DE102016213984A1 - Magnetic circuit, solenoid-operated suction valve and high-pressure fuel pump - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Magnetkreis (1) für ein elektromagnetisch betätigbares Saugventil (2) einer Kraftstoff-Hochdruckpumpe (3), umfassend eine ringförmige Magnetspule (4) zur Einwirkung auf einen zwischen zwei Endanschlägen (5, 6) hubbeweglichen Anker (7) und einen mindestens einen Endanschlag (5, 6) ausbildenden Körper (8), der zumindest abschnittsweise aus einem magnetischen oder magnetisierbaren Material gefertigt ist. Erfindungsgemäß definieren die Endanschläge (5, 6) einen Ankerbewegungsraum (9), der vollständig innerhalb des Körpers (8) ausgebildet ist. Ferner betrifft die Erfindung ein elektromagnetisch betätigbares Saugventil (2) für eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe (3) sowie eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe (3) mit einem solchen Saugventil (2).The invention relates to a magnetic circuit (1) for an electromagnetically operated suction valve (2) of a high-pressure fuel pump (3) comprising an annular solenoid (4) for acting on a between two end stops (5, 6) liftable anchor (7) and a at least one end stop (5, 6) forming body (8), which is at least partially made of a magnetic or magnetizable material. According to the invention, the end stops (5, 6) define an armature movement space (9) which is completely formed inside the body (8). Furthermore, the invention relates to an electromagnetically operated suction valve (2) for a high-pressure fuel pump (3) and a high-pressure fuel pump (3) with such a suction valve (2).
Description
Die Erfindung betrifft einen Magnetkreis mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein elektromagnetisch betätigbares Saugventil für eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe mit einem erfindungsgemäßen Magnetkreis sowie eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe mit einem erfindungsgemäßen Saugventil.The invention relates to a magnetic circuit having the features of the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to an electromagnetically operated suction valve for a high-pressure fuel pump with a magnetic circuit according to the invention and a high-pressure fuel pump with a suction valve according to the invention.
Stand der TechnikState of the art
Aus der
Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die mechanische Belastbarkeit eines Magnetkreises für ein elektromagnetisch betätigbares Saugventil einer Kraftstoff-Hochdruckpumpe weiter zu erhöhen. Zudem soll der Magnetkreis einfach herstellbar sein.Based on the above-mentioned prior art, the present invention seeks to further increase the mechanical strength of a magnetic circuit for an electromagnetically actuated suction valve of a high-pressure fuel pump. In addition, the magnetic circuit should be easy to produce.
Zur Lösung der Aufgabe wird der Magnetkreis mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Ferner werden ein elektromagnetisch betätigbares Saugventil mit einem erfindungsgemäßen Magnetkreis sowie eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe mit einem erfindungsgemäßen Saugventil angegeben.To solve the problem, the magnetic circuit with the features of claim 1 is proposed. Advantageous developments of the invention can be found in the dependent claims. Furthermore, an electromagnetically operated suction valve with a magnetic circuit according to the invention and a high-pressure fuel pump with a suction valve according to the invention are specified.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Der für ein elektromagnetisch betätigbares Saugventil einer Kraftstoff-Hochdruckpumpe vorgeschlagene Magnetkreis umfasst eine ringförmige Magnetspule zur Einwirkung auf einen zwischen zwei Endanschlägen hubbeweglichen Anker und einen mindestens einen Endanschlag ausbildenden Körper, der zumindest abschnittsweise aus einem magnetischen oder magnetisierbaren Material gefertigt ist. Erfindungsgemäß definieren die Endanschläge einen Ankerbewegungsraum, der vollständig innerhalb des Körpers ausgebildet ist. Das heißt, dass der Körper eine axiale Erstreckung besitzt, die größer als die des Ankerbewegungsraums ist. Zugleich wird der Ankerbewegungsraum in radialer Richtung sowie in mindestens einer axialen Richtung von dem Körper begrenzt.The proposed for an electromagnetically actuated suction valve of a high-pressure fuel pump magnetic circuit comprises an annular magnetic coil for acting on a liftable between two end stops armature and at least one end stop forming body, which is at least partially made of a magnetic or magnetizable material. According to the invention, the end stops define an armature movement space that is completely formed within the body. That is, the body has an axial extent greater than that of the armature travel space. At the same time the armature movement space is limited in the radial direction and in at least one axial direction of the body.
Da der Körper zumindest abschnittsweise aus einem magnetischen oder magnetisierbaren Material gefertigt ist, vermag er einen Polkern und/oder einen Ventilkörper zu ersetzen. Darüber hinaus ist eine der Verbindung von Polkern und Ventilkörper dienende Hülse verzichtbar. Das heißt, dass die Anzahl der Bauteile gesenkt und die Montage erleichtert wird. Insbesondere entfällt der Montageschritt der Verschweißung der Hülse mit dem Polkern bzw. dem Ventilkörper. Der Wegfall der Schweißnähte hat ferner zur Folge, dass die Robustheit des Magnetkreises gesteigert wird.Since the body is at least partially made of a magnetic or magnetizable material, it is capable of replacing a pole core and / or a valve body. In addition, one of the connection of pole core and valve body serving sleeve is dispensable. This means that the number of components is reduced and assembly is facilitated. In particular, the assembly step of welding the sleeve to the pole core or the valve body is eliminated. The omission of the welds also has the consequence that the robustness of the magnetic circuit is increased.
Darüber hinaus entfallen Dichtstellen zur Abdichtung des in der Regel medienbeaufschlagten Ankerbewegungsraums. Bei dem Medium kann es sich insbesondere um Kraftstoff handeln, wenn der Magnetkreis der Betätigung eines Saugventils für eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe dient. Der den Ankerbewegungsraum begrenzende, einteilig ausgeführte Körper stellt insbesondere sicher, dass die radial außen in Bezug auf den Körper angeordnete Magnetspule nicht in Kontakt mit dem im Ankerbewegungsraum aufgenommenen Medium gelangt. Dadurch reduziert sich der Aufwand, der üblicherweise erforderlich ist, um die gewünschte Dichtheit bei „trockener“ Magnetspule herzustellen, deutlich.In addition, there are no sealing points for sealing the usually medienbeaufschlagten anchor movement space. In particular, the medium may be fuel when the magnetic circuit is for actuating a suction valve for a high-pressure fuel pump. In particular, the one-piece body delimiting the armature movement space ensures that the magnet coil arranged radially outward with respect to the body does not come into contact with the medium received in the armature movement space. As a result, the effort that is usually required to produce the desired tightness in "dry" solenoid, significantly reduced.
Die Bestandteile des Magnetkreises sind vorzugsweise derart angeordnet, dass der den Ankerbewegungsraum ausbildende Körper die ringförmige Magnetspule durchgreift. Der Ankerbewegungsraum kommt demnach – zumindest abschnittsweise – innerhalb der Magnetspule zu liegen. Der Magnetkreis eignet sich somit insbesondere zur Realisierung einer nach dem Tauchankerprinzip arbeitenden Magnetbaugruppe.The components of the magnetic circuit are preferably arranged such that the armature moving space forming body passes through the annular magnetic coil. The armature movement space is therefore - at least in sections - to lie within the magnetic coil. The magnetic circuit is thus particularly suitable for the realization of a magnet assembly operating according to the plunger-rod principle.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der den Ankerbewegungsraum ausbildende Körper in einem additiven Herstellungsverfahren, vorzugsweise in einem 3D-Druckverfahren, hergestellt worden. Additive Herstellungsverfahren, wie beispielsweise das 3D-Drucken, ermöglichen einen Aufbau des Körpers um ein weiteres Bauteil herum. Beispielsweise kann der Körper um ein als Anker dienendes Bauteil herum aufgebaut werden, so dass ein weiterer Montageschritt entfällt. Ferner kann der Körper derart gestaltet werden, dass er den Anker beidseitig umgreift. Auf diese Weise kann ein Körper geschaffen werden, der beide Endanschläge für den Anker ausbildet. Die Herstellung des Körpers in einem 3D-Druckverfahren besitzt ferner den Vorteil, dass eine Vielzahl unterschiedlicher Materialien einsetzbar ist, so dass eine möglichst funktionsgerechte Materialauswahl getroffen werden kann.According to a preferred embodiment of the invention, the armature moving space forming body has been manufactured in an additive manufacturing process, preferably in a 3D printing process. Additive manufacturing processes, such as 3D printing, allow the body to build up around another component. For example, the body may be built around an anchor member, so that a further assembly step is omitted. Furthermore, the body can be designed such that it engages around the anchor on both sides. In this way, a body can be created, which forms both end stops for the anchor. The production of the body in a 3D printing process also has the advantage that a large number of different materials can be used, so that the most functional selection of materials can be made.
Bevorzugt ist der Körper aus mindestens zwei, vorzugsweise mindestens drei unterschiedlichen Materialien gefertigt. Die unterschiedlichen Materialien kommen dabei bevorzugt in unterschiedlichen Bereichen und/oder Abschnitten des Körpers zum Einsatz. Das Material kann dann in diesem Fall optimal auf die jeweilige Funktion eines Bereichs bzw. Abschnitts abgestimmt werden.Preferably, the body is made of at least two, preferably at least three different materials. The different materials are preferably used in different areas and / or sections of the body. The material can then be optimally adapted to the respective function of a region or section in this case.
Als Teil des Magnetkreises muss der Körper zumindest bereichs- oder abschnittsweise aus einem magnetischen oder magnetisierbaren Material gefertigt sein, damit der Magnetfluss gewährleistet ist. Das Material ist daher insbesondere im Hinblick auf seine magentischen Eigenschaften auszuwählen. Materialien mit besonders guten magnetischen Eigenschaften sind jedoch in der Regel wenig verschleißfest, so dass sie sich weniger gut zur Ausbildung von mechanisch hoch belasteten Anschlags- oder Führungsflächen eignen. Durch die Verwendung unterschiedlicher Materialien kann dieser Zielkonflikt gelöst werden.As part of the magnetic circuit, the body must be made of a magnetic or magnetizable material, at least in sections or in sections, so that the magnetic flux is ensured. The material is therefore to be selected in particular with regard to its magenta properties. However, materials with particularly good magnetic properties are generally less resistant to wear, so that they are less suitable for the formation of mechanically highly loaded stop or guide surfaces. By using different materials this conflict of objectives can be solved.
Beispielsweise kann ein als Endanschlag für den Anker dienender Bereich bzw. Abschnitt aus einem besonders harten, verschleißfesten Material gefertigt sein, um den Verschleiß in diesem Bereich bzw. Abschnitt durch den anschlagenden Anker zu minimieren. Alternativ oder ergänzend kann ein der Führung des Ankers dienender Bereich oder Abschnitt aus einem Material gefertigt sein, das sich als besonders verschleißfest in Bezug auf die in der Führung auftretenden Reibungskräfte erweist. Im Übrigen kann der Körper aus einem magnetischen oder magnetisierbaren Material gefertigt sein, um einen hohen Magnetfluss zu gewährleisten.For example, a serving as an end stop for the anchor area or section of a particularly hard, wear-resistant material to be made in order to minimize the wear in this area or section by the abutting anchor. Alternatively or additionally, an area or section serving to guide the armature can be made of a material which proves to be particularly resistant to wear in relation to the frictional forces occurring in the guide. Incidentally, the body may be made of a magnetic or magnetizable material to ensure a high magnetic flux.
In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Körper einen hülsenförmigen Abschnitt aufweist, der aus einem Material gefertigt ist, das weder magnetisch noch magnetisierbar ist, wobei an den hülsenförmigen Abschnitt in axialer Richtung beidseits Abschnitte angrenzen, die jeweils aus einem magnetischen oder magnetisierbaren Material gefertigt sind. Ein derart aufgebauter Körper vermag einen Polkern, einen Ventilkörper und eine den Polkern mit dem Ventilkörper verbindende Hülse zu ersetzen, die üblicherweise zugleich der magnetischen Trennung von Polkern und Ventilkörper dient und demzufolge aus einem Material gefertigt ist, das weder magnetisch noch magnetisierbar ist. Alle drei Bauteile, nämlich Polkern, Ventilkörper und Hülse, werden demnach durch einen einzigen Körper ausgebildet, wodurch die Anzahl der Bauteile deutlich gesenkt wird. Ferner wird die Montage des Magnetkreises erleichtert, da es weniger Bauteile zu verbinden gilt. Zugleich sinkt die Anzahl an Dichtstellen, die es durch zusätzliche Maßnahmen abzudichten gilt.In a further development of the invention it is proposed that the body has a sleeve-shaped portion which is made of a material which is neither magnetic nor magnetizable, adjacent to the sleeve-shaped portion in the axial direction on both sides of sections, each made of a magnetic or magnetizable material are. A body constructed in this way can replace a pole core, a valve body and a sleeve connecting the pole core with the valve body, which usually also serves at the same time for the magnetic separation of pole core and valve body and is accordingly made of a material which is neither magnetic nor magnetizable. All three components, namely pole core, valve body and sleeve, are thus formed by a single body, whereby the number of components is significantly reduced. Furthermore, the assembly of the magnetic circuit is facilitated because it applies less components to connect. At the same time, the number of sealing points decreases, which must be sealed by additional measures.
Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass der Körper bereichsweise, vorzugsweise im Bereich mindestens eines Endanschlags, aus einem Material gefertigt ist, das weder magnetisch noch magnetisierbar ist. Durch die Anordnung eines solchen Materials im Bereich eines Endanschlags kann einem magnetischen Kleben des Ankers am Endanschlag entgegengewirkt werden. Das nicht magnetische bzw. nicht magnetisierbare Material bildet demnach bevorzugt eine als Endanschlag dienende Anschlagfläche für den Anker aus. Bei einer entsprechenden Materialauswahl können zugleich Dämpfungseffekte im Bereich eines Endanschlags erzielt werden, so dass die Robustheit des Magnetkreises weiter steigt.Alternatively or additionally, it is proposed that the body is made in regions, preferably in the region of at least one end stop, from a material which is neither magnetic nor magnetizable. The arrangement of such a material in the region of an end stop can be counteracted by a magnetic gluing of the armature to the end stop. The non-magnetic or non-magnetizable material therefore preferably forms an abutment surface serving as an end stop for the armature. With an appropriate choice of material damping effects in the area of an end stop can be achieved at the same time, so that the robustness of the magnetic circuit continues to increase.
Bevorzugt weist der Körper des Magnetkreises einen den Ankerbewegungsraum in axialer Richtung begrenzenden Ringbund zur Ausbildung eines Endanschlags für den Anker auf. Der Ringbund lässt eine Öffnung frei, durch welche ein Abschnitt des Ankers oder ein mit dem Anker verbundener Kontaktstift zur Kontaktierung eines Ventilstößels hindurchführbar ist. Über den Magnetkreis kann somit der Ventilstößel direkt betätigt werden.Preferably, the body of the magnetic circuit has a the armature movement space in the axial direction limiting annular collar to form an end stop for the armature. The annular collar leaves an opening through which a portion of the armature or a contact pin connected to the armature can be guided for contacting a valve tappet. Thus, the valve stem can be actuated directly via the magnetic circuit.
Der Ringbund kann zumindest bereichsweise aus einem Material gefertigt sein, das weder magnetisch noch magnetisierbar ist. Dies gilt insbesondere für einen den Ankerbewegungsraum begrenzenden Bereich des Ringbunds. Der Ringbund bzw. der den Ringbund ausbildende Körper vermag auf diese Weise eine als Endanschlag dienende Anschlagplatte zu ersetzen, die üblicherweise in den Ankerbewegungsraum eingesetzt und an einem Ringbund des Ventilkörpers abgestützt wird. Ein derart ausgebildeter Ringbund wirkt einem magnetischen Kleben des Ankers am Endanschlag entgegen. Ferner kann der Verschleiß im Bereich des Endanschlags am Ringbund verringert werden, wenn ein Material gewählt wird, das zudem besonders hart und verschleißfest ist.The annular collar may at least partially be made of a material that is neither magnetic nor magnetizable. This applies in particular to a region of the annular collar which delimits the armature movement space. The annular collar or the body forming the annular collar is thus able to replace an end stop serving as a stop plate, which is usually inserted into the armature movement space and supported on an annular collar of the valve body. Such a trained annular collar counteracts a magnetic sticking of the armature to the end stop. Furthermore, the wear in the area of the end stop on the collar can be reduced if a material is chosen which is also particularly hard and wear-resistant.
Analog einer im 3D-Druckverfahren hergestellten Anschlagplatte kann im Bereich des weiteren Endanschlags eine Restluftspaltscheibe ausgebildet werden. Um einem magnetischen Kleben des Ankers am weiteren Endanschlag entgegen zu wirken, wird hierzu bevorzugt ein Material verwendet, das weder magnetisch noch magnetisierbar ist.Analogous to a stop plate produced in the 3D printing process, a residual air gap disk can be formed in the region of the further end stop. In order to counteract magnetic sticking of the armature to the further end stop, a material which is neither magnetic nor magnetizable is preferably used for this purpose.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass der Körper eine den Ankerbewegungsraum in radialer Richtung begrenzende Innenumfangsfläche aufweist. Über die Innenumfangsfläche des Körpers kann eine Führung des Ankers bewirkt werden. Bevorzugt weist die Innenumfangsfläche Ausnehmungen auf, die den Ankerbewegungsraum erweitern. Die Ausnehmungen verringern den Kontaktbereich des Ankers mit dem Körper, so dass der Verschleiß aufgrund Reibung verringert wird. Ferner bilden die Ausnehmungen Taschen aus, in denen sich das im Ankerbewegungsraum vorhandene Medium sammeln kann, was den Aufbau eines Schmierfilms begünstigt. Ausnehmungen in Form von Längsnuten fördern bei einer Hubbewegung des Ankers einen Druckausgleich innerhalb des Ankerbewegungsraums. Furthermore, it is proposed that the body has an inner peripheral surface delimiting the armature movement space in the radial direction. About the inner peripheral surface of the body, a guide of the anchor can be effected. Preferably, the inner peripheral surface has recesses which expand the armature movement space. The recesses reduce the contact area of the armature with the body, so that the wear due to friction is reduced. Furthermore, the recesses form pockets in which the medium present in the armature movement space can accumulate, which favors the construction of a lubricating film. Recesses in the form of longitudinal grooves promote a pressure compensation within the armature movement space during a stroke movement of the armature.
Da elektromagnetisch betätigbare Saugventile den bevorzugten Anwendungsbereich für einen erfindungsgemäßen Magnetkreis darstellen, wird ferner ein elektromagnetisch betätigbares Saugventil für eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe mit einem solchen Magnetkreis vorgeschlagen. Durch die erhöhte mechanische Belastbarkeit des Magnetkreises kann auch die Robustheit und damit die Lebensdauer des Saugventils gesteigert werden. Zugleich ist das Saugventil einfach herstellbar, da der Montageaufwand deutlich verringert ist.Since solenoid-operated suction valves represent the preferred field of application for a magnetic circuit according to the invention, an electromagnetically actuated suction valve for a high-pressure fuel pump with such a magnetic circuit is also proposed. Due to the increased mechanical strength of the magnetic circuit and the robustness and thus the life of the suction valve can be increased. At the same time, the suction valve is easy to produce, since the assembly cost is significantly reduced.
Vorzugsweise durchgreift der den Ankerbewegungsraum ausbildende Körper die ringförmige Magnetspule. Auf diese Weise wird eine in axialer Richtung kompakt bauende Anordnung erreicht, die den Bauraumbedarf des Saugventils senkt.Preferably, the armature moving space forming body passes through the annular magnetic coil. In this way, a compact construction in the axial direction is achieved, which reduces the space requirement of the suction valve.
Ferner wird eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einem erfindungsgemäßen Saugventil angegeben. Das Saugventil ist dabei bevorzugt in ein Gehäuseteil der Kraftstoff-Hochdruckpumpe integriert, so dass eine besonders kompakt bauende Anordnung erreicht wird.Further, a fuel high pressure pump for a fuel injection system is provided with a suction valve according to the invention. The suction valve is preferably integrated in a housing part of the high-pressure fuel pump, so that a particularly compact construction arrangement is achieved.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt einen schematischen Längsschnitt durch ein elektromagnetisch betätigbares Saugventil mit einem erfindungsgemäßen Magnetkreis, wobei das Saugventil in ein Gehäuseteil einer Kraftstoff-Hochdruckpumpe integriert ist.A preferred embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. This shows a schematic longitudinal section through an electromagnetically actuated suction valve with a magnetic circuit according to the invention, wherein the suction valve is integrated in a housing part of a high-pressure fuel pump.
Ausführliche Beschreibung der ZeichnungDetailed description of the drawing
Das dargestellte elektromagnetisch betätigbare Saugventil
Zur Betätigung des Ventilstößels
Der Ringbund
Bei einer Bestromung der Magnetspule
Der einteilig ausgeführte Körper
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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2017
- 2017-06-21 WO PCT/EP2017/065191 patent/WO2018019483A1/en active Application Filing
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