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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.
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Stand der Technik
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Ein elektromagnetisch betätigbares Einlassventil für eine Hochdruckpumpe, insbesondere eine Radial- oder Reihenkolbenpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem, ist durch die
DE 10 2014 220 775 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 zwischen einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung bewegbar ist und das in seiner Schließstellung an einem Ventilsitz zur Anlage kommt. Das Ventilglied ist durch eine Ventilfeder in Schließrichtung beaufschlagt. Ferner umfasst das Einlassventil einen elektromagnetischen Aktor, durch den das Ventilglied bewegbar ist. Der elektromagnetische Aktor weist einen Magnetanker, der auf das Ventilglied wirkt, eine Magnetspule und einen Magnetkern auf, um ein auf den Magnetanker einwirkendes Magnetfeld zu erzeugen, wenn die Magnetspule bestromt wird. Der Magnetanker ist durch eine Rückstellfeder zur Öffnungsstellung des Ventilglieds hin beaufschlagt. Bei Bestromung der Magnetspule wird der Magnetanker gegen die Kraft der Rückstellfeder zur Schließstellung des Ventilglieds hin bewegt, so dass das Ventilglied durch die Ventilfeder in seine Schließstellung bewegt wird. Um das Ventilglied in seiner Öffnungsstellung zu halten muss die Kraft der Rückstellfeder in deren entspanntem Zustand größer sein als die Kraft der Ventilfeder. Die Rückstellfeder stützt sich über ein in eine Aufnahme am Magnetkern eingesetztes Stützelement ab. Abhängig von Toleranzen der verschiedenen Bauteile des Einlassventils ist es erforderlich, dass zur Einstellung einer erforderlichen definierten Vorspannung der Rückstellfeder das Stützelement in unterschiedlichen Stellungen in Richtung der Längsachse des Magnetankers in der Aufnahme fixierbar ist. Je nach Stellung des Stützelements ragt die Rückstellfeder mit ihrem dem Magnetkern zugewandten Endbereich mehr oder weniger weit in die Aufnahme im Magnetkern hinein. Um eine sichere Führung des Endbereichs der Rückstellfeder zu erreichen und ein Ausknicken der Rückstellfeder zu verhindern ist es erforderlich, dass der Endbereich der Rückstellfeder ausreichend weit in die Aufnahme im Magnetkern hineinragt. Wenn der Endbereich der Rückstellfeder nicht ausreichend in der Aufnahme geführt ist kann dies zu einem Ausknicken der Rückstellfeder und damit zu einer Verringerung der Kraft der Rückstellfeder führen, was wiederum die Funktion des Einlassventils beeinträchtigt. Wenn der Endbereich der Rückstellfeder zu weit in die Aufnahme hineinragt so kann dies zu Verschleiß an den federnden Windungen der Rückstellfeder führen, die bei der Kompression und Dekompression der Rückstellfeder am Rand der Aufnahme reiben. Hierdurch wird ebenfalls die Funktion des Einlassventils beeinträchtigt und es können auch Partikel entstehen, die zu Schädigungen des Einlassventils führen können.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Einlassventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass unabhängig von der Stellung des Stützelements die erforderliche Führung des Endbereichs der Rückstellfeder sichergestellt ist und somit die sichere Funktion des Einlassventils über dessen Lebensdauer gewährleistet ist.
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In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Einlassventils angegeben. Durch die Ausbildung gemäß Anspruch 2 ist eine verschleißarme Führung des Endbereichs der Rückstellfeder sichergestellt. Durch die Ausbildung gemäß Anspruch 4 ist eine einfache Montage des Stützelements ermöglicht, da dieses nicht speziell orientiert zu werden braucht. Durch die Ausbildung gemäß Anspruch 5 ist ein Druckausgleich beiderseits des Stützelements in der Aufnahme und auf einfache Weise eine Abstützung der Rückstellfeder erreicht.
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Zeichnung
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine Hochdruckpumpe und 2 in vergrößerter Darstellung einen in 1 mit II bezeichneten Ausschnitt mit dem Einlassventil der Hochdruckpumpe.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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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 geführt ist und in der Zylinderbohrung 14 einen Pumpenarbeitsraum 16 begrenzt. Als Antrieb für den Pumpenkolben 12 kann eine Antriebswelle 18 mit einem Nocken 20 oder Exzenter vorgesehen sein, an dem sich der Pumpenkolben 12 direkt oder über einen Stößel 21, beispielsweise einen Rollenstößel, abstützt. Der Pumpenarbeitsraum 16 ist über ein Einlassventil 22 mit einem Kraftstoffzulauf 23 verbindbar und über ein Auslassventil 24 mit einem Speicher 26. Das Einlassventil 22 ist beispielsweise in ein Gehäuseteil 28 der Hochdruckpumpe integriert. Beim Saughub des Pumpenkolbens 12 kann der Pumpenarbeitsraum 16 bei geöffnetem Einlassventil 22 mit Kraftstoff befüllt werden. Beim Förderhub des Pumpenkolbens 12 wird durch diesen Kraftstoff aus dem Pumpenarbeitsraum 16 verdrängt und in den Speicher 26 gefördert.
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Das Einlassventil 22 weist ein kolbenförmiges Ventilglied 30 auf, das in einer an die Zylinderbohrung 14 anschließenden Bohrung 32 im Gehäuseteil 28 beweglich geführt ist. In die Bohrung 32 mündet in einem im Durchmesser gegenüber deren das Ventilglied 30 führendem Führungsabschnitt vergrößerten Abschnitt wenigstens eine, vorzugsweise mehrere Radialbohrungen 36, die in hydraulischer Verbindung mit dem Kraftstoffzulauf 23 stehen. Das Ventilglied 30 weist an seinem in den Pumpenarbeitsraum 16 ragenden Ende einen Kopf 44 mit gegenüber dem Schaft 46 des Ventilglieds 30 größerem Durchmesser auf. Auf der dem Schaft 46 zugewandten Seite ist am Kopf 44 eine ringförmige Dichtfläche 48 ausgebildet, mit der das Ventilglied 30 mit einem am Rand der Bohrung 32 am Gehäuseteil 28 ausgebildeten Ventilsitz 50 zusammenwirkt. Das Ventilglied 30 ragt mit seinem dem Pumpenarbeitsraum 16 abgewandten Endbereich aus der Bohrung 32 heraus und am Endbereich stützt sich über einen Federteller 52 eine Ventilfeder 54 ab, durch die das Ventilglied 30 in Schließrichtung beaufschlagt ist. In seiner Schließstellung liegt das Ventilglied 30 mit seiner Dichtfläche 48 dichtend am Ventilsitz 50 an, so dass der Pumpenarbeitsraum 16 vom Kraftstoffzulauf getrennt ist.
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Das Einlassventil 22 ist durch einen elektromagnetischen Aktor 56 betätigbar. Der Aktor 56 wird durch eine elektronische Steuereinrichtung 57 in Abhängigkeit von Betriebsparametern der zu versorgenden Brennkraftmaschine angesteuert. Der elektromagnetische Aktor 56 weist eine Magnetspule 58, einen Magnetkern 60 und einen Magnetanker 62 auf. Der elektromagnetische Aktor 56 ist auf der dem Pumpenarbeitsraum 16 abgewandten Seite des Einlassventils 22 angeordnet. Der Magnetkern 60 und die Magnetspule 58 sind in einem Gehäuseteil 64 angeordnet, das mit dem Gehäuseteil 28 der Hochdruckpumpe verbunden ist. Die Verbindung des Gehäuseteils 64 mit dem Gehäuseteil 28 der Hochdruckpumpe erfolgt beispielsweise mittels eines Schraubrings 65, der auf einen mit einem Außengewinde versehenen Kragen 66 des Gehäuseteils 28 der Hochdruckpumpe aufgeschraubt ist.
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Der Magnetanker 62 ist zumindest im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet und über seinen Außenmantel in einer Bohrung 68 in einem Trägerelement 69 verschiebbar geführt. Die Bohrung 68 im Trägerelement 69 verläuft zumindest annähernd koaxial zur Bohrung 32 im Gehäuseteil 28 der Hochdruckpumpe. In seinem dem Magnetkern 60 zugewandten Endbereich weist der Magnetanker 62 eine zentrale Sackbohrung 70 auf. Der Magnetanker 62 und das Ventilglied 30 sind nicht miteinander verbunden. In der Bohrung 68 im Trägerelement 69 ist durch eine Durchmesserverringerung zwischen dem Magnetanker 62 und dem Einlassventil 22 eine Ringschulter 71 gebildet, die einen Anschlag für den Magnetanker 62 für die Begrenzung von dessen Bewegung zur Öffnungsstellung des Ventilglieds 30 hin bildet. Zwischen der Ringschulter 71 und dem Magnetanker 62 kann ein Anschlagelement 72 angeordnet sein.
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Zwischen dem Magnetanker 62 und dem Magnetkern 60 ist eine Rückstellfeder 76 für den Magnetanker 62 angeordnet, die einerseits in die Sackbohrung 70 im Magnetanker 62 hineinragt und sich am Boden der Sackbohrung 70 abstützt. Die Rückstellfeder 76 ist als zylindrische Schraubendruckfeder ausgebildet, die mehrere Windungen aufweist. Im Magnetkern 60 ist auf dessen dem Magnetanker 62 zugewandter Seite eine Aufnahme 78 in Form einer weiteren Sackbohrung vorhanden, in die die Rückstellfeder 76 mit ihrem dem Magnetanker 62 abgewandten Endbereich 77 hineinragt. In der Aufnahme 78 ist ein Stützelement 80 fixiert, an dem sich die Rückstellfeder 76 abstützt. Durch die Rückstellfeder 76 wird der Magnetanker 62 zur Öffnungsstellung des Ventilglieds 30 hin beaufschlagt. Die Kraft der Rückstellfeder 76 ist größer als die Kraft der Ventilfeder 54.
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Das Stützelement 80 ist beispielsweise in die Aufnahme 78 eingepresst, so dass dieses auf einfache Weise in unterschiedlichen Stellungen in Richtung der Längsachse 63 des Magnetankers 62 fixiert werden kann. Alternativ kann das Stützelement 80 beispielsweise auch in die Aufnahme 78 eingeschraubt sein, wobei dann das Stützelement 80 mit einem Außengewinde und die Aufnahme 78 mit einem Innengewinde versehen ist. Die Fixierung des Stützelements 80 in unterschiedlichen Stellungen ist erforderlich um eine Einstellung der Vorspannung der Rückstellfeder 76 bei unterschiedlichen Toleranzen der verschiedenen Bauteile des Einlassventils 22 auf einen vorgegebenen Wert zu ermöglichen.
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Wie in 2 dargestellt weist das Stützelement 80 zumindest auf seiner der Rückstellfeder 76 zugewandten Seite eine Ausnehmung 82 auf, in die der Endbereich 77 der Rückstellfeder 76 mit geringem radialem Spiel bezüglich der Längsachse 63 des Magnetankers 62 hineinragt. Der Endbereich 77 der Rückstellfeder 76 umfasst beispielsweise die letzten zwei bis drei Windungen der Rückstellfeder 76, die bei der Kompression und Dekompression der Rückstellfeder nicht oder nur gering verformt werden. Der Endbereich 77 der Rückstellfeder 76 ist somit in der Aufnahme 82 geführt, so dass dieser nicht seitlich ausknicken kann, jedoch ein Kontakt des Endbereichs 77 mit dem seitlichen Rand der Ausnehmung 82 vermieden ist. Die Eintauchtiefe des Endbereichs 77 der Rückstellfeder 76 in die Ausnehmung 82 ist unabhängig von der Stellung des Stützelements 80 in der Aufnahme 78 des Magnetkerns 60.
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Das Stützelement 80 ist hülsenförmig ausgebildet und weist eine durchgehende Öffnung 84 auf. Durch die Öffnung 84 ist eine hydraulische Verbindung des durch das Stützelement 80 in der Aufnahme 78 begrenzten Raums mit dem außerhalb der Aufnahme 78 liegenden Bereich des Einlassventils 22 gebildet. Die Öffnung 84 weist einen kleineren Querschnitt auf als die Ausnehmung 82, so dass am Übergang von der Ausnehmung 82 zur Öffnung 84 im Stützelement 80 eine Ringschulter 86 gebildet ist, an der sich der Endbereich 77 der Rückstellfeder 76 abstützt. Es ist vorteilhaft wenn das Stützelement 80 an beiden Seiten in Richtung der Längsachse 63 des Magnetankers 62 gesehen jeweils eine Ausnehmung 82 aufweist, da dieses dann in beliebiger Orientierung in die Aufnahme 78 im Magnetkern 60 eingesetzt werden kann, was dessen Montage vereinfacht.
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Nachfolgend wird die Funktion des elektromagnetisch betätigten Einlassventils 22 erläutert. Während des Saughubs des Pumpenkolbens 12 ist das Einlassventil 22 geöffnet, indem sich dessen Ventilglied 34 in seiner Öffnungsstellung befindet, in der dieses mit seiner Dichtfläche 48 vom Ventilsitz 50 entfernt angeordnet ist. Die Bewegung des Ventilglieds 30 in seine Öffnungsstellung wird durch die zwischen dem Kraftstoffzulauf 21 und dem Pumpenarbeitsraum 16 herrschende Druckdifferenz gegen die Kraft der Ventilfeder 54 bewirkt. Die Magnetspule 58 des Aktors 56 ist dabei bestromt, so dass der Magnetanker 62 durch das entstehende Magnetfeld gegen die Kraft der Rückstellfeder 78 zur Magnetspule 58 hin gezogen wird. Wenn die Magnetspule 58 nicht bestromt ist so wird der Magnetanker 62 durch die Kraft der Rückstellfeder 76 zum Einlassventil 22 hin gedrückt und in Anlage an der Ringschulter 71 oder dem Anschlagelement 72 gehalten.
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Während des Förderhubs des Pumpenkolbens 12 wird durch den Aktor 56 bestimmt ob sich das Ventilglied 30 des Einlassventils 22 in seiner Öffnungsstellung oder Schließstellung befindet. Bei unbestromter Magnetspule 58 wird der Magnetanker 62 durch die Rückstellfeder 76 in einer ersten Stellrichtung gemäß Pfeil A in 2 in Anlage an die Ringschulter 71 oder das Anschlagelement 72 gedrückt, wobei das Ventilglied 30 durch den Magnetanker 62 gegen die Ventilfeder 54 in der ersten Stellrichtung in seine Öffnungsstellung gedrückt wird. Die Kraft der auf den Magnetanker 62 wirkenden Rückstellfeder 76 ist größer als die Kraft der auf das Ventilglied 30 wirkenden Ventilfeder 54. In die erste Stellrichtung A wirkt der Magnetanker 62 auf das Ventilglied 30 und der Magnetanker 62 und das Ventilglied 30 werden gemeinsam in die erste Stellrichtung A bewegt. Solange die Magnetspule 58 nicht bestromt ist kann somit durch den Pumpenkolben 12 kein Kraftstoff in den Speicher 26 gefördert werden sondern vom Pumpenkolben 12 verdrängter Kraftstoff wird in den Kraftstoffzulauf 23 zurückgefördert. Wenn während des Förderhubs des Pumpenkolbens 12 Kraftstoff in den Speicher 26 gefördert werden soll so wird die Magnetspule 58 bestromt, so dass der Magnetanker 62 zur Magnetspule 58 hin in einer zur ersten Stellrichtung A entgegengesetzten zweiten Stellrichtung gemäß Pfeil B in 2 gezogen wird. Durch den Magnetanker 62 wird somit keine Kraft mehr auf das Ventilglied 30 ausgeübt, wobei der Magnetanker 62 durch das Magnetfeld in die zweite Stellrichtung B bewegt wird und das Ventilglied 30 unabhängig vom Magnetanker 62 bedingt durch die Ventilfeder 54 und die zwischen dem Pumpenarbeitsraum 16 und dem Kraftstoffzulauf 23 herrschende Druckdifferenz in der zweiten Stellrichtung B in seine Schließstellung bewegt wird. Durch das Öffnen des Einlassventils 22 beim Förderhub des Pumpenkolbens 12 mittels des elektromagnetischen Aktors 56 kann die Fördermenge der Hochdruckpumpe in den Speicher 26 variabel eingestellt werden. Wenn eine geringe Kraftstofffördermenge erforderlich ist so wird das Einlassventil 22 durch den Aktor 56 während eines großen Teils des Förderhubs des Pumpenkolbens 12 offen gehalten und wenn eine große Kraftstofffördermenge erforderlich ist, so wird das Einlassventil 22 nur während eines kleinen Teils oder gar nicht während des Förderhubs des Pumpenkolbens 12 offen gehalten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014220775 A1 [0002]
