DE102016215304A1

DE102016215304A1 - Elektromagnetisch betätigbares Saugventil und Kraftstoff-Hochdruckpumpe

Info

Publication number: DE102016215304A1
Application number: DE102016215304.8A
Authority: DE
Inventors: Christian Langenbach; Klaus Wuerth
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-08-17
Filing date: 2016-08-17
Publication date: 2018-02-22
Also published as: WO2018033278A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisch ansteuerbares Saugventil (1) für eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe (2), umfassend eine ringförmige Magnetspule (3) zur Einwirkung auf einen mit einem Ventilstößel (4) koppelbaren Anker (5), der zumindest abschnittsweise in einer zentralen Ausnehmung (6) eines Ventilkörpers (7) hubbeweglich aufgenommen ist, wobei am Ventilkörper (7) eine die Magnetspule (3) zumindest abschnittsweise umgebende Magnethülse (8) axial abgestützt ist, die einen sich nach radial außen erstreckenden Bund (9) zur Aufnahme einer Spannmutter (10) besitzt, mittels welcher das Saugventil (1) an der Hochdruckpumpe (2) fixierbar ist. Erfindungsgemäß ist unmittelbar am Bund (9) anliegend ein ringförmiges Dichtelement (11) auf der Magnethülse (8) angeordnet. Ferner betrifft die Erfindung eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe (2) mit einem solchen Saugventil (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.
Stand der Technik
Aus der DE 10 2014 220 757 A1 geht ein elektromagnetisch betätigbares Saugventil zur Befüllung eines Hochdruck-Elementraums einer Hochdruckpumpe mit Kraftstoff hervor, das in der Weise in ein Gehäuseteil der Hochdruckpumpe integriert ist, dass das Gehäuseteil eine Führung und einen Ventilsitz für einen Ventilkolben des Saugventils ausbildet. Nach der Montage des Ventilkolbens muss demnach nur noch ein Magnetteil des Saugventils mit dem Gehäuseteil der Hochdruckpumpe verbunden werden. Die Verbindung des Magnetteils erfolgt dabei über eine als Tiefziehteil ausgebildete Magnethülse, die eine ringförmige Magnetspule zur Einwirkung auf einen mit dem Ventilkolben koppelbaren Anker umgibt. Hierbei wird ein Endabschnitt der Magnethülse über einen Kragen des Gehäuseteils der Hochdruckpumpe gestülpt und derart verformt, dass der Endabschnitt in eine umlaufende Ringnut des Kragens eingreift. Um zu verhindern, dass von außen Feuchtigkeit in das Saugventil eindringt, ist zwischen dem Kragen des Gehäuseteils und dem Ventilteil des Saugventils ein Dichtring eingelegt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektromagnetisch betätigbares Saugventil für eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe mit einem verbesserten Dichtkonzept anzugeben. Zugleich soll das Saugventil leicht an einem Gehäuseteil der Kraftstoff-Hochdruckpumpe zu befestigen sein.
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.
Offenbarung der Erfindung
Das für eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe vorgeschlagene elektromagnetisch betätigbare Saugventil umfasst eine ringförmige Magnetspule zur Einwirkung auf einen mit einem Ventilstößel koppelbaren Anker, der zumindest abschnittsweise in einer zentralen Ausnehmung eines Ventilkörpers hubbeweglich aufgenommen ist. Am Ventilkörper ist eine die Magnetspule zumindest abschnittsweise umgebende Magnethülse axial abgestützt, die einen sich nach radial außen erstreckenden Bund zur Aufnahme einer Spannmutter besitzt, mittels welcher das Saugventil an der Hochdruckpumpe fixierbar ist. Erfindungsgemäß ist unmittelbar am Bund anliegend ein ringförmiges Dichtelement auf der Magnethülse angeordnet. Das Dichtelement dient der Abdichtung des Saugventils nach außen, wobei die Lage des Dichtelements derart gewählt ist, dass nach der Fixierung des Saugventils mittels einer Spannmutter an der Hochdruckpumpe weder über den Gewindebereich der Spannmutter noch über den Abstützbereich der Spannmutter am Bund der Magnethülse Feuchtigkeit ins Innere des Saugventils vorzudringen vermag. Bereits mit nur einem ringförmigen Dichtelement sind somit die im Inneren des Saugventils angeordneten Komponenten besser vor Feuchtigkeit geschützt. In der Folge sinkt die Gefahr von Fehlfunktionen, die auf eindringende Feuchtigkeit zurückzuführen sind.
Das ringförmige Dichtelement ist bevorzugt aus einem elastisch verformbaren Werkstoff gefertigt. Durch die elastische Verformbarkeit des Werkstoffs kann das Dichtelement in axialer und/oder radialer Richtung vorgespannt werden. Die Vorspannung erhöht die Dichtkraft, so dass die Dichtwirkung verbessert wird. Ferner können mittels eines elastisch verformbaren Dichtelements in einfacher Weise fertigungs- und/oder montagebedingte Toleranzen ausgeglichen werden.
Besonders bevorzugt ist das Dichtelement aus Polytetrafluorethylen (PTFE), Silikon oder Fluorkarbon-Kautschuk (FKM) gefertigt. Diese Werkstoffe sind nicht nur elastisch verformbar, sondern weisen zudem eine gewisse „Härte“ auf, die verhindert, dass das Dichtelement bei der Montage des Saugventils zerschnitten wird.
Vorteilhafterweise besitzt das ringförmige Dichtelement eine Querschnittsform, die um mindestens eine Achse spiegelsymmetrisch ist. Vorzugsweise ist das Dichtelement um eine Achse gespiegelt, die senkrecht zur Längsachse der Magnethülse verläuft. In diesem Fall ist keine gerichtete Montage des Dichtelements erforderlich, so dass die Montage vereinfacht wird. Beispielsweise kann das Dichtelement einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweisen.
Ferner wird vorgeschlagen, dass das ringförmige Dichtelement mindestens eine gerundete oder gefaste Kante aufweist. Vorzugsweise sind alle Kanten gerundet oder gefast. Dadurch ist sichergestellt, dass das Dichtelement nicht mit Rundungen und/oder Fasen kollidiert, die ggf. an den das Dichtelement umgebenden Bauteilen ausgebildet sind. Dies gilt insbesondere bei einem Dichtelement, das einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt besitzt.
Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass das ringförmige Dichtelement mindestens eine Einschnürung aufweist. Vorzugsweise liegen sich zwei Einschnürungen am Dichtelement gegenüber, so dass innen- und außenumfangseitig und/oder an den beiden Stirnflächen jeweils eine Einschnürung ausgebildet ist. Die Einschnürungen erleichtern die erforderliche elastische Verformung des Dichtelements, so dass eine bessere Dichtwirkung realisierbar ist. Die Verformung wird vorzugsweise bei der Montage des Saugventils erreicht.
Vorteilhafterweise liegt das ringförmige Dichtelement unter einer radialen Vorspannung an der Magnethülse an. Das heißt, dass das Dichtelement bereits vor der Montage des Saugventils radial vorgespannt ist. Die radiale Vorspannung hält das Dichtelement verliersicher auf der Magnethülse. Zudem ist sichergestellt, dass das Dichtelement seine Lage beibehält, wenn das Saugventil mittels der Spannmutter an der Hochdruckpumpe befestigt wird.
Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe wird ferner eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einem erfindungsgemäßen Saugventil und einer Spannmutter vorgeschlagen. Mittels der Spannmutter ist das Saugventil an einem Zylinderkopf der Kraftstoff-Hochdruckpumpe fixiert. Die Spannmutter weist einen Bundabschnitt zur axialen Abstützung am Bund der Magnethülse sowie einen Gewindeabschnitt zur Verschraubung mit einem Gegengewinde an der Hochdruckpumpe auf. Die Spannmutter kommt dabei an der dem Dichtelement abgewandten Seite des Bunds der Magnethülse zu liegen, so dass über die Anzugskraft der Spannmutter die axiale Vorspannung des ringförmigen Dichtelements bewirkt wird. Die axiale Vorspannung sollte eine ausreichende Verpressung des Dichtelements über die auftretenden Toleranzlagen hinweg sicherstellen.
Die Befestigung eines Saugventils an einem Zylinderkopf einer Kraftstoff-Hochdruckpumpe mittels einer Spannmutter ist grundsätzlich bekannt. Allerdings reichen die über die Spannmutter erzielbaren Anzugskräfte nicht aus, um die erforderliche Abdichtung sicherzustellen. Dies gilt insbesondere für den Bereich der Abstützung der Spannhülse am Saugventil, wo in der Regel zwei ebene Flächen aufeinanderliegen. Durch Einsatz des erfindungsgemäßen Saugventils, das eine Magnethülse mit einem außen aufgesetzten ringförmigen Dichtelement umfasst, kann eine Abdichtung erreicht werden, die ein Eindringen von Feuchtigkeit in das Saugventil wirksam verhindert. Das ringförmige Dichtelement ist einfach und kostengünstig herzustellen und zudem einfach zu montieren. Ferner erfordert der Einsatz des ringförmigen Dichtelements keine oder zumindest keine großen konstruktiven Änderungen am Saugventil selbst, so dass sich das vorgeschlagene Dichtkonzept einfach und kostengünstig umsetzen lässt.
Zur Fixierung des Saugventils an der Hochdruckpumpe ist vorzugsweise die Spannmutter auf einen Kragenabschnitt des Zylinderkopfs aufgeschraubt. Der Kragenabschnitt des Zylinderkopfs ist hierzu bevorzugt mit einem Außengewinde versehen, das an das Innengewinde der Spannmutter angepasst ist bzw. umgekehrt. Der Kragenabschnitt erleichtert die Montage.
Das ringförmige Dichtelement ist bei montiertem Saugventil bevorzugt zwischen dem Bund der Magnethülse und einer Stirnfläche des Kragenabschnitts des Zylinderkopfs axial eingespannt. Das heißt, dass Feuchtigkeit von außen weder hinter die Magnethülse des Saugventils, noch hinter den Kragenabschnitt des Zylinderkopfs der Hochdruckpumpe gelangen kann. Idealerweise ist das axial eingespannte Dichtelement zugleich derart radial verformt, dass es sowohl an der Magnethülse als auch an der Spannmutter unter einer radialen Vorspannung anliegt. Auf diese Weise wird die Dichtwirkung weiter optimiert.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist demnach das ringförmige Dichtelement ferner zwischen der Spannmutter und der Magnethülse radial eingespannt.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
1 einen schematischen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Saugventil, das in eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe integriert ist, und
2–9 jeweils einen schematischen Querschnitt durch ein ringförmiges Dichtelement für ein erfindungsgemäßes Saugventil.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Das in der 1 dargestellte elektromagnetisch betätigbare Saugventil 1 dient der Versorgung einer Kraftstoff-Hochdruckpumpe 2 mit Kraftstoff. Das Saugventil 1 ist hierzu in einen Zylinderkopf 14 der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 2 integriert, und zwar in der Weise, dass ein Ventilstößel 4 des Saugventils 1 über eine im Zylinderkopf 14 ausgebildete Bohrung 21 hubbeweglich geführt ist. Die Bohrung 21 mündet über einen Ventilsitz 23 in einen Hochdruckelementraum 20 der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 2, so dass bei geöffnetem Saugventil 1 Kraftstoff aus einem Niederdruckraum 24 über Zulaufbohrungen 25 und den Ventilsitz 23 in den Hochdruckelementraum 20 strömt. Bei geschlossenem Saugventil 1 wird der im Hochdruckelementraum 20 vorhandene Kraftstoff über die Hubbewegung eines Pumpenkolbens (nicht dargestellt) komprimiert und anschließend über ein Auslassventil (nicht dargestellt) einem Hochdruckspeicher (nicht dargestellt) zugeführt.
Der Ventilstößel 4 ist in Schließrichtung von der Federkraft einer Ventilfeder 22 beaufschlagt, so dass die Federkraft der Ventilfeder 22 den Ventilstößel 4 in den Ventilsitz 23 zieht. Um das Saugventil 1 entgegen der Federkraft der Ventilfeder 22 zu öffnen bzw. geöffnet zu halten, ist eine weitere Feder 26 vorgesehen, deren Federkraft größer als die der Ventilfeder 22 ist. Die weitere Feder 26 ist einerseits an einem Anker 5, andererseits an einem Polkern 17 abgestützt, der gemeinsam mit dem Anker 5 einen Arbeitsluftspalt 18 begrenzt. Bleibt eine zur Einwirkung auf den Anker 5 vorgesehene Magnetspule 3 unbestromt, hält die Federkraft der Feder 26 das Saugventil 1 geöffnet. Zum Schließen des Saugventils 1 wird die Magnetspule 3 bestromt. Es bildet sich ein Magnetfeld aus, dessen Magnetkraft den Anker 5 in Richtung des Polkerns 17 zieht, um den zwischen dem Polkern 17 und dem Anker 5 ausgebildeten Arbeitsluftspalt 18 zu schließen. Durch die Bewegung des Ankers 5 wird der Ventilstößel 4 entlastet, so dass die Ventilfeder 22 den Ventilstößel 4 in den Ventilsitz 23 zieht und das Saugventil 1 schließt.
Der Anker 5 ist vorliegend als Tauchanker ausgeführt und in einer zentralen Ausnehmung 6 eines Ventilkörpers 7 aufgenommen, der abschnittsweise in den Zylinderkopf 14 der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 2 eingesetzt ist. Der Ventilkörper 7 ist über eine Hülse 19 mit dem Polkern 17 fest verbunden. Die Hülse 19 ist hierzu mit dem Ventilkörper 7 und dem Polkern 17 verschweißt. Radial außen auf dem Ventilkörper 7 ist eine Magnethülse 8 abgestützt, welche die Magnetspule 3 zumindest abschnittsweise umgibt. An der Magnethülse 8 ist ein Bund 9 ausgebildet, der sich nach radial außen erstreckt und der Abstützung eines Bundabschnitts 27 einer Spannmutter 10 dient, mittels welcher das Saugventil 1 am Zylinderkopf 14 der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 2 fixiert ist. Der Zylinderkopf 14 weist hierzu einen Kragenabschnitt 15 auf, mit dem die Spannmutter 10 über einen Gewindeabschnitt 28 verschraubt ist.
Um das Saugventil 1 vor eindringender Feuchtigkeit zu schützen, ist auf der Magnethülse 8 unterhalb des Bunds 9 ein ringförmiges Dichtelement 11 angeordnet, das beim Verschrauben der Spannmutter 10 mit dem Kragenabschnitt 15 des Zylinderkopfs 14 zwischen dem Bund 9 und einer Stirnfläche 16 des Kragenabschnitts 15 axial eingespannt wird. Dabei verformt sich das Dichtelement 11, so dass es vorzugsweise zugleich radial eingespannt wird, um die Dichtwirkung zu optimieren. Das Maß der Verformung des Dichtelements hängt zum einen von der axialen Vorspannkraft, zum anderen von der Querschnittsform des Dichtelements ab. In der in 1 dargestellten Ausführungsform weist das Dichtelement 11 einen rechteckigen Querschnitt auf.
Vorteilhafte Querschnittsformvarianten sind in den 2 bis 9 dargestellt.
Der 2 ist ein ringförmiges Dichtelement 11 mit einer im Wesentlichen rechteckigen Querschnittsform zu entnehmen, das darüber hinaus gerundete Kanten 12 aufweist.
Anstelle gerundeter Kanten 12 kann das Dichtelement 11 auch gefaste Kanten 12 aufweisen. Entsprechende Ausführungsformen sind in den 3 und 4 dargestellt.
Als besonders vorteilhaft wird eine Querschnittsform mit mindestens einer Einschnürung 13 angesehen, die außenumfangseitig (siehe 5), innenumfangseitig (siehe 6) oder sowohl außen- als auch innenumfangseitig ausgebildet sein kann (siehe 7). Alternativ (siehe 8) oder ergänzend (siehe 9) können stirnseitig angeordnete Einschnürungen 13 vorgesehen sein. Die mindestens eine Einschnürung 13 verbessert die Verformbarkeit des Dichtelements 11, wenn über die Spannmutter 10 eine axiale Vorspannkraft aufgebracht wird. Diese führt zu einer Verformung in radialer Richtung, so dass zugleich eine radiale Abdichtwirkung erzielbar ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014220757 A1 [0002]

Claims

Elektromagnetisch betätigbares Saugventil (1) für eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe (2), umfassend eine ringförmige Magnetspule (3) zur Einwirkung auf einen mit einem Ventilstößel (4) koppelbaren Anker (5), der zumindest abschnittsweise in einer zentralen Ausnehmung (6) eines Ventilkörpers (7) hubbeweglich aufgenommen ist, wobei am Ventilkörper (7) eine die Magnetspule (3) zumindest abschnittsweise umgebende Magnethülse (8) axial abgestützt ist, die einen sich nach radial außen erstreckenden Bund (9) zur Aufnahme einer Spannmutter (10) besitzt, mittels welcher das Saugventil (1) an der Hochdruckpumpe (2) fixierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass unmittelbar am Bund (9) anliegend ein ringförmiges Dichtelement (11) auf der Magnethülse (8) angeordnet ist.
Saugventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das ringförmige Dichtelement (11) aus einem elastisch verformbaren Werkstoff, beispielsweise aus Polytetrafluorethylen, Silikon oder Fluorkarbon-Kautschuk, gefertigt ist.
Saugventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das ringförmige Dichtelement (11) eine Querschnittsform besitzt, die um mindestens eine Achse spiegelsymmetrisch ist.
Saugventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das ringförmige Dichtelement (11) mindestens eine gerundete oder gefaste Kante (12) aufweist.
Saugventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das ringförmige Dichtelement (11) mindestens eine Einschnürung (13) aufweist.
Saugventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das ringförmige Dichtelement (11) unter einer radialen Vorspannung an der Magnethülse (8) anliegt.
Kraftstoff-Hochdruckpumpe (2) für ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einem Saugventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche und einer Spannmutter (10), mittels welcher das Saugventil (1) an einem Zylinderkopf (14) der Kraftstoff-Hochdruckpumpe (2) fixiert ist, wobei vorzugsweise die Spannmutter (10) auf einen Kragenabschnitt (15) des Zylinderkopfs (14) aufgeschraubt ist.
Kraftstoff-Hochdruckpumpe (2) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das ringförmige Dichtelement (11) zwischen dem Bund (9) der Magnethülse (8) und einer Stirnfläche (16) des Kragenabschnitts (15) des Zylinderkopfs (14) axial eingespannt ist.
Kraftstoff-Hochdruckpumpe (2) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das ringförmige Dichtelement (11) zwischen der Spannmutter (10) und der Magnethülse (8) radial eingespannt ist.