-
Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisch betätigbares Einlassventil für eine Hochdruckpumpe, insbesondere eines Kraftstoffeinspritzsystems, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Hochdruckpumpe mit einem solchen Einlassventil.
-
Stand der Technik
-
Ein elektromagnetisch betätigbares Einlassventil für eine Hochdruckpumpe eines Kraftstoffeinspritzsystems, ist durch die
DE 10 2014 220 757 A1 bekannt. Die Hochdruckpumpe weist wenigstens ein Pumpenelement auf mit einem in einer Hubbewegung angetriebenen Pumpenkolben, der einen Pumpenarbeitsraum begrenzt. Der Pumpenarbeitsraum ist über das Einlassventil mit einem Zulauf für den Kraftstoff verbindbar. Das Einlassventil umfasst ein Ventilglied, das mit einem Ventilsitz zur Steuerung zusammenwirkt und das zwischen einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung bewegbar ist. In seiner Schließstellung kommt das Ventilglied am Ventilsitz zur Anlage. Ferner umfasst das Einlassventil einen elektromagnetischen Aktor, durch den das Ventilglied bewegbar ist. Der elektromagnetische Aktor weist einen zumindest mittelbar auf das Ventilglied wirkenden Magnetanker auf. Der Magnetanker ist in einer Aufnahme in einem Trägerelement über seinen Außenmantel verschiebbar geführt. Bei Bestromung des Elektromagneten ist der Magnetanker gegen die Kraft einer Rückstellfeder bewegbar. Der Magnetanker steht in seinem im Trägerelement angeordneten Endbereich zumindest mittelbar in Kontakt mit dem Ventilglied. Um eine verschleißarme Führung des Magnetankers sicherzustellen ist es vorteilhaft wenn der Magnetanker über eine große Länge in Richtung seiner Längsachse in der Aufnahme geführt ist. Der Magnetanker ist in der Aufnahme von Kraftstoff umgeben, wobei relativ hohe Scherkräfte zwischen dem Magnetanker und der Aufnahme auftreten. Diese Scherkräfte sind abhängig von der Temperatur des Kraftstoffs und über die Betriebsdauer des Einlassventils können sich am Außenmantel des Magnetankers und/oder an der Aufnahme Ablagerungen aus dem Kraftstoff festsetzen. Hierdurch wird die Beweglichkeit des Magnetankers in der Aufnahme beeinflusst, was zu Abweichungen im Schaltverhalten, insbesondere der Schaltzeit des Einlassventils führen kann. Dies führt wiederum zu Ungenauigkeiten bei der Steuerung der von der zugeordneten Hochdruckpumpe geförderten Kraftstoffmenge.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Vorteile der Erfindung
-
Das erfindungsgemäße Einlassventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass infolge der durch die wenigstens eine Ausnehmung unterbrochenen Führung des Magnetankers geringere Scherkräfte vorhanden sind, wodurch die Beweglichkeit des Magnetankers und dadurch das Schaltverhalten des Einlassventils verbessert ist. Die von der zugeordneten Hochdruckpumpe geförderte Kraftstoffmenge kann somit genauer gesteuert werden.
-
In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Einlassventils angegeben. Die Ausbildung gemäß Anspruch 2 hat den Vorteil, dass der Magnetanker trotz der wenigstens einen Ausnehmung über eine große Länge in der Aufnahme geführt ist. Durch die Ausbildung gemäß Anspruch 3 ist sichergestellt, dass der Magnetanker über seinen gesamten Verschiebeweg sicher in der Aufnahme geführt ist.
-
Zeichnung
-
Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine Hochdruckpumpe, 2 in vergrößerter Darstellung einen in 1 mit II bezeichneten Ausschnitt mit dem Einlassventil der Hochdruckpumpe, 3 einen weiter vergrößerten Ausschnitt des Einlassventils gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, 4 den Ausschnitt gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel und 5 den Ausschnitt gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
-
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
-
In 1 ist ausschnittsweise eine Hochdruckpumpe dargestellt, die zur Kraftstoffförderung in einem Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine vorgesehen ist. Die Hochdruckpumpe weist wenigstens ein Pumpenelement 10 auf, das wiederum einen Pumpenkolben 12 aufweist, der durch einen Antrieb in einer Hubbewegung angetrieben wird, in einer Zylinderbohrung 14 eines Gehäuseteils 16 der Hochdruckpumpe geführt ist und in der Zylinderbohrung 14 einen Pumpenarbeitsraum 18 begrenzt. Als Antrieb für den Pumpenkolben 12 kann eine Antriebswelle 20 mit einem Nocken 22 oder Exzenter vorgesehen sein, an dem sich der Pumpenkolben 12 direkt oder über einen Stößel, beispielsweise einen Rollenstößel, abstützt. Der Pumpenarbeitsraum 18 ist über ein Einlassventil 24 mit einem Kraftstoffzulauf 26 verbindbar und über ein Auslassventil 28 mit einem Speicher 30. Beim Saughub des Pumpenkolbens 12 kann der Pumpenarbeitsraum 18 bei geöffnetem Einlassventil 24 mit Kraftstoff befüllt werden. Beim Förderhub des Pumpenkolbens 12 wird durch diesen bei geschlossenem Einlassventil 24 Kraftstoff aus dem Pumpenarbeitsraum 18 verdrängt und in den Speicher 30 gefördert.
-
Im Gehäuseteil 16 der Hochdruckpumpe schließt sich wie in 2 dargestellt an die Zylinderbohrung 14 auf deren dem Pumpenkolben 12 abgewandter Seite eine Durchgangsbohrung 32 mit kleinerem Durchmesser als die Zylinderbohrung 14 an, die auf der Außenseite der Gehäuseteils 16 mündet. Das Einlassventil 24 weist ein kolbenförmiges Ventilglied 34 auf, das einen in der Durchgangsbohrung 32 verschiebbar geführten Schaft 36 und einen im Durchmesser gegenüber dem Schaft 36 größeren Kopf 38 aufweist, der im Pumpenarbeitsraum 18 angeordnet ist. Am Übergang von der Zylinderbohrung 14 zur Durchgangsbohrung 32 ist am Gehäuseteil 16 ein Ventilsitz 40 gebildet, mit dem das Ventilglied 34 mit einer an seinem Kopf 38 ausgebildeten Dichtfläche 42 zusammenwirkt.
-
In einem an den Ventilsitz 40 anschließenden Abschnitt weist die Durchgangsbohrung 32 einen größeren Durchmesser auf als in deren den Schaft 36 des Ventilglieds 34 führendem Abschnitt, so dass ein den Schaft 36 des Ventilglieds 34 umgebender Ringraum 44 gebildet ist. In den Ringraum 44 münden eine oder mehrere Zulaufbohrungen 46, die andererseits auf der Außenseite des Gehäuseteils 16 münden.
-
Der Schaft 36 des Ventilglieds 34 ragt auf der dem Pumpenarbeitsraum 18 abgewandten Seite des Gehäuseteils 16 aus der Durchgangsbohrung 32 heraus und auf diesem ist ein Stützelement 48 befestigt. Am Stützelement 48 stützt sich eine Ventilfeder 50 ab, die sich andererseits an einem den Schaft 36 des Ventilglieds 34 umgebenden Bereich des Gehäuseteils 16 abstützt. Durch die Ventilfeder 50 wird das Ventilglied 34 in einer Stellrichtung A in dessen Schließrichtung beaufschlagt, wobei das Ventilglied 34 in seiner Schließstellung mit seiner Dichtfläche 42 am Ventilsitz 40 anliegt. Die Ventilfeder 50 ist beispielsweise als Schraubendruckfeder ausgebildet.
-
Das Einlassventil 24 ist durch einen elektromagnetischen Aktor 60 betätigbar, der insbesondere in 2 dargestellt ist. Der Aktor 60 wird durch eine elektronische Steuereinrichtung 62 in Abhängigkeit von Betriebsparametern der zu versorgenden Brennkraftmaschine angesteuert. Der elektromagnetische Aktor 60 weist eine Magnetspule 64, einen Magnetkern 66 und einen Magnetanker 68 auf. Der elektromagnetische Aktor 60 ist auf der dem Pumpenarbeitsraum 18 abgewandten Seite des Einlassventils 24 angeordnet. Der Magnetkern 66 und die Magnetspule 64 sind in einem Aktorgehäuse 70 angeordnet, das am Gehäuseteil 16 der Hochdruckpumpe befestigbar ist. Das Aktorgehäuse 70 ist beispielsweise mittels eines dieses übergreifenden Schraubrings 72 am Gehäuseteil 16 befestigbar, der auf einem mit einem Außengewinde versehenen Kragen 74 des Gehäuseteils 16 aufgeschraubt ist.
-
Der Magnetanker 68 ist zumindest im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet und über seinen Außenmantel 67 in einer Aufnahme in Form einer Bohrung 76 in einem Trägerelement 78 in Richtung seiner Längsachse 69 verschiebbar geführt. Die Bohrung 76 im Trägerelement 78 verläuft zumindest annähernd koaxial zur Durchgangsbohrung 32 im Gehäuseteil 16 und somit zum Ventilglied 34. An die Bohrung 76 schließt sich im Trägerelement 78 zum Einlassventil 24 hin eine weitere Bohrung 77 mit kleinerem Durchmesser als die Bohrung 76 an.
-
Der Magnetanker 68 weist eine zumindest annähernd koaxial zur Längsachse 69 des Magnetankers 68 angeordnete zentrale Bohrung 81 auf, in die eine auf der dem Ventilglied 34 abgewandten Seite des Magnetankers 68 angeordnete Rückstellfeder 82 hineinragt, die sich am Magnetanker 68 abstützt. Die Rückstellfeder 82 ist an ihrem anderen Ende zumindest mittelbar am Magnetkern 66 abgestützt, der eine zentrale Bohrung 84 aufweist, in die die Rückstellfeder 82 hineinragt. In der Bohrung 84 des Magnetankers 66 kann ein Abstützelement 85 für die Rückstellfeder 82 eingefügt, beispielsweise eingepresst sein. Der Magnetanker 68 weist eine oder mehrere Durchgangsöffnungen 91 auf um einen Durchtritt von Kraftstoff bei der Bewegung des Magnetankers 68 zu ermöglichen.
-
In der Bohrung 76 ist durch die Durchmesserverringerung zur weiteren Bohrung 77 hin eine Ringschulter 88 gebildet. Zwischen der Ringschulter 88 und dem Magnetanker 68 ist ein Anschlagelement 90 angeordnet, durch das die Bewegung des Magnetankers 68 zum Einlassventil 24 hin begrenzt ist. Das Anschlagelement 90 ist hülsenförmig ausgebildet und durch dieses ragt der Magnetanker 68 zum Einlassventil 24 hindurch und kommt zumindest mittelbar am Ventilglied 34 zur Anlage.
-
In 3 ist das Einlassventil 24 ausschnittsweise gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel dargestellt. Hierbei ist in der Bohrung 76 eine über deren Innenumfang umlaufende, bezüglich der Längsachse 69 des Magnetankers 68 radial nach außen gerichtete Ausnehmung 92 vorgesehen. An die Ausnehmung 92 schließen sich in Richtung der Längsachse 69 des Magnetankers 68 auf beiden Seiten Bereiche der Bohrung 76 an, in denen der Magnetanker 68 in seinem Außenmantel 67 mit geringem radialem Spiel geführt ist. Die Ausnehmung 92 erstreckt sich vorzugsweise in Richtung der Längsachse 69 des Magnetankers 68 über eine solche Länge s, dass der Magnetanker 68 über dessen gesamten Verschiebeweg vollständig in Überdeckung mit der Ausnehmung 92 ist. Der Verschiebeweg des Magnetankers 68 erfolgt zwischen einer ersten Endlage, in der der Magnetanker 68 in Anlage am Anschlagelement 90 ist, und einer zweiten Endlage, in der der Magnetanker 68 in Anlage am Magnetkern 66 ist. Der Magnetanker 68 ist somit über dessen gesamten Verschiebeweg beiderseits der Ausnehmung 92 in der Bohrung 76 geführt.
-
In 4 ist das Einlassventil 24 ausschnittsweise gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem der grundsätzliche Aufbau gleich ist wie beim ersten Ausführungsbeispiel, jedoch anstelle in der Bohrung 76 im Außenmantel 67 des Magnetankers 68 eine Ausnehmung 94 vorgesehen ist. Die Ausnehmung 94 verläuft über den Außenumfang des Magnetankers 68 bezüglich der Längsachse 69 des Magnetankers 68 radial nach innen gerichtet. An die Ausnehmung 94 schließen sich in Richtung der Längsachse 69 des Magnetankers 68 auf beiden Seiten Bereiche des Magnetankers 68 an, in denen dieser in seinem Außenmantel 67 mit geringem radialem Spiel in der Bohrung 76 geführt ist. Die Ausnehmung 94 erstreckt sich vorzugsweise in Richtung der Längsachse 69 des Magnetankers 68 über eine solche Länge s, dass der Magnetanker 68 über dessen gesamten Verschiebeweg beiderseits der Ausnehmung 94 in der Bohrung 76 geführt ist. Der Magnetanker 68 taucht somit mit seiner Ausnehmung 94 über dessen gesamten Verschiebeweg nicht aus der diesen führenden Bohrung 76 aus.
-
In 5 ist das Einlassventil 24 ausschnittsweise gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem der grundsätzliche Aufbau gleich ist wie beim zweiten Ausführungsbeispiel, jedoch anstelle einer einzigen Ausnehmung 94 mehrere in Richtung der Längsachse 69 des Magnetankers 68 zueinander versetzte Ausnehmungen 96 vorgesehen sind. Die Ausnehmungen 96 erstrecken sich in Richtung der Längsachse 69 des Magnetankers 68 über einen Bereich mit einer Länge s, wobei die axiale Erstreckung jeder einzelnen Ausnehmung 96 jedoch nur weniger als ein Drittel der Länge s beträgt. Die Ausnehmungen 96 sind als über den Umfang des Magnetankers 68 umlaufende Nuten im Außenmantel 67 des Magnetankers 68 ausgebildet. Die Ausnehmungen 96 können im Querschnitt wie in 5 dargestellt gerundet ausgebildet sein, können jedoch auch andere, beispielsweise eckige Querschnittsformen aufweisen.
-
Durch die vorstehend erläuterte wenigstens eine Ausnehmung 92, 94, 96 in der Bohrung 76 und/oder im Außenmantel 67 des Magnetankers 68 werden die Größe der Scherfläche und damit die Scherkräfte zwischen dem Magnetanker 68 und der Bohrung 76 verringert. Außerdem kann die wenigstens eine Ausnehmung 92, 94, 96 auch als Druckausgleichsnut wirken und die Führung des Magnetankers 68 stabilisieren.
-
Nachfolgend wird die Funktion des elektromagnetisch betätigten Einlassventils 24 erläutert. Während des Saughubs des Pumpenkolbens 12 ist das Einlassventil 24 geöffnet, indem sich dessen Ventilglied 34 in seiner Öffnungsstellung befindet, in der dieses mit seiner Dichtfläche 42 vom Ventilsitz 40 entfernt angeordnet ist. Die Bewegung des Ventilglieds 34 in seine Öffnungsstellung wird durch die zwischen dem Kraftstoffzulauf 26 und dem Pumpenarbeitsraum 18 herrschende Druckdifferenz gegen die Kraft der Ventilfeder 50 bewirkt. Die Magnetspule 64 des Aktors 60 kann dabei bestromt oder unbestromt sein. Wenn die Magnetspule 64 bestromt ist so wird der Magnetanker 68 durch das entstehende Magnetfeld gegen die Kraft der Rückstellfeder 82 zum Magnetkern 66 hin gezogen. Wenn die Magnetspule 64 nicht bestromt ist so wird der Magnetanker 68 durch die Kraft der Rückstellfeder 82 zum Einlassventil 24 hin gedrückt. Der Magnetanker 68 liegt zumindest mittelbar an der Stirnseite des Schafts 36 des Ventilglieds 34 an.
-
Während des Förderhubs des Pumpenkolbens 12 wird durch den Aktor 60 bestimmt ob sich das Ventilglied 34 des Einlassventils 24 in seiner Öffnungsstellung oder Schließstellung befindet. Bei unbestromter Magnetspule 64 wird der Magnetanker 68 durch die Rückstellfeder 82 in der Stellrichtung gemäß Pfeil A in 2 gedrückt, wobei das Ventilglied 34 durch den Magnetanker 68 gegen die Ventilfeder 50 in der Stellrichtung A in seine Öffnungsstellung gedrückt wird. Die Kraft der auf den Magnetanker 68 wirkenden Rückstellfeder 82 ist größer als die Kraft der auf das Ventilglied 34 wirkenden Ventilfeder 50. In die Stellrichtung A wirkt der Magnetanker 68 auf das Ventilglied 34 und der Magnetanker 68 und das Ventilglied 34 werden gemeinsam in die Stellrichtung A bewegt. Solange die Magnetspule 64 nicht bestromt ist kann somit durch den Pumpenkolben 12 kein Kraftstoff in den Speicher 30 gefördert werden sondern vom Pumpenkolben 12 verdrängter Kraftstoff wird in den Kraftstoffzulauf 26 zurückgefördert. Wenn während des Förderhubs des Pumpenkolbens 12 Kraftstoff in den Speicher 30 gefördert werden soll so wird die Magnetspule 64 bestromt, so dass der Magnetanker 68 zum Magnetkern 66 hin in einer zur Stellrichtung A entgegengesetzten Stellrichtung gemäß Pfeil B in 2 gezogen wird. Durch den Magnetanker 68 wird somit keine Kraft mehr auf das Ventilglied 34 ausgeübt, wobei der Magnetanker 68 durch das Magnetfeld in die Stellrichtung B bewegt wird und das Ventilglied 34 unabhängig vom Magnetanker 68 bedingt durch die Ventilfeder 50 und die zwischen dem Pumpenarbeitsraum 18 und dem Kraftstoffzulauf 26 herrschende Druckdifferenz in der Stellrichtung B in seine Schließstellung bewegt wird.
-
Durch das Öffnen des Einlassventils 24 beim Förderhub des Pumpenkolbens 12 mittels des elektromagnetischen Aktors 60 kann die Fördermenge der Hochdruckpumpe in den Speicher 30 variabel eingestellt werden. Wenn eine geringe Kraftstofffördermenge erforderlich ist so wird das Einlassventil 24 durch den Aktor 60 während eines großen Teils des Förderhubs des Pumpenkolbens 12 offen gehalten und wenn eine große Kraftstofffördermenge erforderlich ist, so wird das Einlassventil 24 nur während eines kleinen Teils oder gar nicht während des Förderhubs des Pumpenkolbens 12 offen gehalten.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102014220757 A1 [0002]
