DE102016221457A1

DE102016221457A1 - Elektrisch betätigtes Ventil, in einer Hochdruckpumpe eines Kraftstoffeinspritzsystems

Info

Publication number: DE102016221457A1
Application number: DE102016221457.8A
Authority: DE
Inventors: Stefan Kolb; Gabriel Cichon
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-11-02
Filing date: 2016-11-02
Publication date: 2018-05-03

Abstract

Elektrisch betätigtes Ventil (2), in einer Hochdruckpumpe (1) eines Kraftstoffeinspritzsystems, das eine elektrische Aktorgruppe (41) aufweist, durch die ein Ventilelement (14) zwischen einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung bewegbar ist, wobei die elektrische Aktorgruppe (41) ein Gehäuse (20) aufweist und wobei das Gehäuse (20) mittels eines Befestigungselements (8) an einem Pumpenzylinderkopf (27) fixiert wird.Erfindungsgemäß wird dabei ein Dichtelement (22) auch axial in Richtung einer Längsachse (45) vorgespannt, um eine verbesserte Kapselung der elektrischen Aktorgruppe (41) zu bewirken und das Eindringen von Flüssigkeit und Verschmutzung von außen in die elektrische Aktorgruppe (41) zu verhindern.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisch betätigtes Ventil, in einer Hochdruckpumpe eines Kraftstoffeinspritzsystems, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Pumpe, insbesondere eine Hochdruckpumpe eines Kraftstoffeinspritzsystems mit einem solchen Ventil.
Stand der Technik
Ein elektrisch betätigtes Ventil, in einer Hochdruckpumpe eines Kraftstoffeinspritzsystems ist durch die WO 2016/015912 A1 bekannt. Das elektrisch betätigte Ventil weist eine elektrische Aktorgruppe auf, durch die ein Ventilelement zwischen einer Öffnungs- und einer Schließstellung bewegbar ist, wobei die elektrische Aktorgruppe ein Gehäuse aufweist und wobei das Gehäuse mittels eines Befestigungselements an einem Pumpenzylinderkopf fixiert wird. Zudem steht das Ventilelement axial in Richtung einer Längsachse, insbesondere über einen Ankerbolzen, mit einem Magnetanker in mechanischem Kontakt, wobei der Magnetanker Teil der elektrischen Aktorgruppe ist, die außerdem eine Magnetspule und einen Polkern umfasst. Weiterhin weist das elektrisch betätigte Ventil ein Dichtelement auf, das radial zwischen einem Ventilkörper und einem zylindrischen Ansatz des Pumpenzylinderkopfes vorgespannt ist. Dabei bildet das Dichtelement zwei um die Längsachse verlaufende Kontaktbereich jeweils mit einem Ventilkörper und mit einem zylindrischen Ansatz des Pumpenzylinderkopfes aus.
Das aus der WO 2016/015912 A1 bekannte elektrisch betätigte Ventil, das außerhalb des Gehäuses von Umwelteinflüßen wie Feuchtigkeit oder Wasser umgeben sein kann, weist gewisse Nachteile auf. Zum einen kann Feuchtigkeit und/oder von außen in das Ventil eindringen, insbesondere in die elektrische Aktorgruppe, und diese schädigen. Dabei kann die Feuchtigkeit insbesondere von außen durch undichte Stellen zischen dem Befestigungselement und dem Gehäuse eindringen und dann auf einem nicht ausreichend gekapselten Pfad zwischen dem Gehäuse und dem Ventilkörper bis in die elektrische Aktorgruppe eindringen. Zudem ist es aber auch möglich, dass eine Leckage von innen, bei der es sich insbesondere um Kraftstoff handlen kann, den kapselnden Dichtbereich zwischen dem Dichtelement und dem Ventilkörper und/oder dem Dichtelement und dem zylindrischen Ansatz des Pumpenzylinderkopfs überwindet und in die elektrische Aktorgruppe eindringt. Bei diesem Flüssigkeitseintrag von außen und/oder der Leckage von innen kann es zu einer Schädigung der elektrischen Aktorgruppe oder Teilen der elektrischen Aktorgruppe kommen. Dies gilt insbesondere für die konstruktive Ausführung die im Stand der Technik beschrieben ist, bei dem zwischen dem Gehäuse, insbesondere in der Ausführung einer Magnethülse, und einem Ventilkörper keine Abdichtung vorgesehen ist. Hierbei kann es zu einem Flüssigkeitseintrag in die elektrische Aktorgruppe und/oder in andere elektrische oder korrosionsempflindliche Bereiche des elektrisch betätigten Ventils kommen. Des Weiteren kann diese fehlende Abdichtung zu einer Feuchtigkeits- oder Wasserkontamination im Bereich einer Verbindungshülse führen. Die Verbindungshülse verbindet die Bauteile Ventilkörper und Polkern und ist mit diesen verschweißt. Durch die eindringende Feuchtigkeit kann es zu einem Versagen dieser Schweißverbindung aufgrund von Korrosion kommen und auch der Magnetanker und der Polkern können durch eindringende Feuchtigkeit korrodieren und somit geschädigt werden. Diese Schädigungen durch eindringende Flüssigkeit können letztendlich zu einem vollständigen Funktionsverlust des elektrisch betätigten Ventils führen. Ein weiteres Risiko ist nicht nur die Schädigung der Hochdruckpumpe sondern weiterer eventuell vorhandener elektrischen Systeme und Verbraucher in der Umgebung der Hochdruckpumpe, die am gleichen elektrischen System angeschlossen sind.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung eines elektrisch betätigten Ventils mit den Merkmalen aus Anspruch 1 hat den Vorteil, dass eine Schädigung von Teilen einer elektrischen Aktorgruppe verhindert wird, da ein Eindringen von Flüssigkeit oder Wasser aufgrund einer Undichtheit zwischen einem Ventilkörper und einem Gehäuse und einem zylindrischen Ansatz eines Pumpenzylinderkopfes durch den Einsatz eines Dichtelements verhindert wird. Dabei ist gemäß den Merkmalen aus Anspruch 1 das Dichtelement auch axial in Richtung einer Längsachse vorgespannt. Diese axiale Vorspannung bewirkt, dass das Dichtelement eine verbesserte Abdichtung erzielen kann. Durch die verbesserte Abdichtung kann das Eindringen von Flüssigkeit oder Wasser verhindert werden, wodurch eine Beschädigung der elektrischen Aktorgruppe des elektrisch betätigten Ventils zum einen verhindert werden. Des weiteren wird aber auch eine Korrosion der metallischen, insbesondere der beweglichen Teile innerhalb des elektrisch betätigten Ventils verhindert. Hieraus ergibt sich zum Einen eine erhöhte Lebensdauer des elektrisch betätigten Ventils und somit einer Hochdruckpumpe, und zum Anderen eine geringere Ausfallwahrscheinlichkeit des elektrisch betätigten Ventils.
Gemäß Anspruch 2 wird eine axiale Vorspannung des Dichtelements dadurch erzielt, dass das Gehäuse einen zylindrischen Endbereich ausbildet der mit dem Dichtelement in Kontakt steht und eine Kraft in Richtung der Längsachse auf das Dichtelement ausübt. Dadurch wird es ermöglicht, dass sich das Dichtelement besser an die jeweiligen Bauteile in der Umgebung anpressen kann und eine verbesserte Kapselung der elektrischen Aktorgruppe wird ermöglicht. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des elektrisch betätigten Ventils gemäß Anspruch 2 wird das Eindringen von Flüssigkeit in elektrischen Aktorgruppe verhindert, so dass möglichst wenige Bauteile des elektrisch betätigten Ventils durch das Eindringen von Flüssigkeit geschädigt werden können. Dies verringert die Ausfallwahrscheinlichkeit und erhöht somit die Lebensdauer des Ventils und der gesamten Hochdruckpumpe. Des weiteren bietet die Platzierung des Dichtelements zwischen dem Ventilkörper, dem zylindrischen Ansatz des Pumpenzylinderkopfes und dem zylindrischen Endbereich des Gehäuse den Vorteil, dass der Magnetkreis der elektrischen Aktorgruppe nur teilweise oder gar nicht durch das Dichtelement beeinflußt wird. Damit wird die Funktion des elektrisch betätigten Ventils gewährleistet und eine mögliche Ausfallwahrscheinlichkeit durch Flüssigkeitseintrag in das elektrisch betätigte Ventil verringert.
Bezugnehmend auf Anspruch 3 bietet die erfindungsgemäße Ausgestaltung des elektrisch betätigten Ventils den Vorteil, dass durch die axiale Vorspannung des Dichtelements das Dichtelement vier radial um die Längsachse umlaufende Kontaktbereiche mit den Bauteilen Ventilkörper, zylindrischer Ansatz und Gehäuse ausbildet. Ohne eine axiale Vorspannung des Dichtelements können nur zwei radial um die Längsachse umlaufende Kontaktbereiche vom Dichtelement ausgebildet werden. Durch die Ausbildung von insgesamt vier um die Längsachse umlaufenden Kontaktbereichen wird eine bessere Kapselung der elektrischen Aktorgruppe durch das Dichtelement erzielt, da die Leckage von außen aber auch die Leckage von innen durch die zusätzlichen umlaufenden Kontaktbereiche des Dichtelements von einem Eindringen in die elektrische Aktorgruppe abgehalten wird. Somit wird eine verbesserte Kapselung und Dichtigkeit des elektrisch betätigten Ventils erzielt, da sich das Dichtelement besser an die Oberflächen der umgebenden Bauteile anlegen kann. Dadurch lässt sich die Lebensdauer des elektrisch betätigten Ventils und somit der Hochdruckpumpe erhöhen. Weiterhin lässt sich die Ausfallwahrscheinlichkeit des elektrische betätigten Ventils durch eine Vorschädigung des Dichtelementes vor der Montage reduzieren.
Die Ausführung des elektrisch betätigten Ventils gemäß Anspruch 4 hat den Vorteil, dass die Montagevorspannkraft beim Fixieren des Gehäuses durch ein Befestigungselement gleichzeitig dazu verwendet wird das Dichtelement über den zylindrischen Endbereich des Gehäuses axial in Richtung der Längsachse zusammen zu pressen. Dies bietet den Vorteil, dass bereits vorhandene Bauteile genutzt werden, um die axiale Vorspannung des Dichtelements bewirken zu können. Somit müssen keine zusätzlichen Bauteile verwendet werden, was die Fertigungskosten und die Montagekosten erhöhen würde und es ist möglich einen Funktionsgewinn zu erzielen, ohne dass zusätzliche Kosten entstehen.
Bezugnehmend auf Anspruch 5 und 6 bietet die erfindungsgemäße Ausgestaltung des elektrisch betätigten Ventils den Vorteil, dass die Dichtungs- und Kapselungseigenschaften des Dichtelements verbessert werden, da durch eine zylindrisch verlaufende Kontur oder durch eine kegelförmig verlaufende Kontur des zylindrischen Endbereichs des Gehäuses das Dichtelement derart axial vorgespannt wird, dass es vier um die Längsachse umlaufende Kontaktbereiche ausbildet und somit die elektrische Aktorgruppe besser gegen ein Eindringen von Flüssigkeit und/oder Wasser von außerhalb und somit gegen Beschädigung geschützt sind. Durch das Ausbilden des zylindrischen Endbereichs des Gehäuses entweder als zylindrisch verlaufende Kontur oder als kegelförmig verlaufende Kontur kann eine optimale in Richtung der Längsachse gerichtete Vorspannkraft in das Dichtelement eingeleitet werden, so dass die Dichtwirkung des Dichtelementes erhöht wird. Weiterhin wird der Montageaufwand und somit die Montagekosten minimiert, da sich das Dichtelement durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des zylindrischen Endbereichs in Form der zylindrisch verlaufenden Kontur oder der kegelförmig verlaufenden Kontur des Gehäuses bei der Montage selbstständig ausrichtet und keine Nachkontrolle des Dichtelements auf Fehlstellung notwendig ist. Hierdurch können Ausfälle durch Montagefehler minimiert werden und die Montagezeit verkürzt werden, was wiederum die Ausfallwahrscheinlichkeit und die Kosten des elektrisch betätigten Ventils reduziert.
Ein Vorteil bei der Ausbildung gemäß Anspruch 7 besteht darin, dass das Gehäuse als eine Magnethülse der elektrischen Aktorgruppe ausgebildet ist. Die Tatsache, dass es so ausgebildet ist bietet den Vorteil, dass eine bauraumneutrale Ausführung zur Unterbringung des Dichtelementes zwischen den Bauteilen Magnethülse, Ventilkörper und zylindrischer Ansatz des Pumpenzylinderkopfes möglich ist. Weiterhin bietet diese erfindungsgemäße Ausführungsform der Erfindung nach Anspruch 7 den Vorteil, dass eine Kapselung außerhalb der elektrischen Aktorgruppe durch den Einsatz des Dichtelements erfolgt, so dass ein Kurzschluss durch Flüssigkeitseintrag vermieden werden kann, da sich alle elektrischen Bauteile, wie beispielsweise die Magnetspule, innerhalb des gekapselten Raums befinden und somit gegen Flüssigkeit geschützt sind.
Vorteilhaft ist es weiterhin, dass das Befestigungselement als eine Überwurfmutter gemäß Anspruch 8 ausgeführt ist. Hierdurch kann eine Kapselung der elektrischen Aktorgruppe zwischen dem Pumpenzylinderkopf und der Überwurfmutter durch den Einsatz eines Innengewindes des Befestigungselements und/oder eines Außengewindes des zylindrischen Ansatzes des Pumpenzylinderkopfes ermöglicht werden. Außerdem ist eine Kapselung zwischen dem zylindrischer Ansatz des Pumpenzylinderkopfes und dem Gehäuses durch den Einsatz des Dichtelements gewährleistet. Somit kann das elektrisch betätigte Ventil an zwei Stellen gegen die Einwirkungen von Flüssigkeit von außen gekapselt werden allein durch den Einsatz des einen Bauteils Überwurfmutter und insbesondere durch die Nutzung der Montagevorspannkraft zwischen der Überwurfmutter und dem Gehäuse, wobei die Montagevorspannkraft über das Gehäuse als axiale Kraft in das Dichtelement eingeleitet wird. Durch die Ausbildung des Befestigungselements als Überwurfmutter kann die Komplexität des elektrisch betätigten Ventils reduziert werden. Somit können die Bauteilkosten verringert werden und es können des Weiteren die Montagekosten gesenkt werden. Der Einsatz der Überwurfmutter mit dem Innengewinde bietet neben dem Vorteil der Kapselung des elektrisch betätigten Ventils den Vorteil, dass die elektrische Aktorgruppe am Pumpenzylinderkopf in Richtung einer Längachse in Anlage gehalten und somit fixiert wird, ohne dass weitere Bauteile notwendig sind. Dadurch kann die Bauteilanzahl gesenkt werden und somit die Fertigungs- und Montagekosten reduziert werden. Weiterhin ist es vorteilhaft, dass durch den Einsatz des Innengewindes am Bauteil Überwurfmutter eine einfache Montage und Demontage der elektrischen Aktorgruppe mit bzw. von dem Pumpenzylinderkopf möglich ist. Dies reduziert die Montagezeit und somit die Montagekosten. Außerdem bietet diese erfindungsgemäße Ausgestaltung des elektrisch betätigten Ventils den Vorteil, dass die Servicefreundlichkeit erhöht wird, da die elektrische Aktorgruppe im Falle eines Ausfalls schnell und einfach demontiert und ausgestauscht werden kann, was wiederum die Kosten reduziert.
Einen weiteren Vorteil bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Ventils nach Anspruch 9 ist die Ausbildung des Dichtelements als ein O-Ring, wobei sich der O-Ring in einer umlaufenden Nut im Ventilkörper befindet. Durch diese Anordnung des Dichtelements in der umlaufenden Nut des Ventilkörper und durch die Ausbildung des Dichtelements als O-Ring kann zum einen die Anfälligkeit des Ventils gegen Montagefehler reduziert werden, da der O-Ring schon vor der Montage in die umlaufende Nut im Ventilkörper vormontiert werden kann. Des weiteren muss kein Ausrichten des O-Rings im Bezug auf das Bauteil zylindrische Ansatz des Pumpenzylinderkopfes erfolgen, da der O-Ring in der umlaufenden Nut in Position gehalten wird. Dies reduziert den Montageaufwand und die Montagekosten und verringert die Ausfallwahrscheinlichkeit des elektrisch betätigten Ventils aufgrund des fehlerhaft montierten Dichtelements.
Figurenliste
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

1 eine Pumpe in einem Längsschnitt,
2 einen in 1 mit II bezeichneten Ausschnitt der Pumpe in vergrößerter Darstellung mit einem elektrisch betätigten Ventil,
3 einen in 2 mit III bezeichneten Ausschnitt des elektrisch betätigten Ventils in vergrößerter Darstellung, bei dem der zylindrische Endbereich des Gehäuses an seinem Innenumfang eine zylindrische verlaufende Kontur aufweist,
4 einen in 2 mit III bezeichneten Ausschnitt des elektrisch betätigten Ventils in vergrößerter Darstellung, bei dem der zylindrische Endbereich des Gehäuses an seinem Innenumfang eine kegelförmig verlaufende Kontur aufweist,
5 einen in 3 mit IV bezeichneten Ausschnitt des elektrisch betätigten Ventils in vergrößerter Darstellung, bei dem das Dichtelement durch die axiale Vorspannung vier um die Längsachse umlaufende Kontaktbereiche mit den umliegenden Bauteilen ausbildet.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt eine Schnittdarstellung einer schematisch dargestellten Hochdruckpumpe 1, die als Kraftstoffhochdruckpumpe ausgebildet ist und vorzugsweise bei einem Common-Rail-Einspritzsystem verbaut ist. Mittels der Hochdruckpumpe 1 wird von einem Kraftstoffniederdrucksystem, das zumindest einen Tank, einen Filter und eine Niederdruckpumpe aufweist, bereitgestellter Kraftstoff in einen Hochdruckspeicher gefördert, aus dem der dort gespeicherte Kraftstoff von Kraftstoffinjektoren zur Einspritzung in zugeordnete Brennräume einer Brennkraftmaschine entnommen wird. Die Zubringung des Kraftstoffes zu einem Pumpenarbeitsraum 35 erfolgt über ein elektrisch betätigtes Ventil 2, wobei das elektrisch betätigte Ventil nachfolgend noch erläutert wird. Das elektrisch betätigte Ventil 2 ist an der Hochdruckpumpe 1 verbaut.
Die Hochdruckpumpe 1 weist ein Pumpengehäuse 3 mit einem Nockenwellenraum 5 auf. Alle Komponenten der Hochdruckpumpe 1 innerhalb des Pumpengehäuses 3 sind mit Kraftstoff umspült, um die schmierenden und kühlenden Eigenschaften des Kraftstoffs zu nutzen. In den Nockenwellenraum 5 ragt eine Nockenwelle 7 mit einem beispielsweise als Doppelnocken ausgebildeten Nocken 9 hinein. Die Nockenwelle 7 ist in zwei beidseits des Nockens 9 angeordneten und als Radiallager ausgebildeten Lagern in Form eines in dem Pumpengehäuse 3 angeordneten Gehäuselagers 11 und eines Flanschlagers 13, das in einem mit dem Pumpengehäuse 3 verbundenen Flansch 15, der den Nockenwellenraum 5 zur Umgebung hin dicht abschließt, gelagert. Der Flansch 15 weist eine durchgehende Öffnung auf, durch die ein antriebsseitiger Endabschnitt 17 der Nockenwelle 7 hindurch ragt. Der antriebsseitige Endabschnitt 17 weist beispielsweise einen Konus auf, auf den ein Antriebsrad aufgesetzt und gesichert ist. Das Antriebsrad ist beispielsweise als Riemenrad oder Zahnrad ausgebildet. Das Antriebsrad wird von der Brennkraftmaschine direkt oder indirekt beispielsweise über einen Riementrieb oder ein Zahnradgetriebe angetrieben.
In das Pumpengehäuse 3 ist weiterhin eine Stößelführung 19 eingelassen, in die ein eine Laufrolle 21 aufweisender Rollenstößel 23 eingesetzt ist. Die Laufrolle 21 läuft auf dem Nocken 9 der Nockenwelle 7 bei einer Drehbewegung derselben ab und der Rollenstößel 23 wird somit in der Stößelführung 19 translatorisch auf und ab bewegt. Dabei wirkt der Rollenstößel 23 mit einem Pumpenkolben 18 zusammen, der in einer in einem Pumpenzylinderkopf 27 ausgebildeten Zylinderbohrung 29 ebenfalls translatorisch auf und ab bewegbar angeordnet ist.
In einem von der Stößelführung 19 und der Zylinderbohrung 29 gebildeten Stößelfederraum 31 ist eine Stößelfeder 33 angeordnet, die sich einerseits an dem Pumpenzylinderkopf 27 und andererseits an dem Rollenstößel 23 abstützt und eine dauerhafte Anlage der Laufrolle 21 auf dem Nocken 9 in Richtung der Nockenwelle 7 sicherstellt. In dem Pumpenzylinderkopf 27 ist in Verlängerung des Pumpenkolbens 18 der Pumpenarbeitsraum 35 gebildet, in den über das elektrisch betätigte Ventil 2 Kraftstoff eingebracht wird. Die Einbringung des Kraftstoffs erfolgt bei einer Abwärtsbewegung des Pumpenkolbens 18, während bei einer Aufwärtsbewegung des Pumpenkolbens 18 in dem Pumpenarbeitsraum 35 befindlicher Kraftstoff über einen Hochdruckauslass 39 mit einem eingesetzten Auslassventil 16 über eine weiterführende Hochdruckleitung in den Hochdruckspeicher gefördert wird. Die Hochdruckpumpe 1 ist insgesamt kraftstoffgeschmiert, wobei der Kraftstoff von dem Niederdrucksystem in den Nockenwellenraum 5 gefördert wird, der mit dem elektrisch betätigten Ventil 2 strömungsverbunden ist. Dieses elektrisch betätigte Ventil 2 und dessen Funktionalität wird im Folgenden beschrieben.
Im Saugbetrieb der Hochdruckpumpe 1 ist das elektrisch betätigte Ventil 2 geöffnet und eine Verbindung des Pumpenarbeitsraums 35 mit einem Kraftstoffzulauf hergestellt, so dass dem Pumpenarbeitsraum 35 über das elektrisch betätigte Ventil 2 Kraftstoff zugeführt wird. Im Förderbetrieb der Hochdruckpumpe 1 wird der dem Pumpenarbeitsraum 35 zugeführte Kraftstoff verdichtet und über das in dem Hochdruckauslass 39 angeordnete Hochdruckventil 16 einem Hochdruckspeicher (nicht dargestellt) zugeführt. Im Verdichtungsbetrieb der Hochdruckpumpe 1, bei dem sich der Pumpenkolben 18 aufwärts bewegt, ist das elektrisch betätigte Ventil 2 geschlossen, wenn eine Kraftstoffförderung erfolgen soll, und dichtet den Pumpenarbeitsraum 35 gegenüber dem Kraftstoffzulauf ab.
Das in 2 dargestellte, an die Hochdruckpumpe 1 angebaute elektrisch betätigte Ventil 2, weist ein kolbenförmiges Ventilelement 14 auf. Das kolbenförmige Ventilelement 14 weist einen Schaft 25, insbesondere einen zylindrisch geformten Schaft 25, und einen vergrößerten Kopf 34 auf. Zudem weist der Pumpenzylinderkopf 27 im Kontaktbereich zum geschlossenen Ventilelement 14 einen Ventilsitz 36 auf. Das kolbenförmige Ventilelement 14 ist über den Schaft 25 in einer Bohrung 38 in dem Pumpenzylinderkopf 27 geführt und weist den im Durchmesser gegenüber dem Schaft 25 vergrößerten Kopf 34 auf. An diesem vergrößerten Kopf 34 des Ventilelements 14 ist eine Dichtfläche 37 ausgebildet, die in Schließstellung des Ventilelements 14 an dem Ventilsitz 36 im Pumpenzylinderkopf 27 zur Anlage kommt.
In 2 werden zudem die Elemente einer elektrischen Aktorgruppe 41 dargestellt. Die Aktorgruppe 41 weist einen Magnetanker 10 mit einer zylindrischen Außenkontur und einer ersten zentralen Bohrung 32 auf, wobei die erste zentrale Bohrung 32 in Richtung einer Längsachse 45 verläuft. Eine erste Druckfeder 4 ragt zudem in diese erste zentrale Bohrung 32 des Magnetankers 10 hinein, die eine axiale Kraft auf den Magnetanker 10 zum Ventilelement 14 in Richtung der Längsachse 45 hin ausübt, wobei die Längsachse 45 parallel zur Achse der Öffnungs- und Schließbewegung des Ventilelements 14 verläuft. Auf der dem Magnetanker 10 abgewandten Seite ragt die erste Druckfeder 4 in Richtung der Längsachse 45 in eine zweite zentrale Bohrung 50 hinein, die sich in einem Polkern 26 befindet. Der Polkern 26 weist dabei eine zylindrische Außenkontur auf. Der Magnetanker 10 wird zudem hubbeweglich in einem Ventilkörper 40 axial in Richtung der Längsachse 45 geführt. Auf der dem Ventilelement 14 abgewandten Seite steht der Magnetanker 10 an der ersten Druckfeder 4 in Anlage, wobei der Magnetanker 10 durch eine elektromagnetische Ansteuerung axial beweglich ist. Des weiteren stützt sich der Magnetankers 10 in seiner Ausgangsposition in axialer Richtung an seiner dem Ventilelement 14 zugewandten Seite an dem Ventilkörper 40 ab. In radialer Richtung umgibt den Magnetanker 10 eine Magnetspule 6, die bei Bestromung ein Magnetfeld ausbildet und somit eine magnetische Kraft auf den Magnetanker 10 ausüben kann. Durch eine Bestromung der Magnetspule 6 bewegt sich der Magnetanker 10 gegen die Kraft der ersten Druckfeder 4 vom Ventilelement 14 weg, um einen Arbeitsluftspalt 28 zu schließen, der sich zwischen dem Magnetanker 10 und dem Polkern 26 befindet. Das Ventilelement 14 steht über einen Ankerbolzen 42 in Kontakt mit dem Magnetanker 10, wobei beide Elemente in axialer Richtung nicht miteinander verbunden sind, sondern nur durch magnetische Kräfte und Federkräfte in Anlage miteinander gehalten werden. Der Ankerbolzen 42 ist dabei mit dem Magnetanker 10 verbunden, beispielsweise in dem der Ankerbolzen 42 in die erste zentrale Bohrung 32 des Magnetankers 10 eingepresst ist. Das kolbenförmige Ventilelement 14 wird zudem in Schließrichtung von der Federkraft einer zweiten Druckfeder 12 beaufschlagt.
In axialer Richtung wirkt die erste Druckfeder 4 auf den Ankerbolzen 42 und den Magnetanker 10. Die erste Druckfeder 4 sorgt in unbestromten Zustand dafür, dass der Ankerbolzen 42 auf das Ventilelement 14 wirkt und es in geöffneter Position hält. Dem wirkt zwar die zweite Druckfeder 12 entgegen, da jedoch die erste Druckfeder 4 eine höhere Federkraft besitzt wird das Ventilelement 14 in geöffnetem Zustand gehalten. Durch eine Bestromung des Magnetankers 10 mittels der Magnetspule 6 bewegt sich der Magnetanker 10 gegen die Kraft der ersten Druckfeder 4 vom Ventilelement 14 weg, um den Arbeitsluftspalt 28 zu schließen. Durch das Wegbewegen verliert der Ankerbolzen 42 den kraftschlüssigen Kontakt zum Ventilelement 14 wodurch sich das Ventilelement 14 durch die Kraft der zweiten Druckfeder 12 in Richtung geschlossener Zustand bewegt. In vollständig geschlossenem Zustand des Ventilelements 14 liegt dieses mit der Dichtfläche 37 am Ventilsitz 36 an und dichtet den Pumpenarbeitsraum 35 ab.
Des weiteren ist der Polkern 26 über eine Verbindungshülse 44 mit dem Ventilkörper 40 verbunden. Die Verbindungshülse 44 ist hierzu einerseits auf einen Teilbereich des Außendurchmessers des Ventilkörpers 40 aufgesteckt, der dem Polkern 26 zugewandt ist, andererseits ist die Verbindungshülse 44 auf einen Teilbereich des Außendurchmessers des Polkerns 26 aufgesteckt und die Verbindungshülse 44 ist mit beiden Bauteilen 40, 26 verschweißt. Zur magnetischen Trennung des Ventilkörpers 40 vom Polkern 26 ist die Verbindungshülse 44 aus einem amagnetischen Material gefertigt.
Des weiteren weist das elektrisch betätigte Ventil 2 ein Gehäuse 20 auf, das insbesondere als eine Magnethülse 20 ausgebildet sein kann. Dieses Gehäuse 20 umgibt die elektrische Aktorgruppe 41 und wird mittels eines Befestigungselements 8, das insbesondere als eine Überwurfmutter 8 ausgeführt sein kann, über den Ventilkörper 40 mit dem Pumpenzylinderkopf 27 in Richtung der Längsachse 45 Anlage gehalten. Hierbei weist das Befestigungselement 8 ein Innengewinde 24 auf, wodurch sich das Befestigungselement 8 an den Pumpenzylinderkopf 27 anschrauben lässt. Zudem bildet der Pumpenzylinderkopf 27 einen zylindrischen Ansatz 43 in Richtung der Längsachse 45 aus. Der Ventilkörper 40 befindet sich innerhalb dieses zylindrischen Ansatzes 43. Zudem weist der zylindrische Ansatz 43 an seinem Außendurchmesser ein Außengewinde 52 auf, an das das Befestigungselement 8 mit dem Innengewinde 24 angeschraubt werden kann. Da das Gehäuse 20 die elektrische Aktorgruppe 41 umgibt wird durch den Einsatz des Befestigungselements 8 auch die elektrische Aktorgruppe 41 in Richtung der Längsachse 45 am Pumpenzylinderkopf 27 in Anlage gehalten, ohne dass weitere Bauteile notwendig sind. Dabei weist das Gehäuse 20 einen nach außen ragenden umlaufenden Ringbund 48 auf und das Befestigungselement 8 weist einen nach innen ragenden umlaufenden Kragen 46 auf, wobei der Ringbund 48 in radialer Richtung von der Längsachse 45 weg verläuft und der Kragen 46 in radialer Richtung zur Längsachse 45 hin verläuft. Durch die Ausbildung des umlaufenden Kragens 46 am Befestigungselement 8, der sich axial in Richtung der Längsachse 45 am umlaufenden Ringbund 48 des Gehäuses 20 abstützt, kann das Gehäuse 20, und mit dem Gehäuse 20 die elektrische Aktorgruppe 41, am Pumpenzylinderkopf 27 in Anlage gehalten werden, indem das Befestigungselement 8 an den Pumpenzylinderkopf 27 angeschraubt wird.
Der in 3 dargestellte Ausschnitt III zeigt einen Schnitt des elektrisch betätigten Ventils 2 in vergrößerter Darstellung bei dem unter anderem dargestellt ist, dass ein zylindrischer Endbereich 51 des Gehäuses 20 an seinem Innenumfang eine zylindrisch verlaufende Kontur 47 aufweist, die in Richtung der Längsachse 45 verläuft. Zudem ist ein Dichtelement 22 gezeigt, sowie der zylindrische Ansatz 43 des Pumpenzylinderkopfes 27 und der Ventilkörper 40. Der Ventilkörper 40 weist zudem eine umlaufende Nut 30 auf, die in radialer Richtung von der Längsachse 45 weggerichteter Richtung offen ist und wobei sich das Dichtelement 22, welches als ein O-Ring 22 ausgeführt sein kann, in dieser Nut 30 befindet. Weitere in 3 dargestellte Bauteile sind das Befestigungselement 8, das den umlaufenden Kragen 46 ausbildet und mittels des Innengewindes 24 an das Außengewinde 52 des Pumpenzylinderkopfes 27 geschraubt ist. Eine axiale Beaufschlagung des Dichtelements 22 mit einer zusammenpressenden Kraft, insbesondere einer Montagevorspannkraft, in Richtung der Längsachse 45 wird durch den umlaufenden Kragen 46 an der Überwurfmutter 8 und den umlaufenden Ringbund 48 an dem Gehäuse 20 ermöglicht, wobei das Gehäuse über den zylindrischen Endbereich 51 mit dem Dichtelement 22 in Kontakt steht. Die axiale Montagevorspannkraft in Richtung der Längsachse 45 wird durch das Verschrauben des Befestigungselements 8 an den zylindrischen Ansatz 43 des Pumpenzylinderkopf 27 erzielt. Hierbei weist der Pumpenzylinderkopf 27 das Außengewinde 52 auf, auf das Befestigungselement 8 mit dem Innengewinde 24 aufgeschraubt wird.
In 4 sind, wie schon in 3, die Bauteile Gehäuse 20, Ventilkörper 40, Dichtelement 22, Pumpenzylinderkopf 27 und Befestigungselement 8 dargestellt. Dabei weist das Befestigungselement 8 das Innengewinde 24 auf, wobei das Befestigungselement 8 mittels des Innengewindes 24 mit dem Außengewinde 52 des zylindrischen Ansatzes 43 des Pumpenzylinderkopfes 27 verschraubt ist. Dadurch ist es möglich, dass das Befestigungselement 8 mittels des umlaufenden Kragens 46 eine axial in Richtung der Längsachse 45 verlaufende Kraft auf den umlaufenden Ringbund 48 des Gehäuses 20 ausübt. Diese Kraft resultiert aus der Montagevorspannkraft durch die Verschraubung des Befestigunselements 8 mit dem Pumpenzylinderkopf 27. Dadurch ist es möglich, dass das Gehäuse 20 mittels einer kegelförmig ausgeprägten Kontur 49 des zylindrischen Endbereichs 51 diese axiale Kraft auf das Dichtelement 22 ausübt, wodurch das Dichtelement 22 zusätzlich zur radialen Vorspannung auch axial vorgespannt wird.
Der in 5 dargestellte Ausschnitt III zeigt einen Schnitt des elektrisch betätigten Ventils 2 in vergrößerter Darstellung bei dem insbesondere das Dichtelement 22 dargestellt ist. In 5 ist zu sehen, dass das Dichtelement 22 in der umlaufenden Nut 30 des Ventilkörpers 40 angeordnet ist und dass das Dichtelement 22 in dieser umlaufenden Nut 30 einen radial innen liegenden umlaufenden Kontaktbereich 53a mit dem Ventilkörper 40 ausbildet, wodurch eine Kapselung zwischen dem Dichtelement 22 und dem Ventilkörper 40 ermöglicht wird. Des Weiteren ist dargestellt, dass das Dichtelement 22 mit dem zylindrischen Ansatz 43 des Pumpenzylinderkopfes 27 in Anlage steht wodurch sich ein weiterer radial außen liegender umlaufender Kontaktbereich 53b ausbildet, der eine Kapselung zwischen dem Dichtelement 22 und dem zylindrischen Ansatz 43 des Pumpenzylinderkopfes 27 bewirkt.
Zudem ist in 5 dargestellt, dass das Dichtelement 22 durch den zylindrischen Endbereich 51 des Gehäuses 20 mit einer axialen Kraft beaufschlagt wird, die insbesondere in Richtung der Längsachse 45 verläuft. Durch die Beaufschlagung mit dieser Kraft wird das Dichtelement 22, zusätzlich zu einer radialen Vorspannung, auch in axialer Richtung vorgespannt und kann somit zusätzlich zu den beiden bereits vorhandenen umlaufenden Kontaktbereichen 53a, 53b zwei weitere axiale, umlaufende Kontaktbereiche 53c, 53d ausbilden. Einen umlaufenden axialen Kontaktbereich 53c bildet das Dichtelement 22 dabei mit dem Gehäuse 20 aus, insbesondere mit dem zylindrischen Endbereich 51 des Gehäuses 20. Einen weiteren umlaufenden axialen Kontaktbereich 53d bildet das Dichtelement 22 mit dem Ventilkörper 40 aus, zusätzlich zu dem einen schon vorhandenen umlaufenden Kontaktbereich 53a zwischen dem Dichtlelement 22 und dem Ventilkörper 40. Somit bildet das Dichtelement 22 durch die axiale Vorspannung mittels des zylindrischen Endbereichs 51 des Gehäuses 20 insgesamt vier um die Längsachse 45 umlaufende Kontaktbereiche 53 aus, die eine effiziente Kapselung insbesondere der elektrischen Aktorgruppe 41 bewirken.
In 5 ist weiterhin dargestellt auf welchen Weg Flüssigkeit von außen IV und/oder Leckage von innen V in den Bereich der elektrischen Aktorgruppe 41 eindringen kann. Die Flüssigkeit von außen IV kann durch den offenen Bereich zwischen dem Gehäuse 20 und dem zylindrischen Ansatz 43 des Pumpenzylinderkopfes 27 bis an das Dichtelement 22 vordringen. Die Flüssigkeit von außen IV dringt hierzu vorher durch die Verbindung des Befestigungselements 8 mit dem Pumpenzylinderkopf 27 oder durch die Verbindung des Befestigungselements 8 mit dem Gehäuse. Sobald von außen eindringende Flüssigkeit IV bis an das Dichtelement 22 herangelangt, wird ein weiteres Eindringen in die elektrische Aktorgruppe 41 verhindert. Dies wird zum Einen dadurch erreicht, dass das Dichtelement 22 mit dem zylindrischen Ansatz 43 des Pumpenzylinderkopfes 27 den umlaufenden Kontaktbereich 53b ausbildet, der sich radial zur Längsachse 45 zwischen den beiden Elementen befindet. Zum Anderen bildet das Dichtelement 22 mit dem Gehäuse 20, insbesondere mit dem zylindrischen Endbereich 51, einen weiteren umlaufenden Kontaktbereich 53c aus. Dadurch wird ein weiteres Eindringen der Flüssigkeit von außen IV verhindert und eine verbesserte Kapselung des elektrisch betätigten Ventils 2 kann erzielt werden.
Bei einer Leckage von innen V, die insbesondere aus dem mit Kraftstoff gefüllten Bereich der Hochdruckpumpe 1 kommen kann, gelangt sie auf dem Pfad zwischen Pumpenzylinderkopf 27 und dem Ventilelement 40 bis an das Dichtelement 22 heran. Hier verhindert das Dichtelement 22, dass die Leckage von innen V weiter bis in die elektrische Aktorgruppe 41 vordringen kann, da das Dichtelement 22 hierzu zum Einen mit dem zylindrischen Ansatz 43 den umlaufenden Kontaktbereich 53b ausbildet, der sich radial zur Längsachse 45 zwischen dem Dichtelement 22 und dem zylindrischen Ansatz 43 befindet. Zum Anderen bildet das Dichtelement 22 mit dem Ventilkörper 40 einen weiteren umlaufenden Kontaktbereich 53d aus, der sich axial in Richtung der Längsachse 45 zwischen den beiden Elementen befindet.
Sollte die Leckage von innen V einen der beiden zuvor beschriebenen umlaufenden Kontaktbereiche 53b, 53d überwinden, so kann die Leckage dennoch nicht bis in die elektrische Aktorgruppe 41 vordringen, da eine weitere Kapselung durch zwei weitere umlaufende Kontaktbereiche 53 vorhanden ist. Einen dieser umlaufenden Kontaktbereiche 53a bildet das Dichtelement 22 mit dem Ventilkörper 40 aus, wobei sich der Kontaktbereich 53a radial zur Längsachse 45 zwischen dem Dichtelement 22 und dem Ventilkörper 40 befindet. Ein weiterer umlaufender Kontaktbereich 53c befindet zwischen dem Dichtelement 22 und dem Gehäuse 20, insbesondere dem zylindrischen Endbereich 51 des Gehäuses 20.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2016/015912 A1 [0002, 0003]

Claims

Elektrisch betätigtes Ventil (2), in einer Hochdruckpumpe (1) eines Kraftstoffeinspritzsystems, das eine elektrische Aktorgruppe (41) aufweist, durch die ein Ventilelement (14) zwischen einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung bewegbar ist, wobei die elektrische Aktorgruppe (41) einen Ventilkörper (40), ein Gehäuse (20) und ein Dichtelement (22) aufweist und wobei der Ventilkörper (40) in einem zylindrischen Ansatz (43) eines Pumpenzylinderkopfes (27) eingesetzt ist und wobei das Dichtelement (22) radial zwischen dem Ventilkörper (40) und dem zylindrischen Ansatz (43) vorgespannt ist und wobei eine Längsachse (45) in Richtung des zylindrischen Ansatzes (43) verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (22) auch axial in Richtung der Längsachse (45) vorgespannt wird, um eine verbesserte Kapselung der elektrischen Aktorgruppe (41) zu bewirken und das Eindringen von Flüssigkeit und Verschmutzung von außen in die elektrische Aktorgruppe (41) zu verhindern.
Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Vorspannung des Dichtelements (22) in Richtung der Längsachse (45) durch einen zylindrischen Endbereich (51) des Gehäuses (20) erzielt wird, wobei der zylindrische Endbereich (51) axial in Richtung der Längsachse (45) auf der dem Pumpenzylinderkopf (27) abgewandten Seite des Dichtelements (22) auf das Dichtelement (22) eine Kraft ausübt.
Ventil nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (22) durch die axiale Vorspannung vier um die Längsachse (45) umlaufende Kontaktbereiche (53) ausbildet, wobei sich insbesondere zwei umlaufende Kontaktbereiche (53) zwischen dem Dichtelement (22) und dem Ventilkörper (40) ausbilden, ein umlaufender Kontaktbereich (53) zwischen dem Dichtelement (22) und dem zylindrischen Ansatz (43) des Pumpenzylinderkopfes (27) ausbildet und ein weiterer Kontaktbereich (53) zwischen dem Dichtelement (22) und dem zylindrischen Endbereich (51) des Gehäuses (20) ausbildet.
Ventil nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (22) beim Fixieren des Gehäuses (20) mittels eines Befestigungselements (8) in axialer Richtung durch den zylindrischen Endbereich (51) des Gehäuses (20) zusammengepresst wird und dass die axiale Vorspannkraft insbesondere durch die Montagevorspannkraft zwischen dem Befestigungselement (8) und dem Gehäuse (20) erzielt wird.
Ventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zylindrische Endbereich (51) des Gehäuses (20) an seinem Innenumfang eine zylindrisch verlaufende Kontur (47) aufweist.
Ventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zylindrische Endbereich (51) des Gehäuses (20) an seinem Innenumfang eine kegelförmig verlaufende Kontur (49) aufweist, wobei sich der Innendurchmesser axial in Richtung der Längsachse (45) zu der dem Dichtelement (22) zugewandten Seite vergrößert.
Ventil nach einem der vorrangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (20) als eine Magnethülse (20) ausgeführt ist.
Ventil nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement (8) als eine Überwurfmutter (8) ausgeführt ist und wobei die Überwurfmutter (8) das Gehäuse (20) mittels eines am Pumpenzylinderkopf (27) angeordneten Außengewindes (52) mit dem Pumpenzylinderkopf (27) in Anlage hält.
Ventil nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (22) als ein O-Ring (22) ausgeführt ist, wobei sich der O-Ring (22) in einer umlaufenden Nut (30) im Ventilkörper (40) befindet und wobei diese umlaufende Nut (30) nur in radialer Richtung von der Längsachse (45) weggerichtet offen ist.
Pumpe, insbesondere Hochdruckpumpe (1) des Kraftstoffeinspritzsystems mit einem elektrisch betätigten Ventil (2), dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch betätigte Ventil (2) gemäß mindestens einem der vorrangegangenen Ansprüche ausgebildet ist.