DE102016214884A1 - Electromagnetically operated suction valve and high-pressure fuel pump - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisch ansteuerbares Saugventil (1) für eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe (2), umfassend eine ringförmige Magnetspule (3) zur Einwirkung auf einen zwischen zwei Endanschlägen (4, 5) hubbeweglichen und mit einem Ventilstößel (6) koppelbaren Anker (7), der zumindest abschnittsweise in einer Ausnehmung (8) eines Ventilkörpers (9) aufgenommen ist. Erfindungsgemäß weist der Anker (7) mehrere exzentrisch angeordnete Durchgangsbohrungen (10) auf, die über mindestens eine umlaufende Nut (11), die im Anker (7) und/oder in einem den ersten Endanschlag (4) ausbildenden Anschlagelement (12) ausgebildet ist, hydraulisch verbunden oder verbindbar sind. Ferner betrifft die Erfindung eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe (2) mit einem solchen Saugventil (1).The invention relates to an electromagnetically controllable suction valve (1) for a high-pressure fuel pump (2), comprising an annular magnet coil (3) for acting on a hub movable between two end stops (4, 5) and can be coupled to a valve tappet (6) ), which is at least partially accommodated in a recess (8) of a valve body (9). According to the invention, the armature (7) has a plurality of eccentrically arranged through holes (10) which are formed via at least one circumferential groove (11) formed in the armature (7) and / or in a stop element (12) forming the first end stop (4) , hydraulically connected or connectable. Furthermore, the invention relates to a high-pressure fuel pump (2) with such a suction valve (1).
Description
Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisch betätigbares Saugventil für eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Das vorgeschlagene elektromagnetisch betätigbare Saugventil dient der Versorgung einer Kraftstoff-Hochdruckpumpe mit Kraftstoff. Die Erfindung betrifft daher ferner eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe mit einem solchen Saugventil.The invention relates to an electromagnetically operated suction valve for a high-pressure fuel pump with the features of the preamble of
Stand der TechnikState of the art
Aus der
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektromagnetisch betätigbares Saugventil für eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe anzugeben, dessen Robustheit weiter gesteigert ist. Ferner soll die Dynamik der Ankerbewegung optimiert werden, um die Ventilschaltzeit zu verringern und/oder Ventilschaltzeitschwankungen zu minimieren.The present invention has for its object to provide an electromagnetically actuated suction valve for a high pressure fuel pump whose robustness is further increased. Furthermore, the dynamics of the armature movement should be optimized to reduce the valve switching time and / or to minimize valve timing variations.
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.To solve the problem, the electromagnetically actuated suction valve with the features of
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Das für eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe 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. Erfindungsgemäß weist der Anker mehrere exzentrisch angeordnete Durchgangsbohrungen auf, die über mindestens eine umlaufende Nut, die im Anker und/oder in einem den ersten Endanschlag ausbildenden Anschlagelement ausgebildet ist, hydraulisch verbunden oder verbindbar sind.The electromagnetically actuated intake valve proposed for a high-pressure fuel pump comprises an annular solenoid for acting on an armature which can be lifted between two limit stops and can be coupled to a valve tappet, which is accommodated at least in sections in a recess of a valve body. According to the invention, the armature has a plurality of eccentrically arranged through bores which are hydraulically connected or connectable via at least one circumferential groove formed in the armature and / or in a stop element forming the first end stop.
Die mehreren im Anker ausgebildeten Durchgangsbohrungen ermöglichen einen hydraulischen Druckausgleich bei einer Hubbewegung des Ankers in Kraftstoff. Je nach Bewegungsrichtung des Ankers vermag der Kraftstoff über die Durchgangsbohrungen aus einem oberhalb des Ankers gelegenen Druckraum in einen unterhalb des Ankers gelegenen Druckraum bzw. umgekehrt zu strömen. Die Durchgangsbohrungen fördern somit einen schnellen Druckausgleich. Darüber hinaus reduzieren sie die Masse des Ankers, so dass dessen Dynamik steigt. Dies wiederum führt zu einer Reduzierung der Ventilschaltzeit.The plurality of through holes formed in the anchor allow a hydraulic pressure equalization in a stroke movement of the armature in fuel. Depending on the direction of movement of the armature, the fuel can flow via the through bores from a pressure space located above the armature into a pressure space located below the armature or vice versa. The through holes thus promote rapid pressure equalization. In addition, they reduce the mass of the anchor so that its dynamics increase. This in turn leads to a reduction of the valve switching time.
Vorzugsweise sind die mehreren Durchgangsbohrungen in gleichem Winkelabstand zueinander auf einer gedachten Kreislinie angeordnet, so dass der Anker bei einer Hubbewegung gleichmäßig von Kraftstoff durchströmt wird. Beispielsweise können drei, vier oder mehr Durchgangsbohrungen im Anker ausgebildet sein.Preferably, the plurality of through holes are arranged at the same angular distance from each other on an imaginary circular line, so that the armature is flowed through evenly in a lifting movement of fuel. For example, three, four or more through-holes may be formed in the armature.
Zur weiteren Optimierung der Ankerdynamik gilt es ein hydraulisches Kleben des Ankers an den Endanschlägen zu verhindern. Hydraulische Klebeeffekte sind darauf zurückzuführen, dass sich zwischen dem Anker und dem jeweiligen Endanschlag ein Unterdruck ausbildet, der ein Lösen des Ankers vom Endanschlag erschwert. Zugleich steigt aufgrund des Unterdrucks die Kavitationsgefahr, so dass angrenzende Bereiche einem erhöhten Verschleiß durch Kavitationserosion ausgesetzt sind.To further optimize the armature dynamics, it is important to prevent hydraulic bonding of the armature to the end stops. Hydraulic adhesive effects are due to the fact that forms a negative pressure between the armature and the respective end stop, which makes it difficult to loosen the armature of the end stop. At the same time due to the negative pressure increases the risk of cavitation, so that adjacent areas are exposed to increased wear by cavitation erosion.
Um hydraulischen Klebeeffekten im Bereich des ersten Endanschlags entgegen zu wirken, weist das erfindungsgemäße Saugventil eine im Anker oder im Anschlagelement ausgebildete umlaufende Nut, insbesondere Ringnut, zur hydraulischen Verbindung der den Anker durchsetzenden Durchgangsbohrungen auf.In order to counteract hydraulic adhesive effects in the region of the first end stop, the suction valve according to the invention has a circumferential groove, in particular an annular groove formed in the armature or in the stop element, for the hydraulic connection of the through holes passing through the armature.
Über eine im Anker ausgebildete umlaufende Nut ist eine konstante hydraulische Verbindung der Durchgangsbohrungen hergestellt. Über eine im Anschlagelement ausgebildete umlaufende Nut ist eine hydraulische Verbindung der Durchgangsbohrungen zumindest bei anliegendem Anker hergestellt. Die mindestens eine im Anker und/oder im Anschlagelement ausgebildete umlaufende Nut weist hierzu einen gemeinsamen Überdeckungsbereich mit den im Anker ausgebildeten Durchgangsbohrungen auf.About a trained in the anchor circumferential groove a constant hydraulic connection of the through holes is made. About a formed in the stop element circumferential groove a hydraulic connection of the through holes is made at least at fitting anchor. For this purpose, the at least one circumferential groove formed in the armature and / or in the stop element has a common covering area with the through bores formed in the armature.
Die mindestens eine im Anker und/oder im Anschlagelement ausgebildete umlaufende Nut reduziert den Kontaktbereich des Ankers mit dem Anschlagelement. Ferner bildet sie einen mit Kraftstoff gefüllten Hohlraum zwischen dem Anker und dem Anschlagelement aus, der ein Unterströmen des Ankers mit Kraftstoff begünstigt, wenn sich der Anker vom Anschlagelement zu lösen versucht. Der über die Nut zwischen den Anker und das Anschlagelement gelangende Kraftstoff wirkt der Entstehung lokaler Unterdruckgebiete entgegen und verhindert somit ein hydraulisches Kleben des Ankers am Anschlagelement. Die Ankerbewegung ist somit hoch dynamisch. Dies wiederum führt zu kurzen und wenig schwankenden Ventilschaltzeiten. Des Weiteren sinkt die Kavitationsgefahr.The at least one circumferential groove formed in the armature and / or in the stop element reduces the contact area of the armature with the stop element. Further, it forms a fuel-filled cavity between the armature and the stop element, which favors an underflow of the armature with fuel when the armature tries to release from the stop element. The passing over the groove between the armature and the stop element fuel counteracts the formation of local vacuum areas and thus prevents hydraulic bonding of the armature to the stop element. The anchor movement is thus highly dynamic. This in turn leads to short and little fluctuating valve switching times. Furthermore, the danger of cavitation decreases.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Anschlagelement zumindest abschnittsweise plattenförmig ausgebildet und an einem in die Ausnehmung hineinragenden Ringbund des Ventilkörpers axial abgestützt. Beispielsweise kann das Anschlagelement als einfache Platte ausgebildet sein, die auf dem Ringbund des Ventilkörpers aufliegt. Der plattenförmige Abschnitt des Anschlagelements bzw. das plattenförmige Anschlagelement bildet den ersten Endanschlag aus und ermöglicht darüber hinaus eine Einstellung des Hubs des Ankers. Sofern das Anschlagelement aus einem nichtmagnetischen oder nichtmagnetisierbaren Material gefertigt ist, kann es zudem zur magnetischen Trennung des Ankers vom Ventilkörper eingesetzt werden. Darüber hinaus kann ein Material zur Ausbildung des Anschlagelements gewählt werden, dass besonders verschleißfest ist und somit zur Robustheitssteigerung des Saugventils beiträgt.According to a preferred embodiment of the invention, the stop element is at least partially plate-shaped and axially supported on a protruding into the recess annular collar of the valve body. For example, the stop element may be formed as a simple plate, which rests on the annular collar of the valve body. The plate-shaped portion of the stop member or the plate-shaped stop member forms the first end stop and also allows adjustment of the stroke of the armature. If the stop element is made of a non-magnetic or non-magnetizable material, it can also be used for magnetic separation of the armature from the valve body. In addition, a material for forming the stop element can be selected, which is particularly resistant to wear and thus contributes to the increase in robustness of the suction valve.
Ferner wird vorgeschlagen, dass das Anschlagelement einen den Ringbund des Ventilkörpers umgreifenden Kragenabschnitt aufweist. Über den Kragenabschnitt ist die radiale Lage des Anschlagelements vorgebbar. Vorzugsweise ist das Anschlagelement über den Kragenabschnitt in den Ventilkörper eingepresst. In diesem Fall ist das Anschlagelement sowohl in radialer als auch in axialer Richtung lagefixiert. Die axiale Lagefixierung verhindert, dass das Anschlagelement am Anker kleben bleibt, wenn sich dieser vom ersten Endanschlag weg in Richtung des weiteren Endanschlags bewegt. Der Presssitz des Anschlagelements fördert somit eine hohe Ankerdynamik.It is also proposed that the stop element has a collar portion embracing the annular collar of the valve body. About the collar portion, the radial position of the stop element can be predetermined. Preferably, the stop element is pressed over the collar portion in the valve body. In this case, the stop element is fixed in position both in the radial and in the axial direction. The axial position fixation prevents the stop element from sticking to the armature when it moves away from the first end stop in the direction of the further end stop. The interference fit of the stop element thus promotes a high anchor dynamics.
Des Weiteren bevorzugt weist das Anschlagelement eine zentrale Ausnehmung auf, die unabhängig vom Hub des Ankers mit den im Anker ausgebildeten Durchgangsbohrungen hydraulisch verbunden ist. Das heißt, dass die zentrale Ausnehmung des Anschlagelements ebenfalls einen Überdeckungsbereich mit den Durchgangsbohrungen aufweist. Über die zentrale Ausnehmung des Anschlagelements ist demnach der im Ventilkörper ausgebildete Ankerbewegungsraum mit einem weiteren Druckraum verbunden, in den Kraftstoff verdrängt werden kann bzw. aus dem Kraftstoff nachströmen kann, um den erforderlichen Druckausgleich bei einer Hubbewegung des Ankers herzustellen.In addition, the stop element preferably has a central recess which is hydraulically connected to the through holes formed in the armature independently of the stroke of the armature. This means that the central recess of the stop element also has a covering area with the through-holes. Accordingly, the armature movement space formed in the valve body is connected to a further pressure space via the central recess of the stop element, into which fuel can be displaced or can flow out of the fuel in order to produce the required pressure equalization during a stroke movement of the armature.
Vorteilhafterweise ist im Anker mindestens eine umlaufende Nut ausgebildet, die durch das Anschlagelement bei anliegendem Anker vollständig abgedeckt ist. Der Kontaktbereich des Ankers mit dem Anschlagelement wird demnach maximal, und zwar um die Nutbreite, verringert. Entsprechend verringert sich die Gefahr eines hydraulischen Klebens des Ankers am Anschlagelement. Darüber hinaus reduziert die mindestens eine im Anker ausgebildete Nut die Masse des Ankers, was sich ebenfalls günstig auf die Dynamik des Ankers auswirkt.Advantageously, at least one circumferential groove is formed in the armature, which is completely covered by the stop element at adjacent anchor. The contact area of the armature with the stop element is thus maximally reduced, namely by the groove width. Accordingly, the risk of hydraulic sticking of the armature to the stop element is reduced. In addition, the at least one groove formed in the armature reduces the mass of the armature, which also has a favorable effect on the dynamics of the armature.
Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass mindestens eine umlaufende Nut innerhalb einer dem Anker zugewandten Stirnfläche des Anschlagelements ausgebildet ist, so dass die Nut radial innen und radial außen von der Stirnfläche begrenzt wird. Auch in dieser Anordnung reduziert die Nut den Kontaktbereich zwischen dem Anker und dem Anschlagelement, so dass hydraulischen Klebeeffekten entgegengewirkt wird.Alternatively or additionally, it is proposed that at least one circumferential groove is formed within an end face of the stop element facing the armature, so that the groove is bounded radially inward and radially outward by the end face. In this arrangement too, the groove reduces the contact area between the armature and the stop element, so that hydraulic adhesive effects are counteracted.
Vorteilhafterweise wird der zweite Endanschlag von einem Polkern gebildet, der gemeinsam mit dem Anker einen Arbeitsluftspalt begrenzt. Über die Lage des Polkerns zum Ventilkörper und damit zum Anschlagelement kann der Hub des Ankers eingestellt werden.Advantageously, the second end stop is formed by a pole core, which defines a working air gap together with the armature. On the position of the pole core to the valve body and thus the stop element, the stroke of the armature can be adjusted.
Der Polkern ist vorzugsweise 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.The pole core is preferably fixedly connected to the valve body via a sleeve, so that the once set stroke of the armature undergoes no change due to a relative movement of the pole core relative to the valve body. Preferably, the sleeve is welded to the pole core and / or the valve body. In this way, a particularly robust and also fluid-tight connection can be achieved.
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.Further, a high-pressure fuel pump for a fuel injection system is proposed with a suction valve according to the invention. The suction valve is preferably integrated in a housing part of the high-pressure fuel pump. This means that the valve stem of the suction valve is guided over a bore of the housing part of the high-pressure fuel pump and / or cooperates with a valve seat formed in the housing part of the high-pressure fuel pump. By integrating the suction valve in the high-pressure fuel pump, a particularly compact structure can be created.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen: Preferred embodiments of the invention are explained below with reference to the accompanying drawings. These show:
Ausführliche Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings
Das in der
Der Ventilstößel
Im Betrieb des Saugventils
Das Anschlagelement
Um zugleich ein hydraulisches Kleben des Ankers
Eine Abwandlung des Saugventils
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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