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Die Erfindung betrifft ein Magnetventil, das eine elektrische Spulenbaugruppe, einen Elektromagnet, einen Polkern, ein Ankerelement, eine Feder, welche den Polkern und das Ankerelement voneinander beabstandet, ein mit dem Ankerelement starr gekoppeltes Betätigungselement für einen Verschlusskörper und ein Hülsenelement zur Aufnahme des Polkerns, des Ankerelements und der Feder aufweist. Zu der Erfindung gehören auch eine Kraftstoff-Einspritzpumpe mit dem erfindungsgemäßen Magnetventil sowie ein Kraftfahrzeug mit erfindungsgemäßen Kraftstoff-Einspritzpumpe.
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Das von der Erfindung gelöste Problem ist im Folgenden anhand von 1 erläutert, die ein Magnetventil einer Kraftstoff-Einspritzpumpe gemäß dem Stand der Technik zeigt. Dargestellt ist ein Magnetventil 10, welches eine Scheibe 20 als Ventilsitzeinrichtung 30 aufweist, mit mehreren als Bohrungen ausgeführten Durchlassöffnungen 90, durch welche der Kraftstoff bei geöffnetem Ventil fließen kann; und eine verformbare kreisförmige Federplatte 50, die auf der dem Arbeitsraum 60 zugewandten Seite der Scheibe 20 aufliegt. Die Federplatte 50 bildet hier den Verschlusskörper.
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Bei geschlossenem Magnetventil 10 verschließt die Federplatte 50 die Durchlassöffnungen 90 der Scheibe 20. Dabei wird das Magnetventil 10 einerseits durch die Druckdifferenz zwischen einem Einlasskanal (im Bereich 70) und dem Arbeitsraum 60 der Kraftstoffpumpe gesteuert, weshalb ohne anderweitige Einwirkung auf das Magnetventil 10, dieses geschlossen wird, wenn der Kraftstoffdruck in dem Arbeitsraum 60 höher als der Kraftstoffdruck im Einlasskanal 70 ist. Analog ist das Magnetventil 10 offen, wenn der Kraftstoffdruck im Arbeitsraum 60 niedriger ist als der Kraftstoffdruck im Einlasskanal 70.
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Neben einer hydraulischen Ansteuerung ist auch eine elektrische Ansteuerung des Magnetventils 10 möglich: Das Magnetventil 10 weist ein Betätigungselement 80 auf, das mit der Federplatte 50 durch eine Durchlassöffnung 90 der Scheibe 20 kontaktiert ist. Das Betätigungselement 80 kann durch Ansteuerung eines Elektromagneten 100 über ein mit dem Betätigungselement 80 starr gekoppeltes Ankerelement 110 in Richtung des Einlasskanals 70 bewegt werden, entgegen der durch eine Feder 120 bewirkten Vorspannung in Richtung des Arbeitsraums 60 der Kraftstoff-Einspritzpumpe. Die Feder 120 ist dabei so angeordnet, dass sie das Ankerelement 110 und einen sich an dieses anschließenden Polkern 130 auf Abstand hält. Ohne Einwirken des Elektromagneten 100 drückt das Betätigungselement 80 durch die Federkraft der Feder 120 auf die Federplatte 50. Ist der Kraftstoffdruck in dem Arbeitsraum 60 entsprechend gering, wird das Magnetventil 10 geöffnet. Wird der Elektromagnet 100 bestromt, zieht das Ankerelement 110 das Betätigungselement 80 zurück und die Federplatte 50 verschließt - bei entsprechender hydraulischer Druckdifferenz - die Durchlassöffnungen 90 der Scheibe 20: Das Magnetventil 10 ist geschlossen.
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Zur Aktivierung einer Spule an den Pins einer Spulenbaugruppe 140 mit elektrischem Strom, welche Bestandteil des Magnetventils 10 ist, wird ein Magnetfeld im Elektromagnet 100 aufgebaut. Dieses Magnetfeld wird in die umgebenden Metallbauteile induziert, so dass zwischen dem Ankerelement 110 und dem Polkern 130 eine Magnetkraft aufgebaut wird. Mittels der Magnetkraft wird die Federkraft der Feder 120 überwunden und die durch das Betätigungselement 80 gekoppelte Hydraulik 150, welche wie vorstehend beschrieben, eine geöffnete Stellung und eine geschlossene Stellung aufweist, gesteuert.
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Wie weiter aus der 1 zu erkennen, sind der Polkern 130 und das Ankerelement 110 in einer Hülse 160 aufgenommen, welche Hülse 160 mit dem Gehäuse der Kraftstoff-Einspritzpumpe verschweißt ist. Das Ankerelement 110 ist in einem Führungsbereich 170 in der Hülse 160 geführt. Um ein Verkippen des Ankerelements 160 und des mit dem diesem gekoppelten Betätigungselements 80 zu verhindern, ist das Betätigungselement 80 in der Scheibe 20 in einem Bereich 180 geführt. Die Führung ist folglich an zwei unterschiedlichen Stellen 170, 180 gebildet, zum einen zwischen dem Ankerelement 110 und der Hülse 160 am Durchmesser 170 und zum anderen im Bereich der hydraulischen Einheit am Ende des Betätigungselements 80 an der Stelle 180.
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Im Bereich 180 verringert sich durch das Vorhandensein von Material für die Führung des Betätigungselements 80 der hydraulische Querschnitt der Kraftstoff-Einspritzpumpe, sodass die gesamte Baugruppe um diesen Verlust an Querschnitt größer ausgelegt werden muss.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein effizientes Magnetventil für eine Kraftstoff-Einspritzpumpe bereitzustellen.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung sowie die Figuren beschrieben.
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Durch die Erfindung ist ein Magnetventil für eine Kraftstoffeinspritzpumpe bereitgestellt. In der bereits beschriebenen Weise weist das Magnetventil eine elektrische Spulenbaugruppe auf, einen Elektromagneten, einen Polkern, ein Ankerelement, einen beweglichen Verschlusskörper, eine Feder, welche den Polkern und das Ankerelement voneinander beabstandet hält, ein mit dem Ankerelement starr gekoppeltes Betätigungselement für den Verschlusskörper, und ein Hülsenelement zur Aufnahme des Polkerns und des Ankerelements. Die Bewegung des Ankerelements ist am Hülsenelement geführt. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass sowohl das Ankerelement als auch das Betätigungselement an ein und demselben Element geführt sind.
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Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Bauteil- und Fügegenauigkeiten lediglich an einem Element, eingehalten werden müssen. Die Toleranzkette wird damit kleiner und folglich sinken die Toleranzanforderungen.
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Erfindungsgemäß sind das Ankerelement und das Betätigungselement an der Hülse geführt. Durch die Verlagerung der Führung des Betätigungselements weg von dem hydraulischen Querschnitt, wie im Stand der Technik realisiert, kann der hydraulische Querschnitt der Kraftstoff-Einspritzpumpe verringert werden und somit das Magnetventil kleiner ausgelegt werden. Da der hydraulische Querschnitt direktem Einfluss auf den Durchmesser dieser (der hydraulischen Einheit) hat, ist es nunmehr nicht mehr erforderlich, die Verbindung in der Pumpe genauso dauerhaltbar auszulegen, wie es im Stand der Technik notwendig war, da die hydraulische Einheit die Trennung zwischen Hoch- und Niederdruckbereich in der Pumpe darstellt. Dadurch dass das Magnetventil kleiner ausgelegt werden kann, weil sich der hydraulische Querschnitt verringert, wird die hydraulische Last kleiner, da die mit Druck beaufschlagte Fläche der hydraulischen Einheit ebenfalls geringer wird. Überdies wird die Toleranzkette kleiner und damit sinken die Toleranzanforderungen. Das Magnetventil kann kostengünstiger hergestellt werden. Vorteilhafterweise weist die Hülse einen Bodenbereich auf, in welchem die Führung für das Betätigungselement ausgebildet ist. Durch Tiefziehen der Hülse kann somit auf einfache Weise erreicht werden, dass beide Führungsbereiche für das Ankerelement und für das Betätigungselement in ein und demselben Element realisiert werden.
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Bei einer Ausführung ist dabei im Bodenbereich der Hülse eine Öffnung ausgebildet, durch welche das Betätigungselement geführt ist. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Öffnung im Bodenbereich der Hülse ein nach innen weisenden Fortsatz aufweisen. Alternativ ist es aber auch möglich, dass die Öffnung im Bodenbereich der Hülse einen nach außerhalb der Hülse weisenden Fortsatz aufweist. Vorteilhaft hier ist, dass der Führungsbereich des Betätigungselements der Hülse eine Kaltverfestigung erfahren hat und damit verschleißresistenter ist. Dies gilt sowohl für den nach innen weisenden Fortsatz der Hülse als auch für den nach außen weisenden Fortsatz der Hülse. Durch die Kaltverfestigung ist die Hülse in diesem Führungsbereich darüber hinaus verschleißresistenter. Des Weiteren kann bei dem nach außen weisenden Fortsatz der Hülse der Volumenstrom des Ventils besonders verlustarm ausgelegt werden.
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Das erfindungsgemäße Magnetventil ist bevorzugt für den Betrieb in einer Kraftstoff-Einspritzpumpe ausgestaltet. Entsprechend umfasst die Erfindung auch eine Kraftstoff-Einspritzpumpe mit einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Magnetventils.
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Durch Bereitstellen der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzpumpe in einem Kraftfahrzeug ergibt sich das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist hierbei bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen ausgestaltet.
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Im Folgenden sind drei Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 ein Magnetventil einer Einspritzpumpe gemäß dem Stand der Technik;
- 2 eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Magnetventils;
- 3 eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Magnetventils; und
- 4 eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Magnetventils.
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Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich jeweils um eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung.
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In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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2 zeigt ein Magnetventil 10 einer Kraftstoffeinspritzpumpe. Das Magnetventil weist einen Elektromagneten 100 auf, eine Spulenbaugruppe 140, eine Hülse 160, die einen Polkern 130 und ein Ankerelement 110 aufnimmt. Der Polkern 130 und das Ankerelement 110 sind mit Abstand voneinander in der Hülse 160 angeordnet. Auf bekannte Weise sind das Ankerelement 110 und der Polkern 130 über eine Feder 120 voneinander auf Abstand gehalten. Mit dem Ankerelement 110 ist ein Betätigungselement 80 welches beispielsweise als Pin ausgebildet sein kann, starr gekoppelt. Das Betätigungselement 80 erstreckt sich zentral von dem Ankerelement 110 in Richtung eines Arbeitsraums 60 der nicht gezeigten Kraftstoff-Einspritzpumpe. An dem dem Ankerelement 110 entgegengesetzten Ende ist am Betätigungselement 80 eine kreisförmige Federplatte 50 angeordnet, welche den Verschlusskörper des Magnetventils 10 bildet und den Arbeitsraum 60 der Kraftstoffeinspritzpumpe vom Einlasskanal des Magnetventils hydraulisch trennt.
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Die Hülse 160 der 2 weist eine becherförmige Form auf mit einem zylinderförmigen Wandungsbereich und einem Bodenbereich 200. Der Bodenbereich 200 der Hülse 160 weist eine zentrale Öffnung 210 auf, durch welche sich das Betätigungselement 80 hindurch erstreckt. Das Ankerelement 110 und der Polkern 130 sind im Bereich der zylinderförmigen Wandung 190 der Hülse aufgenommen, derart, dass die zylindförmige Wandung 190 der Hülse einen Führungsbereich 170 für das Ankerelement 110 bildet. Zur Vermeidung des Verkippens des Ankerelements 110 und des mit diesem gekoppelten Betätigungselement 80 ist zusätzlich eine weitere Führung für das Betätigungselement 80 erforderlich, welche in 2 durch die Öffnung 210 im Bodenbereich 200 der Hülse 160 ausgebildet ist. Das Ankerelement 110 und das mit diesem gekoppelte Betätigungselement 80 sind folglich beide in der Hülse 160 geführt.
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Die Führungsbereiche 170, 210 sind, wie aus 2 zu erkennen jenseits der hydraulischen Einheit des Magnetventils 10 angeordnet.
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3 zeigt eine leichte geänderte Ausführungsform der Hülse 160 des Magnetventils 10. Das Magnetventil 10 ist jedoch insgesamt gleich aufgebaut wie das der 2. Insbesondere sind die wesentlichen Bestandteile gleich und auch mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Hülse 160 der 3 weist ebenfalls in ihrem Bodenbereich 200 eine Öffnung 210a auf, durch welche sich das Betätigungselement 80 hindurch erstreckt und in welcher Öffnung 210 das Betätigungselement 80 geführt ist. Im Gegensatz zur 2 ist jedoch der Bodenbereich 200 der Hülse 160 im Bereich der Öffnung 210a nach innen, sprich in Richtung des Ankerelements 110 umgeformt. Diese als Fortsatz 220a ausgebildete Umformung bildet hier die Führung für das Betätigungselement 80. Wie in 2 ist auch die Hülse 160 der 3 als tiefgezogenes Element ausgebildet, wobei der Bodenbereich 200 der Hülse 160 beispielsweise durch eine Kaltverfestigung mit dem Fortsatz 220a ausgebildet ist.
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4 zeigt eine weitere Version einer tiefgezogenen Hülse 160 bei der die Führung des Betätigungselements 80 ebenfalls im Bodenbereich 200 der Hülse 160 erfolgt. Die zentrale Öffnung 210b im Bodenbereich 200 der Hülse 160 weist bei dieser Ausführungsform jedoch einen nach außen umgeformten Bereich auf, das heißt einen nach außerhalb der Hülse 160 weisenden Fortsatz 220b. Dieser Fortsatz 220b ist dabei so ausgebildet, dass er das Betätigungselement 80 in axialer Richtung umgibt und dieses in diesem Bereich führt.
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Sowohl der Bodenbereich 200 der 2 als auch der Bodenbereich 200 der Hülse 160 der 4 haben im Bereich der jeweiligen Fortsätze 220a, 220b eine Kaltverfestigung erfahren und sind damit verschleißresistenter. Die Ausführungsform der Hülse gemäß 4 weist weiterhin den Vorteil auf, dass der Volumenstrom in dem Magnetventil hier besonders verlustarm ausgelegt werden kann. Des Weiteren ist die Führung, die für das Ankerelement 110 und das mit diesem fest gekoppelten Betätigungselement 80 erforderlich ist bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen an einem einzigen Bauteil, nämlich der Hülse 160 des Magnetventils realisiert und folglich nicht mehr in der hydraulischen Einheit der Pumpe integriert, wie im Stand der Technik. Hieraus ergibt sich der Vorteil, dass der hydraulische Querschnitt der hydraulischen Einheit verringert werden kann und folglich das gesamte Magnetventil 10 kleiner ausgelegt werden kann. Durch die Verwendung der Hülse 160als tief gezogenes Bauteil kann diese zudem kostengünstig und hinreichend genau hergestellt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Magnetventil
- 20
- Scheibe
- 30
- Ventilsitzeinrichtung
- 50
- Federplatte
- 60
- Arbeitsraum
- 70
- Einlasskanal
- 80
- Betätigungselement
- 90
- Durchlassöffnung
- 100
- Elektromagnet
- 110
- Ankerelement
- 120
- Feder
- 130
- Polkern
- 140
- Spulenbaugruppe
- 150
- Hydraulik
- 160
- Hülse
- 170
- Führungsbereich Ankerelement
- 180
- Bereich der Führung in der Scheibe
- 190
- zylinderförmige Wandung der Hülse 160
- 200
- Bodenbereich Hülse
- 210
- Öffnung im Bodenbereich
- 210a
- Öffnung im Bodenbereich
- 210b
- Öffnung im Bodenbereich
- 220a
- Fortsatz
- 220b
- Fortsatz
