DE102018211291B4

DE102018211291B4 - Kraftstoffhochdruckpumpe

Info

Publication number: DE102018211291B4
Application number: DE102018211291.6A
Authority: DE
Inventors: Mykhailo Belikovetsky; Yury Mikhaylov; Yavuz Kurt
Original assignee: Vitesco Technologies GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2018-07-09
Filing date: 2018-07-09
Publication date: 2021-02-18
Anticipated expiration: 2038-07-10
Also published as: WO2020011313A1; DE102018211291A1

Abstract

Kraftstoffhochdruckpumpe (10) zum Beaufschlagen eines Kraftstoffes in einem Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine mit Hochdruck, aufweisend ein elektromagnetisch betätigbares Fluidventil (12) mit einem Aktorbereich (20), wobei der Aktorbereich (20) eine elektromagnetische Spule (34) und wenigstens ein magnetisches Bauteil (42) zum Bilden eines Magnetkreises aufweist, wobei in dem Aktorbereich (20) zur Aufnahme des magnetischen Bauteils (42) eine Hülse (36) angeordnet ist, die zum Definieren eines Aufnahmeraums (41) für das magnetische Bauteil (42) eine Zylinderwand (38), um die die elektromagnetische Spule (34) herum angeordnet ist, und eine zu einer Außenumgebung (44) der Kraftstoffhochdruckpumpe (10) gerichtete Stirnwand (40) aufweist, wobei Zylinderwand (38) und Stirnwand (40) integral gebildet und im Wesentlichen senkrecht zueinander angeordnet sind, wobei der Aktorbereich (20) weiter eine Deckelanordnung (60) aufweist, die die Stirnwand (40) vollständig und die Zylinderwand (38) zumindest teilweise abdeckt und so von der Außenumgebung (44) abtrennt, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckelanordnung (60) eine axiale Vorspannung auf die Stirnwand (38) ausübt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffhochdruckpumpe zum Beaufschlagen eines Kraftstoffes in einem Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine mit Hochdruck.
Kraftstoffhochdruckpumpen in Kraftstoffeinspritzsystemen in Brennkraftmaschinen werden dazu verwendet, einen Kraftstoff mit hohem Druck zu beaufschlagen, wobei der Druck beispielsweise bei Benzin-Brennkraftmaschinen in einem Bereich von 150 bar bis 400 bar und bei Diesel-Brennkraftmaschinen in einem Bereich von 1500 bar bis 2500 bar liegt. Je höher der Druck, der in dem jeweiligen Kraftstoff erzeugt werden kann, desto geringer sind Emissionen, die während der Verbrennung des Kraftstoffes in einer Brennkammer entstehen, was insbesondere vor dem Hintergrund vorteilhaft ist, dass eine Verringerung von Emissionen immer stärker gewünscht wird.
In dem Kraftstoffeinspritzsystem können an verschiedenen Positionen des Weges, den der Kraftstoff von einem Tank zu der jeweiligen Brennkammer nimmt, Fluidventile vorgesehen sein, beispielsweise als Einlassventil oder Auslassventil an einer Kraftstoffhochdruckpumpe, die den Kraftstoff mit Druck beaufschlagt, aber auch beispielsweise als Entlastungsventil an verschiedensten Positionen des Kraftstoffeinspritzsystems, beispielsweise an einem Common-Rail, das den druckbeaufschlagten Kraftstoff vor der Einspritzung in die Brennkammer speichert.
Häufig werden hierzu schnellschaltende Magnetventile zur Volumenstrom- und/oder Druckregelung eingesetzt. Diese schnellschaltenden Magnetventile generieren Betriebsgeräusche beim Schließen und Öffnen. Ein wichtiger kommerzieller Parameter für die Kraftstoffhochdruckpumpe ist der Akustiklevel, weswegen relativ viel investiert wird, um die Akustik zu verbessern. Die Hauptgeräuschquelle an der Kraftstoffhochdruckpumpe sind Magnetventile, welche aufgrund mechanisch bewegter Bauteile und hoher Aufprallgeschwindigkeiten eine hohe Geräuschkulisse erzeugen. Dabei hat beispielsweise ein durch einen Aufprall eines bewegten Ankers auf einen Polkern verursachter Knall einen großen Anteil an der Geräuschkulisse.
Es sind Anordnungen solcher Magnetventile bekannt, bei denen das Polstück und der Anker in einer Hülse angeordnet sind, welche als Tiefziehteil ausgeführt ist und somit eine relativ geringe Masse aufweist. Beim Aufprall des Ankers am Polstück wird diese Hülse angeregt und wirkt wie eine Lautsprechermembran, was den Akustiklevel der Kraftstoffhochdruckpumpe erhöht. Die entstehenden Geräusche werden in die Außenumgebung um die Kraftstoffhochdruckpumpe herum abgestrahlt.
Bislang war es bekannt, beispielsweise die bewegte Masse des Ankers abzubremsen, um so den Aufprall und die entstehenden Geräusche zu mindern. Ein vollständiges Auslöschen der Geräuschemission ist jedoch damit nicht möglich.
Aus der Druckschrift DE 11 2013 001 157 T5 ist eine Kraftstoffhochdruckpumpe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Kraftstoffhochdruckpumpe mit einem Fluidventil vorzuschlagen, die einen weiter verbesserten Akustiklevel aufweist.
Diese Aufgabe wird mit einer Kraftstoffhochdruckpumpe mit der Merkmalskombination des Anspruches 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Eine Kraftstoffhochdruckpumpe zum Beaufschlagen eines Kraftstoffes in einem Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine mit Hochdruck weist ein elektromagnetisch betätigbares Fluidventil mit einem Aktorbereich auf, wobei der Aktorbereich eine elektromagnetische Spule und wenigstens ein magnetisches Bauteil zum Bilden eines Magnetkreises aufweist. In dem Aktorbereich ist zur Aufnahme des magnetischen Bauteils eine Hülse angeordnet, die zum Definieren eines Aufnahmeraums für das magnetische Bauteil eine Zylinderwand, um die die elektromagnetische Spule herum angeordnet ist, und eine zu einer Außenumgebung der Kraftstoffhochdruckpumpe gerichtete Stirnwand aufweist. Die Zylinderwand und Stirnwand sind integral gebildet und im Wesentlichen senkrecht zueinander angeordnet, wobei der Aktorbereich weiter eine Deckelanordnung aufweist, die die Stirnwand vollständig und die Zylinderwand zumindest teilweise abdeckt und so von der Außenumgebung abtrennt. Die Deckelanordnung übt eine axiale Vorspannung auf die Stirnwand aus.
Damit wird ein mechanischer Kontakt zwischen der Deckelanordnung und der Hülse erzeugt, um somit eine größere Masse in das schwingende System zu bringen und dadurch das Schwingen bzw. die axiale Bewegung der Hülse selbst und somit die Geräuschemission in die Außenumgebung zu reduzieren. Dieser mechanische Kontakt wird dadurch realisiert, dass die Deckelanordnung eine axiale Vorspannung auf die Stirnwand ausübt und somit auf die Hülse drückt.Die Hülse, die in unerwünschter Weise als Lautsprechermembran wirkt, wird durch die Deckelanordnung abgeschirmt. Dadurch wird eine Reduzierung der Geräuschemission und somit eine verbesserte Akustik der Kraftstoffhochdruckpumpe erreicht.
Insgesamt ist es vorteilhaft, wenn die Deckelanordnung aus einem gut dämpfenden Material wie beispielsweise einem Kunststoff gefertigt ist.
In vorteilhafter Ausgestaltung ist die elektromagnetische Spule in einem Spritzgusssteckeranschluss angeordnet, wobei die Deckelanordnung im Spritzgussverfahren einstückig mit dem Spritzgusssteckeranschluss ausgebildet ist. Damit ist die Deckelanordnung vorteilhaft in der Spulenumspritzung integriert, wodurch verringerte Bauteil- als auch Montagekosten auftreten. Zusätzlich wirkt die Deckelanordnung gut dämpfend, da sie aus einem Spritzgussmaterial gebildet ist, das für gewöhnlich aus einem Kunststoff besteht.
Vorteilhaft sind der Spritzgusssteckeranschluss und die Deckelanordnung innerhalb eines Spulengehäuses eingesteckt angeordnet.
Das Spulengehäuse erfüllt dann sowohl die Funktion, die Spule sicher in dem Aktorbereich zu halten, als auch, eine Halterung für die Deckelanordnung bereitzustellen.
In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist die elektromagnetische Spule in einem Spulengehäuse angeordnet, wobei die Deckelanordnung über der elektromagnetischen Spule und über dem Spulengehäuse gestülpt angeordnet ist.
Somit ist es möglich, die Deckelanordnung als separates Bauteil auszuführen, welches dann nachträglich über die Spulenanordnung gestülpt wird. Auch hier ist es möglich, dass ein Hohlraum zwischen der Deckelanordnung und der Hülse vorgesehen ist, der beispielsweise auch mit einem elastischen Element befüllt sein kann, oder dass die Deckelanordnung direkt eine Vorspannung auf die Hülse ausübt. Die Deckelanordnung kann in dieser Ausführungsform beispielsweise durch Aufpressen oder Kleben oder ähnliches auf die Spulenanordnung montiert sein.
Vorzugsweise ist die Hülse als Tiefziehteil ausgebildet, wobei als magnetische Bauteile ein feststehendes, insbesondere in die Hülse eingepresstes, Polstück und ein von der Hülse geführter Anker in dem Aufnahmeraum angeordnet sind.
In bevorzugter Ausgestaltung ist das Fluidventil als Einlassventil zum geregelten Einlassen von Kraftstoff in einen Druckraum der Kraftstoffhochdruckpumpe ausgebildet.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt:

1 eine Schnittansicht einer Kraftstoffhochdruckpumpe in einem Teilbereich, in dem ein elektromagnetisch betätigbares Fluidventil angeordnet ist, in einer ersten Ausführungsform;
2 eine Schnittansicht einer Kraftstoffhochdruckpumpe in einem Teilbereich, in dem ein elektromagnetisch betätigbares Fluidventil angeordnet ist, in einer nicht zur Erfindung gehörenden Ausführungsform;
3 eine Schnittansicht einer Kraftstoffhochdruckpumpe in einem Teilbereich, in dem ein elektromagnetisch betätigbares Fluidventil angeordnet ist, in einer nicht zur Erfindung gehörenden Ausführungsform; und
4 eine Schnittansicht einer Kraftstoffhochdruckpumpe in einem Teilbereich, in dem ein elektromagnetisch betätigbares Fluidventil angeordnet ist, in einer zweiten Ausführungsform.

1 zeigt eine Schnittansicht einer Kraftstoffhochdruckpumpe 10 in einem Teilbereich, in dem ein elektromagnetisch betätigbares Fluidventil 12 angeordnet ist, in einer ersten Ausführungsform. Das Fluidventil 12 ist vorliegend als Einlassventil 14 ausgebildet, über das von einem nicht gezeigten Niederdruckbereich Kraftstoff geregelt einem Druckraum 16 der Kraftstoffhochdruckpumpe 10 zugeführt wird.
Das Einlassventil 14 weist einen Ventilbereich 18 und einen Aktorbereich 20 auf. In dem Ventilbereich 18 wirken ein Ventilelement 22 und ein Ventilsitz 24 zusammen, um das Fluidventil 12 je nach Position des Ventilelementes 22 geöffnet oder geschlossen zu halten. Das Ventilelement 22 wird von einem Pin 26 betätigt, dessen Bewegung in axialer Richtung 28 des Fluidventiles 12 durch den Aktorbereich 20 induziert wird.
Der Pin 26 ist hierzu mit den beweglichen Bauteilen des Aktorbereiches 20, insbesondere mit einem Anker 30, gekoppelt. Weiter weist der Aktorbereich 20 neben dem in axialer Richtung 28 beweglichen Anker 30 ein feststehendes Polstück 32 und eine elektromagnetische Spule 34 auf. Das Polstück 32 ist in eine Hülse 36 eingepresst angeordnet, in der auch der Anker 30 in seiner axialen Bewegung geführt ist. Zum Halten des Polstückes 32 und Führen des Ankers 30 weist die Hülse 36 eine Zylinderwand 38 auf, die sich in axialer Richtung 28 erstreckt. Die Hülse 36 umfasst weiter eine Stirnwand 40 als Anschlagbereich für das eingepresste Polstück 32. Zylinderwand 38 und Stirnwand 40 definieren gemeinsam einen Aufnahmeraum 41. Demgemäß ist die Hülse 36 so ausgebildet, dass sie die magnetischen Bauteile 42 - Anker 30 und Polstück 32 - vollständig von einer Außenumgebung 44 abtrennt. Um die Herstellung der Hülse 36 sowie die Anordnung der magnetischen Bauteile 42 in der Hülse 36 besonders einfach zu gestalten, ist die Hülse 36 als Tiefziehteil 46 ausgebildet und weist daher sowohl eine verhältnismäßig dünne Zylinderwand 38 als auch Stirnwand 40 auf.
Die Spule 34 ist um die Zylinderwand 36 herum angeordnet, wozu sie über die Hülse 36 gestülpt ist. Zur vereinfachten Montage der Spule 34 über die Hülse 36 ist die Spule 34, gemeinsam mit einem Joch 48, in einen Spritzgusssteckeranschluss 50 eingespritzt. Es ist ein Spulengehäuse 52 vorhanden, das an einem Pumpengehäuse 54 der Kraftstoffhochdruckpumpe 10 befestigt ist, und in dem die Spule 34 in dem Spritzgusssteckeranschluss 50 gehalten angeordnet ist.
Im Betrieb des Einlassventiles 14 wird die Spule 34 mit Strom beaufschlagt und es bildet sich ein geschlossener Magnetkreis über das Spulengehäuse 52, das Joch 48 und die Spule 34, sodass eine magnetische Anziehungskraft zwischen dem Polstück 32 und dem Anker 30 induziert wird. Der Anker 30, der im ausgeschalteten Zustand des Einlassventils 14 von einer Feder 56 auf Abstand zu dem Polstück 32 gehalten worden ist, bewegt sich auf das Polstück 32 zu und nimmt dabei den Pin 26 mit. Dadurch ist es dem Ventilelement 22 möglich, sich an den Ventilsitz 24 anzulegen und somit das Einlassventil 14 zu schließen.
Im Betrieb des Einlassventiles 14 schlägt der Anker 30 in Schließrichtung an dem Polstück 32 an, und der Pin 26 schlägt in Öffnungsrichtung der Bewegung an einer Ventilplatte 58 an. Dadurch entstehen im Betrieb des Einlassventils 14 Geräusche, die, da die Hülse 36 als dünnes Tiefziehteil 46 ausgebildet ist, durch die Hülse 36 als Lautsprecher noch verstärkt werden und dann in die Außenumgebung 44 der Kraftstoffhochdruckpumpe 10 austreten. Dies ist jedoch nicht gewünscht.
Daher weist der Aktorbereich 20 in 1 eine Deckelanordnung 60 auf, die die Stirnwand 40 der Hülse 36 vollständig und die Zylinderwand 38 der Hülse 36 zumindest teilweise abdeckt und so von der Außenumgebung 44 abtrennt. Die Deckelanordnung 60 ist in der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform einstückig mit dem Spritzgusssteckeranschluss 50 im Spritzgussverfahren ausgebildet. Sie ist demgemäß aus einem Kunststoffmaterial, welches im Spritzgussverfahren eingesetzt wird, gebildet und daher aus einem gut dämpfenden Material gefertigt. Die Deckelanordnung 60 kann daher einen Großteil der von der Hülse 36 ausgestrahlten Geräusche aufnehmen und abdämpfen und so verhindern, dass diese in die Außenumgebung 44 dringen.
In der ersten Ausführungsform in 1 übt die Deckelanordnung 60 auf die Stirnwand 40 eine Vorspannung aus, indem sie direkt in Kontakt mit der Stirnwand 40 ist. In dem Moment, in dem der Spritzgusssteckeranschluss 50 in das Spulengehäuse 52 eingesteckt wird, drückt die Deckelanordnung 60 auf die Hülse 36 und übt so eine Vorspannung auf die Stirnwand 40 aus.
2 zeigt eine Schnittansicht einer nicht zur Erfindung gehörenden Ausführungsform der Kraftstoffhochdruckpumpe 10, bei der die Deckelanordnung 60 nicht direkt im Kontakt ist mit der Stirnwand 40, sondern bei der in einem Hohlraum 62 zwischen Deckelanordnung 60 und Stirnwand 40 ein elastisches Element 64 angeordnet ist. In der in 2 gezeigten zweiten Ausführungsform ist dieses elastische Element 64 ein Schaumstoffelement, es ist jedoch auch denkbar, hier eine Feder einzusetzen. Das elastische Element 64 stellt den Kontakt zwischen der Stirnwand 40 und der Deckelanordnung 60 sicher und wirkt zusätzlich dämpfend, da es Schwingungen aufnehmen und abfedern kann. Das elastische Element 64 kann als gesondert von der Deckelanordnung 60 und dem Spritzgusssteckeranschluss 50 ausgebildetes Element vorgesehen sein. Es ist jedoch auch denkbar, das elastische Element 64 ebenfalls direkt im Spritzgussverfahren an den Spritzgusssteckeranschluss 50 anzuspritzen.
3 zeigt eine Schnittansicht einer nicht zur Erfindung gehörenden Ausführungsform der Kraftstoffhochdruckpumpe 10 mit dem Fluidventil 12, wobei zwischen der Stirnwand 40 und der Deckelanordnung 60 lediglich der Hohlraum 62 vorhanden ist, jedoch kein weiteres Element in diesen Hohlraum 62 eingebracht ist. Der Hohlraum 62 wirkt als Luftspalt, sodass die Deckelanordnung 60 lediglich die Ausbreitung der Körperschalls nach außen verhindert bzw. verringert.
4 zeigt eine Schnittansicht der Kraftstoffhochdruckpumpe 10 in einer zweiten Ausführungsform, wobei die Deckelanordnung 60 nicht einstückig mit dem Spritzgusssteckeranschluss 50 gebildet ist, sondern als gesondertes Bauteil vorgesehen ist, das vollständig über das Spulengehäuse 52 gestülpt ist und somit das komplette Fluidventil 12 akustisch von der Außenumgebung 44 abschirmt.

Claims

Kraftstoffhochdruckpumpe (10) zum Beaufschlagen eines Kraftstoffes in einem Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine mit Hochdruck, aufweisend ein elektromagnetisch betätigbares Fluidventil (12) mit einem Aktorbereich (20), wobei der Aktorbereich (20) eine elektromagnetische Spule (34) und wenigstens ein magnetisches Bauteil (42) zum Bilden eines Magnetkreises aufweist, wobei in dem Aktorbereich (20) zur Aufnahme des magnetischen Bauteils (42) eine Hülse (36) angeordnet ist, die zum Definieren eines Aufnahmeraums (41) für das magnetische Bauteil (42) eine Zylinderwand (38), um die die elektromagnetische Spule (34) herum angeordnet ist, und eine zu einer Außenumgebung (44) der Kraftstoffhochdruckpumpe (10) gerichtete Stirnwand (40) aufweist, wobei Zylinderwand (38) und Stirnwand (40) integral gebildet und im Wesentlichen senkrecht zueinander angeordnet sind, wobei der Aktorbereich (20) weiter eine Deckelanordnung (60) aufweist, die die Stirnwand (40) vollständig und die Zylinderwand (38) zumindest teilweise abdeckt und so von der Außenumgebung (44) abtrennt, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckelanordnung (60) eine axiale Vorspannung auf die Stirnwand (38) ausübt.
Kraftstoffhochdruckpumpe (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische Spule (34) in einem Spritzgusssteckeranschluss (50) angeordnet ist, wobei die Deckelanordnung (60) im Spritzgussverfahren (50) einstückig mit dem Spritzgusssteckeranschluss (50) ausgebildet ist.
Kraftstoffhochdruckpumpe (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Spritzgusssteckeranschluss (50) und die Deckelanordnung (60) innerhalb eines Spulengehäuses (52) eingesteckt angeordnet sind.
Kraftstoffhochdruckpumpe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische Spule (34) in einem Spulengehäuse (52) angeordnet ist, wobei die Deckelanordnung (38) über der elektromagnetischen Spule (34) und dem Spulengehäuse (52) gestülpt angeordnet ist.
Kraftstoffhochdruckpumpe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (36) als Tiefziehteil (46) ausgebildet ist, wobei als magnetische Bauteile (42) ein feststehendes, insbesondere in die Hülse (36) eingepresstes, Polstück (32) und ein von der Hülse (36) geführter Anker (30) in dem Aufnahmeraum (41) angeordnet sind.
Kraftstoffhochdruckpumpe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluidventil (12) als Einlassventil (14) zum geregelten Einlassen von Kraftstoff in einen Druckraum (16) der Kraftstoffhochdruckpumpe (10) ausgebildet ist.