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Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisch betätigbares Saugventil für eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Das Saugventil dient der Versorgung der Kraftstoff-Hochdruckpumpe mit Kraftstoff. Ferner betrifft die Erfindung eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe mit einem solchen Saugventil.
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Stand der Technik
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Aus der
DE 10 2014 200 339 A1 ist ein elektromagnetisch ansteuerbares Saugventil für eine Hochdruckpumpe eines Kraftstoffeinspritzsystems, insbesondere eines Common-Rail-Einspritzsystems, bekannt, das eine ringförmige Magnetspule zur Einwirkung auf einen hubbeweglichen Anker sowie einen Polkern umfasst, der gemeinsam mit dem Anker einen Arbeitsluftspalt begrenzt. Der Anker ist zumindest abschnittsweise von einem Ventilkörper umgeben, der als Verschlussschraube ausgebildet ist und der Befestigung des Saugventils an der Hochdruckpumpe dient. Der Polkern und der Ventilkörper sind mittels einer Hülse verbunden, wobei die Verbindung der Hülse mit dem Polkern über eine Schweißnaht erfolgt. Da mit Anschlagen des Ankers am Polkern die Schweißnaht stark belastet wird, so dass die Gefahr besteht, dass die Bauteilverbindung vorzeitig versagt, wird zur Entlastung der Schweißnaht vorgeschlagen, den Polkern in Richtung des Ankers axial vorzuspannen. Auf diese Weise sollen die Robustheit der Bauteilverbindung und in der Folge die Robustheit des Saugventils gesteigert werden.
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Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein elektromagnetisch betätigbares Saugventil für eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe anzugeben, dessen Robustheit weiter gesteigert ist. Ferner soll die Bewegung des Ankers optimiert werden, um die Schaltzeit zu reduzieren.
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Zur Lösung der Aufgabe wird das elektromagnetisch betätigbare Saugventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Ferner wird eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe mit einem solchen Saugventil angegeben.
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Offenbarung der Erfindung
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Das vorgeschlagene elektromagnetisch betätigbare Saugventil umfasst eine ringförmige Magnetspule zur Einwirkung auf einen zwischen zwei Endanschlägen hubbeweglichen und mit einem Ventilstößel koppelbaren Anker, der zumindest abschnittsweise in einer Ausnehmung eines Ventilkörpers aufgenommen ist. Der Ventilkörper weist einen in die Ausnehmung hineinragenden Ringbund auf, an dem erfindungsgemäß eine den ersten Endanschlag ausbildende Anschlagplatte abgestützt ist. Die Anschlagplatte weist eine dem Anker zugewandte erste Oberfläche und eine dem Ringbund zugewandte zweite Oberfläche auf, wobei die dem Ringbund zugewandte zweite Oberfläche eine reduzierte Rauigkeit gegenüber der ersten Oberfläche besitzt.
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Da der erste Endanschlag durch eine am Ringbund des Ventilkörpers abgestützte Anschlagplatte und nicht durch den Ventilkörper selbst gebildet wird, kann der durch den anschlagenden Anker verursachte Verschleiß gemindert werden. Denn als separates Bauteil, das zudem eine einfache Geometrie besitzt, kann die Anschlagplatte aus einem besonders harten und damit verschleißfesten Werkstoff gefertigt werden. Der verringerte Verschleiß führt zu einer Steigerung der Robustheit des Saugventils.
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Darüber hinaus weist die Anschlagplatte eine als Anschlagfläche für den Anker dienende erste Oberfläche sowie eine am Ringbund des Ventilkörpers anliegende zweite Oberfläche auf, wobei sich die beiden Oberflächen hinsichtlich ihrer Rauigkeit unterscheiden. Die zweite Oberfläche ist weniger rau als die erste Oberfläche. Bevorzugt ist die zweite Oberfläche geglättet. Durch die unterschiedlichen Rauheitsgrade können hydraulische Klebeeffekte erzielt werden, die zwischen der Anschlagplatte und dem Ringbund des Ventilkörpers wirken, so dass hierüber eine Art „Fixierung“ der Anschlagplatte am Ventilkörper erreicht wird. Das heißt, dass die Anschlagplatte der Bewegung des Ankers nicht folgt, wenn dieser sich vom ersten Endanschlag weg in Richtung des zweiten Endanschlags bewegt. Da die Anschlagplatte in ihrer Position am Ringbund verharrt, wird die Ankerbewegung durch die Anschlagplatte nicht beeinträchtigt. Ferner kann der Verschleiß zwischen der Anschlagplatte und dem Ventilkörper minimiert werden, da die „Fixierung“ einer Relativbewegung der Anschlagplatte gegenüber dem Ventilkörper entgegen wirkt.
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Die durch hydraulische Klebeeffekte erzielte „Fixierung“ der Anschlagplatte am Ringbund des Ventilkörpers macht eine separate Fixierung, beispielsweise durch eine kraft-, form- und/oder stoffschlüssige Verbindung der Anschlagplatte mit dem Ventilkörper, entbehrlich. Die Bauform der Anschlagplatte kann auf diese Weise einfach gehalten werden. Ferner wird die Montage des Saugventils vereinfacht, da die Anschlagplatte lediglich auf den Ringbund des Ventilkörpers aufgelegt werden muss. Beim Auflegen ist allerdings auf die Orientierung der Anschlagplatte zu achten.
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Bevorzugt ist die dem Ringbund zugewandte zweite Oberfläche der Anschlagplatte zur Reduzierung der Rauigkeit fein bearbeitet, insbesondere geschliffen und/oder geläppt. Das heißt, dass die zweite Oberfläche der Anschlagplatte einer glättenden Nachbehandlung unterzogen worden ist. Auf diese Weise kann eine deutliche Verringerung der Rauigkeit der zweiten Oberfläche gegenüber der ersten Oberfläche bewirkt werden. Je größer der Rauigkeitsunterschied ist, desto geringer ist die Gefahr, dass hydraulische Klebeeffekte nicht nur zwischen der Anschlagplatte und dem Ringbund des Ventilkörpers, sondern ferner zwischen der Anschlagplatte und dem Anker auftreten. Letzteres gilt es zu vermeiden, da hydraulische Klebeeffekte zwischen der Anschlagplatte und dem Anker der gewünschten „Fixierung“ der Anschlagplatte am Ringbund des Ventilkörpers entgegenwirken würden.
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In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die dem Anker zugewandte erste Oberfläche der Anschlagplatte zur Erhöhung der Rauigkeit strukturiert ist und/oder Nuten aufweist. Das heißt, dass vorzugsweise auch die erste Oberfläche der Anschlagplatte einer Nachbehandlung unterzogen worden ist, um die Strukturierung bzw. die Nuten einzubringen. Die erhöhte Rauigkeit der ersten Oberfläche wirkt unerwünschten hydraulischen Klebeeffekten zwischen der Anschlagplatte und dem Anker entgegen. Denn die Strukturierung und/oder Nuten fördern einen Druckausgleich durch nachströmenden Kraftstoff, wenn sich der Anker bei einer Hubbewegung von der Ankerplatte weg bewegt. Auf diese Weise wird verhindert, dass zwischen dem Anker und der Anschlagplatte ein Unterdruck entsteht, der zu einem hydraulischen Kleben der Anschlagplatte am Anker führt. Damit der Kraftstoff möglichst schnell zwischen den Anker und die Anschlagplatte gelangt, wird vorgeschlagen, dass die Nuten kreisförmig und/oder radial verlaufend angeordnet sind. Radial verlaufende Nuten leiten den Kraftstoff von radial außen nach radial innen. Über eine kreisförmige Nut kann sich der Kraftstoff in Umfangsrichtung optimal verteilen.
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Über die Strukturierung und/oder Nuten der dem Anker zugewandten ersten Oberfläche der Anschlagplatte kann zudem eine weitere Robustheitssteigung des Saugventils bewirkt werden. Denn der über die Strukturierung und/oder Nuten zwischen den Anker und der Anschlagplatte gelangende Kraftstoff führt zur Ausbildung eines Schmierfilms, der den Verschleiß zwischen dem Anker und der Anschlagplatte verringert.
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Bevorzugt weist die Anschlagplatte eine zentrale Ausnehmung auf. Die Anschlagplatte besitzt demnach eine Ringform. Die Ausnehmung ermöglicht eine Kontaktierung des Ankers mit einem jenseits der Anschlagplatte angeordneten Ventilstößel, so dass der Anker mit dem Ventilstößel koppelbar ist. Der Anker weist hierzu bevorzugt einen in die Ausnehmung der Anschlagplatte eintauchenden stiftförmigen Ansatz auf. Alternativ kann die Kontaktierung mittelbar über einen in den Anker eingesetzten und in die Ausnehmung der Anschlagplatte eintauchenden Kontaktstift erreicht werden.
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Des Weiteren bevorzugt ist die Anschlagplatte aus einem nichtmagnetischen Material gefertigt. Über die Anschlagplatte kann auf diese Weise eine magnetische Trennung zwischen dem Anker und dem Ventilkörper bewirkt werden.
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Der zweite Endanschlag des Ankers wird vorzugsweise durch einen Polkern gebildet, der gemeinsam mit dem Anker einen Arbeitsluftspalt begrenzt. Über die Lage des Polkerns zum Ventilkörper und damit zur Anschlagplatte kann der Hub des Ankers eingestellt werden.
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Vorteilhafterweise ist der Polkern über eine Hülse mit dem Ventilkörper fest verbunden, so dass der einmal eingestellte Hub des Ankers keine Veränderung durch eine Relativbewegung des Polkerns gegenüber dem Ventilkörper erfährt. Vorzugsweise ist die Hülse mit dem Polkern und/oder dem Ventilkörper verschweißt. Auf diese Weise kann eine besonders robuste und zudem fluiddichte Verbindung erreicht werden.
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Ferner wird eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einem erfindungsgemäßen Saugventil vorgeschlagen. Das Saugventil ist dabei vorzugsweise in ein Gehäuseteil der Kraftstoff-Hochdruckpumpe integriert. Das heißt, dass der Ventilstößel des Saugventils über eine Bohrung des Gehäuseteils der Kraftstoff-Hochdruckpumpe geführt ist und/oder mit einem im Gehäuseteil der Kraftstoff-Hochdruckpumpe ausgebildeten Ventilsitz zusammenwirkt. Durch die Integration des Saugventils in die Kraftstoff-Hochdruckpumpe kann eine besonders kompakt bauende Anordnung geschaffen werden.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
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1 einen schematischen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Saugventil, das in eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe integriert ist,
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2 einen vergrößerten Ausschnitt der 1 im Bereich des ersten Endanschlags des Ankers,
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3 eine Draufsicht auf die dem Anker zugewandte Oberfläche der Anschlagplatte und
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4 eine Draufsicht auf die dem Ringbund des Ventilkörpers zugewandte Oberfläche der Anschlagplatte.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Das in der 1 dargestellte elektromagnetisch betätigbare Saugventil 1 ist in ein Gehäuseteil 19 einer Kraftstoff-Hochdruckpumpe 2 in der Weise integriert, dass ein Ventilstößel 6 des Saugventils 1 über eine im Gehäuseteil 19 ausgebildete Bohrung 20 hubbeweglich geführt ist. Das Saugventil 1 dient der Befüllung eines im Gehäuseteil 19 ausgebildeten Hochdruckelementraums 21 mit Kraftstoff. Der über das Saugventil 1 dem Hochdruckelementraum 21 zugeführte Kraftstoff wird im Hochdruckelementraum 21 über die Hubbewegung eines Pumpenkolbens (nicht dargestellt) komprimiert und anschließend über ein Auslassventil 22 einem Hochdruckspeicher (nicht dargestellt) zugeführt.
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Der Ventilstößel 6 des Saugventils 1 öffnet in den Hochdruckelementraum 21 der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 2. Bei geöffnetem Saugventil 1 vermag Kraftstoff aus einem Niederdruckraum 25 über Zulaufbohrungen 26 in den Hochdruckelementraum 21 zu strömen. In Schließrichtung ist der Ventilstößel 6 von der Federkraft einer Ventilfeder 23 beaufschlagt, so dass die Federkraft der Ventilfeder 23 den Ventilstößel 6 in Richtung eines Ventilsitzes 24 zieht. Um das Saugventil 1 entgegen der Federkraft der Ventilfeder 23 geöffnet zu halten bzw. zu öffnen, ist eine weitere Feder 27 vorgesehen, deren Federkraft größer als die der Ventilfeder 23 ist.
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Die weitere Feder 27 ist einerseits an einem Anker 7, andererseits an einem Polkern 16 abgestützt. Bleibt eine zur Einwirkung auf den Anker 7 vorgesehene Magnetspule 3 unbestromt, drückt die Feder 27 den Anker 7 nach unten, so dass ein mit dem Anker 7 verbundener Kontaktstift 28 zur Anlage am Ventilstößel 6 gelangt und das Saugventil 1 öffnet bzw. geöffnet hält. Wird die Magnetspule 3 bestromt, bildet sich ein Magnetfeld aus, dessen Magnetkraft den Anker 7 einschließlich des Kontaktstifts 28 in Richtung des Polkerns 16 bewegt, um einen zwischen dem Polkern 16 und dem Anker 7 ausgebildeten Arbeitsluftspalt 17 zu schließen. Der Ventilstößel 6 wird auf diese Weise entlastet, so dass die Ventilfeder 23 den Ventilstößel 6 in den Ventilsitz 24 zu ziehen vermag.
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Bei unbestromter Magnetspule 3 drückt die Federkraft der Feder 27 den Anker 7 gegen einen ersten Endanschlag 4, der durch eine Anschlagplatte 11 gebildet wird, die an einem Ringbund 10 eines Ventilkörpers 9 abgestützt ist. Der Ringbund 10 erstreckt sich in eine Ausnehmung 8 des Ventilkörpers 9 hinein, in welcher der Anker 7 zumindest abschnittsweise aufgenommen ist. Ein weiterer Endanschlag 5 wird durch den Polkern 16 gebildet, der dem Anker 7 am Arbeitsluftspalt 17 gegenüberliegt. Um die Lage des Polkerns 16 gegenüber dem Ventilkörper 9 festzulegen, ist der Polkern 16 mit dem Ventilkörper 9 über eine Hülse 18 fest verbunden. Die Hülse 18 ist hierzu sowohl mit dem Polkern 16 als auch mit dem Ventilkörper 9 verschweißt.
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Eine zentrale Ausnehmung 15 der Anschlagplatte 11 ermöglicht eine Kopplung des Ankers 7 mit dem Ventilstößel 6 des Saugventils 1. Die Kopplung wird über den Kontaktstift 28 bewirkt, der hierzu durch die zentrale Ausnehmung 15 der Anschlagplatte 11 geführt ist.
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Um eine magnetische Trennung zwischen dem Anker 7 und dem Ventilkörper 9 zu bewirken, ist die Anschlagplatte 11 aus einem nichtmagnetischen Werkstoff gefertigt. Ferner weist die Anschlagplatte 11 zwei parallele Oberflächen 12, 13 auf, die unterschiedlich rau sind. Denn die dem Ringbund 10 des Ventilkörpers 9 zugewandte Oberfläche 13 ist durch Läppen geglättet worden (siehe 4), so dass sie eine geringere Rauigkeit als die dem Anker 7 zugewandte Oberfläche 12 besitzt. Die vergleichsweise geringe Rauigkeit der Oberfläche 13 führt zu einem hydraulischen Kleben der Anschlagplatte 11 am Ringbund 10 des Ventilkörpers 9. Auf diese Weise wird eine Art „Fixierung“ der Anschlagplatte 11 erreicht, die verhindert, dass die Anschlagplatte 11 der Bewegung des Ankers 7 folgt. Die Bewegung des Ankers 7 wird demnach durch die Anschlagplatte 11 nicht behindert. Darüber hinaus wird der Verschleiß im Kontaktbereich der Anschlagplatte 11 mit dem Ventilkörper 9 reduziert, da die „Fixierung“ über das hydraulische Kleben einer Relativbewegung der Anschlagplatte 11 gegenüber dem Ventilkörper 9 entgegenwirkt.
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Wie den 2 und 3 zu entnehmen ist, weist die Anschlagplatte 11 auf ihrer dem Anker 7 zugewandten Oberfläche 12 mehrere radial verlaufende Nuten 14 sowie eine die radial verlaufenden Nuten 14 verbindende kreisförmige Nut 14 auf. Auf diese Weise wird die Rauigkeit der dem Anker 7 zugewandten Oberfläche 12 zusätzlich erhöht. Im Betrieb des Saugventils 1 füllen sich die Nuten 14 mit Kraftstoff und tragen somit dazu bei, dass keine unerwünschten hydraulischen Klebeeffekte zwischen der Anschlagplatte 11 und dem Anker 7 auftreten. Der Anker 7 vermag sich von der Anschlagplatte 11 zu lösen, ohne dass diese der Bewegung des Ankers 7 folgt. Die „Fixierung“ der Anschlagplatte 11 am Ringbund 10 des Ventilkörpers 9 bleibt somit sicher erhalten. Ferner tragen die sich mit Kraftstoff füllenden Nuten 14 zu einer verbesserten Schmierung zwischen dem Anker 7 und der Anschlagplatte 11 bei.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014200339 A1 [0002]
