnetbaugruppe vereinfacht. Der Magnetdeckel ist vorzugsweise in den Magnettopf eingesetzt, so dass sich die jeweils einen Hubanschlag ausbildenden Flächen am Ankerbewegungsraum gegenüber liegen und diesen in axialer Richtung begrenzen. Dadurch wird eine besonders kompakt bauende Anordnung erreicht.
Der Magnettopf und der Magnetdeckel sind aus einem ferromagnetischen Material gefertigt und bilden Bestandteile eines Magnetkreises aus. Durch Einbeziehung des Magnettopfes und des Magnetdeckels wird der Magnetkreis erweitert, was sich positiv auf die mittels der Magnetbaugruppe erreichbare Magnetkraft auswirkt. Eine weitere Funktion des Magnettopfs und des Magnetdeckels ist demnach in der Erzeugung bzw. Weiterleitung eines Magnetflusses innerhalb des Magnetkreises zu sehen. Die Funktionsintegration, d. h. die Übernahme weiterer Funktionen durch den Magnettopf und den Magnetdeckel, fördert eine kompakte Ausgestaltung der Magnetbaugruppe, da die Zahl der erforderlichen Bauteile reduziert wird.
Die Magnetbaugruppe, umfassend zumindest die Magnetspule, den Magnettopf und den Magnetdeckel, und der Anker können zudem vormontiert und als vormontierte Einheit gemeinsam mit einem hydraulischen Rückschlagventil in eine Gehäusebohrung einer Hochdruckpumpe zur Ausbildung eines elektromagnetisch ansteuerbaren Saugventils eingesetzt werden. Dadurch kann ferner der Fertigungs- bzw. Montageaufwand reduziert werden.
Vorteilhafterweise sind der Magnettopf und der Magnetdeckel über eine Schraubverbindung verbunden. Die Schraubverbindung bewirkt eine automatische Zentrierung des Magnetdeckels, wenn dieser in den Magnettopf eingeschraubt wird. Ferner kann mit Einschrauben des Magnetdeckels in den Magnettopf die ebenfalls im Magnettopf aufgenommene Magnetspule in ihrer Lage fixiert werden.
Zur Ausbildung des Hubanschlags besitzt der Magnettopf bevorzugt eine Stufenbohrung mit wenigstens zwei unterschiedlichen Innendurchmessern. Im Bereich eines Durchmesserversprungs kommt es zur Ausbildung einer Stufe bzw. eines radial verlaufenden Absatzes, der als Hubanschlag einsetzbar ist. Sofern die Stufenbohrung mehr als zwei unterschiedliche Innendurchmesser, d. h. mehrere Stufen, besitzt, kann eine weitere Stufe zur Abstützung der Magnetspule herangezogen werden.
Ein Innendurchmesser der Stufenbohrung des Magnettopfes definiert bevorzugt einen Führungsabschnitt, in dem eine Ankernadel des Ankers hubbeweglich aufgenommen ist. Die Ankernadel ist mit dem Anker fest verbunden, d. h. Bestandteil des Ankers. Die Verbindung kann kraft-, form- und/oder stoffschlüssig sein und beispielsweise durch Einpressen der Ankernadel in eine Ausnehmung eines plattenförmigen Ankerteils, durch Verschweißen der Ankerteile oder durch Umformen, beispielsweise mittels Bördeln, bewirkt werden. Der über den Innendurchmesser definierte Führungsabschnitt führt zu einer weiteren Funktion des Magnettopfs, nämlich der Führung des Ankers, so dass die Folge eine fortschreitende Funktionsintegration ist.
Bevorzugt besitzt der Magnetdeckel eine ringförmige Stirnfläche zur Ausbildung des Hubanschlags. Die ringförmige Stirnfläche ist vorzugsweise an einem zylinder- oder hohlzylinderförmigen Abschnitt des Magnetdeckels ausgebildet, der in die Magnetspule eingreift und gemeinsam mit dem Magnettopf, der die Magnetspule vorzugsweise radial außen umgreift, einen Spulenaufnahmeraum definiert. Dadurch ist die Lage der Magnetspule in radialer Richtung festgelegt.
Als weiterbildende Maßnahme wird vorgeschlagen, dass die ringförmige Stirnfläche zur Festlegung eines Restluftspalts zwischen dem Magnetdeckel und dem Anker gestuft ausgeführt ist. Durch die gestufte Ausführung der Stirnfläche wird ein in Bezug auf den Hubanschlag zurückspringender Flächenteil geschaffen, wobei das Maß des Rücksprungs den Restluftspalt zwischen dem Magnetdeckel und dem Anker definiert. Indem ein Teil der Stirnfläche zurückspringend ausgebildet ist, wird ferner einem hydraulischen Kleben des Ankers an der Stirnfläche des Magnetdeckels entgegen gewirkt.
Weiterhin bevorzugt besitzt der Magnetdeckel eine zentrale Ausnehmung zur Aufnahme einer Feder, deren Federkraft den Anker in Richtung des Ventilschließelements beaufschlagt. Der Magnetdeckel kann in diesem Fall zur Führung und Zentrierung der Feder eingesetzt werden und somit weitere Funktionen übernehmen. Die Anordnung einer zentralen Ausnehmung im Magnetdeckel führt ferner zu einer ringförmigen Stirnfläche, die zur Ausbildung des Hubanschlags genutzt werden kann.
Bei der in der zentralen Ausnehmung des Magnetdeckels aufgenommenen Feder handelt es sich vorzugsweise um eine Schraubendruckfeder zur Rückstellung des Ankers, wenn die Bestromung der Magnetspule beendet wird. Die Führung und Zentrierung durch den Magnetdeckel bewirkt, dass der Anker nicht exzentrisch von der Federkraft der Feder beaufschlagt wird.
Vorteilhafterweise ist der Anker als Tauchanker ausgeführt. Das heißt, dass sich der Anker zumindest abschnittsweise innerhalb der ringförmigen Magnetspule bewegt. Auf diese Weise ist ein vergleichsweise großer Ankerhub realisierbar, wenn die Magnetspule bestromt wird. Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass der Anker wenigstens einen Strömungskanal besitzt. Der Strömungskanal ermöglicht das Abführen einer Spülmenge, die in den Ankerbewegungsraum eingebracht wird. Der Strömungskanal ist vorzugsweise in Form eines Anschliffs, eines Schlitzes und/oder einer Bohrung am bzw. im Anker ausgeführt. Die Lage des Strömungskanals ist vorzugsweise radial außen in Bezug auf eine mit einem Hubanschlag zusammenwirkende Anschlagfläche des Ankers gewählt.
Alternativ oder ergänzend wird ferner vorgeschlagen, dass der Magnettopf wenigstens einen Strömungskanal, vorzugsweise in Form eines Schlitzes und/oder einer Bohrung, besitzt. Der Strömungskanal des Magnettopfs bildet vorzugsweise gemeinsam mit einem am oder im Anker ausgebildeten Strömungskanal einen durch die Magnetbaugruppe führenden Strömungspfad für eine Spülmenge aus. Der Strömungskanal des Magnettopfs ist daher bevorzugt radial außen in Bezug auf den Hubanschlag angeordnet.
Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe wird ferner eine Hochdruckpumpe mit einem erfindungsgemäßen Saugventil zur Verbindung eines Pumpenarbeitsraums der Hochdruckpumpe mit einem Niederdruckraum vorgeschlagen. Dabei ist zur axialen Lagefixierung des Ventilkörpers des Saugventils der Magnettopf der Magnetbaugruppe über eine Schraub- oder Pressverbindung mit einem Gehäuseteil der Hochdruckpumpe verbunden. Der Magnettopf besitzt demnach ferner die Funktion der Herstellung einer mechanischen Verbindung zwischen der Magnetbaugruppe und dem Gehäuseteil der Hochdruckpumpe, wobei die Schraub- oder Pressverbindung eine axiale Vorspannung des Ventilkörpers des Saugventils in Richtung des Pumpenarbeitsrums und damit eine Abdichtung des Pumpenarbeitsraums nach außen ermöglicht. Die zu einer kompakten Anordnung führende Funktionsintegration kann auf diese Weise vorangetrieben werden, so dass ein einfach aufgebautes und kompakt bauendes elektromagnetisch ansteuerbares Saugventil geschaffen wird.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher beschrieben. Diese zeigt einen schematischen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Saugventil, das in eine Gehäusebohrung einer Hochdruckpumpe eingesetzt ist.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
Das in der Figur schematisch in einem Längsschnitt dargestellte Saugventil umfasst einen in ein Gehäuseteil 23 einer Hochdruckpumpe eingesetzten plattenförmigen Ventilkörper 3 mit einer Axialbohrung 2, in der ein Ventilschließelement 1 hubbeweglich aufgenommen ist. In Schließrichtung ist das Ventilschließelement 1 von der Federkraft einer Feder 4 beaufschlagt, die vorliegend als Schraubendruckfeder ausgebildet ist und einerseits am Ventilkörper 3, andererseits mittelbar über einen Federteller 25 an dem Ventilschließelement 1 abgestützt ist. Um das Ventilschließelement 1 entgegen der Federkraft der Feder 4 in eine Offenstellung zu bewegen, ist ferner eine Magnetbaugruppe 5 mit einer Magnetspule 6 vorgesehen. Die Magnetspule 6 wirkt mit einem hubbeweglichen Anker 7 zusammen, der über eine Ankernadel 14 mit dem Ventilschließelement 1 koppelbar ist, so dass bei unbestromter Magnetspule 6 der Ankerstift 14 an dem Ventilschließelement 1 anliegt und dieses entgegen der Federkraft der Feder 4 in einer Offenstellung hält. In der Offenstellung ist ein im Gehäuseteil 23 ausgebildeter Pumpenarbeitsraum 21 der Hochdruckpumpe mit einem Niederdruckraum 22 verbunden, der als Kraftstoffzulauf dient, so dass in Offenstellung des Saugventils der Pumpenarbeitsraum 21 mit Kraftstoff befüllt wird.
Die Magnetbaugruppe 5 umfasst vorliegend ferner einen Magnettopf 10 sowie einen in den Magnettopf 10 eingeschraubten Magnetdeckel 11, so dass der Magnettopf 10 und der Magnetdeckel 11 gemeinsam einen Spulenaufnahmeraum 24 ausbilden. Mit Einschrauben des Magnetdeckels 11 in den Magnettopf 10 wird die axiale und die radiale Lage der Magnetspule 6 fixiert. Ferner erfolgt eine automatische Zentrierung der Teile zueinander. Zugleich bilden der Magnettopf 10 und der Magnetdeckel 11 Hubanschläge 8, 9 für den Anker 7 aus und definieren somit den Ankerbewegungsraum. Am Anker 7 bzw. an der Ankernadel 14 sind hierzu Anschlagflächen 28, 29 ausgebildet, die mit den Hubanschlägen 8, 9 zusammenwirken.
Zur Ausbildung des Hubanschlages 8 weist der Magnettopf 10 eine zentrale Stufenbohrung 12 auf, die einen ersten Innendurchmesser D₁ zur Realisierung eines Führungsabschnitts 13 für die Ankernadel 14 des Ankers 7 und einen zweiten Innendurchmesser D₂ zur radialen Begrenzung des Ankerbewegungsraums besitzt. Die zwischen den Innendurchmessern D₁ und D₂ ausgebildete Stufe führt zu einem ringförmigen, radial verlaufenden Absatz 26, der als Hubanschlag 8 dient. Im Bereich eines weiteren Innendurchmessers D₃ ist der Spulenaufnahmeraum 24 ausgebildet, wobei die zwischen den Innendurchmessern D₂ und D₃ ausgebildete Stufe zu einem ringförmigen, radial verlaufenden Absatz 27 führt, welcher der Abstützung der Magnetspule 6 dient.
Zur Ausbildung des Hubanschlags 9 weist der Magnetdeckel 11 einen zylinderförmigen Ansatz 30 mit einer zentralen Ausnehmung 17 auf, die von einer gestuft ausgeführten ringförmigen Stirnfläche 15 begrenzt wird. Durch die gestufte Ausführung springt ein Teil der Stirnfläche 15 zurück, so dass der den Hubanschlag 9 ausbildende Teil auf einen schmalen Stegbereich reduziert wird. Die Höhe des Stegbereichs bzw. das Maß des Rücksprungs definiert dabei einen Restluftspalt 16 zwischen dem Magnetdeckel 11 und dem Anker 7.
In der zentralen Ausnehmung 17 des Magnetdeckels 11 ist eine Feder 18 aufgenommen, die den Anker 7 mit einer Federkraft beaufschlagt, die der Magnetkraft der Magnetspule 6 entgegengesetzt ist. Die Federkraft der Feder 18 kann somit zur Rückstellung des Ankers 7 eingesetzt werden, wenn die Bestromung der Magnetspule 6 beendet wird. Mit Rückstellung des Ankers 7 übt die Ankernadel 14 eine Axialkraft auf das Ventilschließelement 1 aus, so dass dieses in eine Offenstellung überführt und dort gehalten wird. Zum Schließen des Saugventils wird die Magnetspule 6 bestromt, so dass sich der Anker 7 in Richtung des Magnetdeckels 11 bewegt, bis er am Hubanschlag 9 des Magnetdeckels 11 anschlägt. Die das Ventilschließelement 1 beaufschlagende Federkraft der Feder 4 führt dann zum Schließen des Saugventils.
Im Anker 7 und im Magnettopf 10 sind Strömungskanäle 19, 20 in Form mehrerer axial verlaufender und in gleichem Winkelabstand zueinander angeordneter Bohrungen vorgesehen. Im Anker 7 sind vorliegend vier Bohrungen und im Magnettopf 10 drei Bohrungen ausgebildet. Auch der Magnetdeckel 11 weist wenigstens eine Bohrung 31 auf, die mit den Strömungskanälen 19, 20 über den Ankerbewegungsraum hydraulisch verbunden ist. Die Bohrung 31 ist vorliegend schräg geführt und mündet in die zentrale Ausnehmung 17 des Magnetdeckels 11. Von hier aus kann über wenigstens eine weitere Bohrung (nicht dargestellt) die Spülmenge abgeführt werden.
Das in der Figur dargestellte elektromagnetisch ansteuerbare Saugventil zeichnet sich durch einen einfachen und kompakt bauenden Aufbau aus. Dadurch, dass die Bauteile der Magnetbaugruppe gleich mehrere Funktionen übernehmen, kann die Anzahl der Bauteile reduziert werden. Die Funktionsintegration bewirkt die kompakt bauende Anordnung des elektromagnetisch ansteuerbaren Saugventils.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010027745 A1 [0002]

Claims

Elektromagnetisch ansteuerbares Saugventil für eine Hochdruckpumpe eines Kraftstoffeinspritzsystems, insbesondere eines Common-Rail-Einspritzsystems, umfassend ein Ventilschließelement (1), das in einer Axialbohrung (2) eines Ventilkörpers (3) hubbeweglich aufgenommen und in Schließrichtung von der Federkraft einer Feder (4) beaufschlagt ist, ferner umfassend eine Magnetbaugruppe (5) mit einer Magnetspule (6) zur Einwirkung auf einen hubbeweglichen Anker (7), der mit dem Ventilschließelement (1) gekoppelt oder koppelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Festlegung zweier Endlagen des hubbeweglichen Ankers (7) Hubanschläge (8, 9) vorgesehen sind, die durch einen die Magnetspule (6) zumindest teilweise aufnehmenden Magnettopf (10) und einen mit dem Magnettopf (10) verbundenen Magnetdeckel (11) ausgebildet werden.
Saugventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnettopf (10) und der Magnetdeckel (11) über eine Schraubverbindung verbunden sind.
Saugventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnettopf (10) eine Stufenbohrung (12) mit wenigstens zwei unterschiedlichen Innendurchmessern (D₁, D₂, D₃) zur Ausbildung des Hubanschlags (8) besitzt.
Saugventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser (D₁) einen Führungsabschnitt (13) definiert, in dem eine Ankernadel (14) des Ankers (7) hubbeweglich aufgenommen ist.
Saugventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetdeckel (11) eine ringförmige Stirnfläche (15) zur Ausbildung des Hubanschlags (9) besitzt.
Saugventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmige Stirnfläche (15) zur Festlegung eines Restluftspalts (16) zwischen dem Magnetdeckel (11) und dem Anker (7) gestuft ausgeführt ist.
Saugventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetdeckel (11) eine zentrale Ausnehmung (17) zur Aufnahme einer Feder (18) besitzt, deren Federkraft den Anker (7) in Richtung des Ventilschließelements (1) beaufschlagt.
Saugventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (7) als Tauchanker ausgeführt ist und/oder wenigstens einen Strömungskanal (19), vorzugsweise in Form eines Anschliffs, eines Schlitzes und/oder einer Bohrung, besitzt.
Saugventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnettopf (11) wenigstens einen Strömungskanal (20), vorzugsweise in Form eines Schlitzes und/oder einer Bohrung, besitzt.
Hochdruckpumpe mit einem Saugventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Verbindung eines Pumpenarbeitsraums (21) der Hochdruckpumpe mit einem Niederdruckraum (22), wobei der Magnettopf (10) der Magnetbaugruppe (5) zur axialen Lagefixierung des Ventilkörpers (3) des Saugventils über eine Schraub- oder Pressverbindung mit einem Gehäuseteil (23) der Hochdruckpumpe verbunden ist.