-
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 handeln 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 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 mindestens eines Dichtelements verhindert wird. Durch die verbesserte Abdichtung und/oder Kapselung kann das Eindringen von Flüssigkeit und/oder Wasser und/oder Verschmutzungen aus einem Bereich außerhalb des Ventils 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, wobei einer Korrosion dieser Teile zu einem Blockieren der ineinander angeordneten und beweglichen Teile führen kann. Dies gilt insbesondere für die Bauteile Ventilelement, erste und zweite Druckfeder, Magnetanker und Ventilelement. 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.
-
Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
-
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung befindet sich das zweite Dichtelement in Richtung der Längsachse zwischen einer ersten Stirnfläche eines Befestigungselements zur Befestigung der Aktorgruppe am Pumpenzylinderkopf und einer zweiten Stirnfläche einer Umspritzung der elektrischen Aktorgruppe, wobei das zweite Dichtelement insbesondere aus einem elastisch verformbaren Material ausgeführt ist. Zudem wird das zweite Dichtelement durch mindestens eine Vorspannkraft F, die parallel zur Längsachse verläuft, vorgespannt und/oder elastisch verformt, wobei die Vorspannkraft F über die erste Stirnfläche und/oder über die zweite Stirnfläche auf das zweite Dichtelement übertragen wird. Auf diese Weise lässt sich das Dichtelement derart an die jeweiligen Bauteile in der Umgebung anpressen, dass sich eine verbesserte und/oder erhöhte Kapselung ergibt. Dabei lässt sich das weitere Dichtelement in Richtung der Längsachse zusammenpressen, wobei sich das zweite Dichtelement aufgrund seiner elastisch verformbaren Eigenschaften optimal an die Oberfläche der ersten und/oder zweiten Stirnfläche anschmiegen kann und somit eine besonders große Kontaktfläche mit der jeweiligen Stirnfläche ausbilden kann, auch wenn die jeweilige Stirnfläche Unebenheiten aufweist. Mittels der größeren Kontaktfläche muss die von außen eindringende Feuchtigkeit und/oder Wasser und/oder Verschmutzungen einen längeren Weg überwinden, insbesondere zwischen der jeweiligen Stirnfläche und dem Dichtelement, wodurch sich die kapselnden Eigenschaften verbessern lassen. Dies verringert die Ausfallwahrscheinlichkeit und erhöht somit die Lebensdauer des Ventils und der gesamten Hochdruckpumpe. Des Weiteren bietet die Platzierung des Dichtelements 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.
-
Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung befindet sich das dritte Dichtelement in Richtung der Längsachse zwischen dem Ventilkörper und dem Gehäuse und/oder zwischen dem Ventilkörper und einem Spulenträger wobei das dritte Dichtelement insbesondere aus einem elastisch verformbaren Material ausgeführt ist. Auf diese Weise können unter Verwendung eines Dichtelements innerhalb des Ventils zwei kapselnde Barrieren gegen von außen eindringende Feuchtigkeit und/oder Wasser und/oder Verschmutzungen ausgebildet werden. Die erste Barriere bildet sich dabei derart mittels des Dichtelements aus, indem sich dieses zwischen dem Gehäuse und dem Ventilkörper befindet und/oder von diesen komprimiert wird. Die zweite kapselnde Barriere bildet sich dabei derart durch das Dichtelement aus, indem sich dieses zwischen dem Spulenträger und dem Ventilkörper befindet und/oder von diesen komprimiert wird. Somit muss die von außen eindringende Feuchtigkeit und/oder Wasser und/oder Verschmutzungen zwei weitere kapselnde Barrieren überwinden muss, wodurch sich die kapselnden Eigenschaften insgesamt verbessern lassen und die innenliegenden Bauteile besser geschützt werden können. In einer beispielhaften Ausführungsform weist das Ventil somit drei kapselnde Barrieren auf. Dies verringert die Ausfallwahrscheinlichkeit und erhöht somit die Lebensdauer des Ventils und der gesamten Hochdruckpumpe. Des Weiteren bietet die Platzierung des Dichtelements 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.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung verläuft das dritte Dichtelement scheibenförmig um die Längsachse. Zudem ist das dritte Dichtelement als eine PFTE Folie ausgeführt. Des Weiteren geht das dritte Dichtelement bei einer Beaufschlagung mit einer Presskraft zumindest nahezu in einen viskoelastischen Zustand über. Zudem füllt das dritte Dichtelement den Hohlraum zwischen den Bauteilen Ventilkörper und/oder Gehäuse und/oder Spulenträger insbesondere aufgrund seiner viskoelastischen Eigenschaften zumindest nahezu vollständig aus. Auf diese Weise lässt sich der Vorteil erzielen, dass sich das dritte Dichtelement besser in die, insbesondere aufgrund der Oberflächenrauigkeit vorhanden Hohl - und/oder Zwischen-Räume der Kontaktpartner, vordringen kann, wodurch sich eine verbesserte Kapselung aufgrund einer größeren in Kontakt stehenden Oberfläche der Kontaktpartner ergibt. Dabei bewegt sich das jeweilige Dichtelement im viskoelastischen Zustand in diese Hohlräume hinein. Zudem kann mittels des Ausfüllens von Hohlräumen am Gehäuse und/oder am Ventilkörper und/oder am Spulenträger durch das dritte Dichtelement verhindert werden, dass das von außen eindringende Feuchtigkeit und/oder Wasser und/oder Verschmutzungen durch diese Hohlräume passieren und somit in den innenliegenden Bereich des Ventils und/oder der elektrischen Aktorgruppe vordringen können. Auf diese Weise lässt sich die Lebensdauer des Ventils erhöhen und es kann eine kompakte Bauform des Ventils erzielt werden, da das Dichtelement aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung nur wenig Bauraum benötigt.
-
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird das jeweilige weitere Dichtelement beim Fixieren des Befestigungselements am Pumpenzylinderkopf zumindest mittelbar, insbesondere über das Gehäuse und/oder den Ventilkörper, in Richtung der Längsachse zusammengepresst, wobei die axiale Vorspannkraft insbesondere durch die Montagevorspannkraft zwischen dem Befestigungselement und dem Pumpenzylinderkopf erzielt wird. Auf diese Weise kann die Montagevorspannkraft beim Fixieren des Gehäuses durch ein Befestigungselement dazu verwendet werden das jeweilige 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. Zudem können somit Fertigungstoleranzen der Bauteile und somit der Abstand der Bauteile zueinander kompensiert werden, wobei sich zudem durch die plastische Verformung des jeweiligen Dichtelement die kapselnde Oberfläche des jeweiligen Dichtelement vergrößert. Somit lässt sich die Lebensdauer des Ventils und der gesamten Hochdruckpumpe erhöhen.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung stehen das Gehäuse und der Ventilkörper zumindest mittelbar in Richtung der Längsachse miteinander in Anlage und weisen auf ihren dem dritten Dichtelement zugewandten Stirnseiten eine derartige Oberflächenrauhigkeit auf, wodurch sich orthogonal zur Längsachse zumindest teilweise ein Hohlraum zwischen dem Gehäuse und dem Ventilkörper ausbildet. Auf diese Weise kann der Vorteil erzielt werden, dass sich das jeweilige Dichtelement optimal zwischen dem Gehäuse und Ventilkörper platzieren kann, wobei sich das dritte Dichtelement zusätzlich derart plastisch verformt, dass es sich der Oberflächenstruktur der Bauteile Gehäuse und Ventilkörper anpasst. Dabei füllt das dritte Dichtelement zum einen kleinere und größere Hohlräume im Gehäuse und/oder Ventilkörper aus, die sich aufgrund der Oberflächenrauhigkeit oder aufgrund von Fertigungsverfahren ausbilden. Zudem kann die kapselnde Wirkung des dritten Dichtelement verbessert werden, wobei ein Hindurchbewegen von eindringende Feuchtigkeit und/oder Wasser und/oder Verschmutzungen zwischen dem Gehäuse und dem Ventilkörper durch das erfindungsgemäße und jeweilige Dichtelelement verhindert wird. Somit lässt sich die Ausfallwahrscheinlichkeit des Ventils, insbesondere des elektrisch betätigten Ventils reduzieren.
-
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist das Gehäuse als eine Magnethülse der elektrischen Aktorgruppe ausgeführt. Auf diese Weise kann der Vorteil erzielt werden, dass eine bauraumneutrale Ausführung zur Unterbringung des Dichtelementes zwischen den Bauteilen Magnethülse und Ventilkörper erzielt werden kann. Des Weiteren bietet die erfindungsgemäße den Vorteil, dass eine bauraumneutrale Ausführung zur Unterbringung des ersten Dichtelementes zwischen den Bauteilen Magnethülse und Ventilkörper des Pumpenzylinderkopfes möglich ist. Weiterhin bietet diese erfindungsgemäße Ausführungsform der Erfindung den Vorteil, dass eine Kapselung außerhalb der elektrischen Aktorgruppe durch den Einsatz des ersten Dichtelements erfolgt, so dass ein elektrischer Kurzschluss durch Flüssigkeitseintrag vermieden werden kann, da sich alle elektrischen Bauteile, wie beispielsweise eine Magnetspule, innerhalb des gekapselten Raums befinden und somit gegen Flüssigkeit geschützt sind.
-
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist das Befestigungselement als eine Überwurfmutter ausgeführt, wobei die Überwurfmutter das Gehäuse mittels eines am Pumpenzylinderkopf angeordneten Außengewindes mit dem Pumpenzylinderkopf in Anlage hält. Auf diese Weise lässt sich der Vorteil erzielen, dass 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. Zudem kann eine Kapselung zwischen dem zylindrischen Ansatz des Pumpenzylinderkopfes und dem Gehäuse durch den Einsatz des jeweiligen Dichtelements gewährleistet werden. 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 Längsachse 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 ausgetauscht werden kann, was wiederum die Kosten reduziert.
-
Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen und/oder Kombinationen der in den Ansprüchen beschrieben Merkmale und/oder Vorteile möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.
-
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
- 4 einen in 3 mit IV bezeichneten Ausschnitt des elektrisch betätigten Ventils in vergrößerter Darstellung, bei dem sich das Dichtelement zwischen dem Gehäuse und dem Ventilkörper befindet
-
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 Stö-ßelfederraum 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. Dabei kann die Aktorgruppe 41 von einer Umspritzung 47 umgeben sein, wobei es sich bei der Umspritzung 47 beispielsweise um einen Kunststoff handelt. 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 schlie-ßen, der sich zwischen dem Magnetanker 10 und dem Polkern 26 befindet. Das Ventilelement 14 steht 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. Das kolbenförmige Ventilelement 14 wird zudem in Schließrichtung von der Federkraft einer zweiten Druckfeder 12 beaufschlagt. Dabei kann die Aktorgruppe 41
-
In axialer Richtung wirkt die erste Druckfeder 4 auf den Magnetanker 10. Die erste Druckfeder 4 sorgt in unbestromten Zustand dafür, dass der Magnetanker 10 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 Magnetanker 10 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 ist, 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. Zudem ist ein erstes Dichtelement 22 gezeigt, wobei sich das erste Dichtelement 22 in einer Nut befindet, wobei die Nut radial um die Längsachse 45 im Ventilkörper 40 befindet, wobei die Nut auf der von der Längsachse 45 abgewandten Seite des Ventilkörpers 40 befindet. Das Dichtelement 22 kann dabei als ein O-Ring 22 ausgeführt sein.
-
Des Weiteren ist in 2 gezeigt, dass die elektrische Aktorgruppe 41 wenigstens ein weiteres Dichtelement 30, 49 aufweist, das den innenliegenden Bereich 54 gegenüber einem Eindringen von Flüssigkeiten über einen Eindringpfad IV von außerhalb der elektrischen Aktorgruppe 41 kapselt. Dabei kann es sich beispielsweise um ein zweites Dichtelement 30 und/oder ein drittes Dichtelement 49 handeln. Das zweite Dichtelement 30 befindet sich dabei in Richtung der Längsachse 45 zwischen einer ersten Stirnfläche 58 des Befestigungselements 8 und einer zweiten Stirnfläche 59 der Umspritzung 47 der elektrischen Aktorgruppe 41. Dabei ist das zweite Dichtelement 30 insbesondere aus einem elastisch verformbaren Material ausgeführt, beispielsweise aus einem Elastomer. Auf diese Weise kann das zweite Dichtelement 30 durch mindestens eine Vorspannkraft F, die zumindest annähernd parallel zur Längsachse 45 verläuft, vorgespannt und/oder elastisch verformt werden, wobei die Vorspannkraft F über die erste Stirnfläche 58 und/oder über die zweite Stirnfläche 59 auf das zweite Dichtelement 30 übertragen wird. Dabei kommt es zu einer verbesserten Dichtwirkung und/oder Kapselung durch das zweite Dichtelement 30. Zudem kann das dritte Dichtelement 49 scheibenförmig um die Längsachse 45 verlaufen. In einer beispielhaften Ausführungsform ist das dritte Dichtelement 49 aus einem Elastomer hergestellt. In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist das dritte Dichtelement 49 aus einer PFTE Folie hergestellt, wobei es sich bei PFTE insbesondere um den Werkstoff Polytetrafluorethylen handelt. Bei einer Beaufschlagung des dritten Dichtelements 49 mit einer Presskraft geht es zumindest nahezu in einen viskoelastischen Zustand über, wobei die Presskraft nahezu in Richtung der Längsachse 45 auf das dritte Dichtelement 49 wirkt. Die Presskraft wird dabei beispielsweise über den Ventilkörper 40 und/oder das Gehäuse 20 und/oder einen Spulenträger 57 in das dritte Dichtelement 49 eingeleitet.
-
Zudem ist in 2 gezeigt, dass das jeweilige weitere Dichtelement 30, 49 beim Fixieren des Befestigungselements 8 am Pumpenzylinderkopf 27 zumindest mittelbar, insbesondere über das Gehäuse 20 und/oder den Ventilkörper 40, in Richtung der Längsachse 45 zusammengepresst wird und dass die axiale Vorspannkraft insbesondere durch die Montagevorspannkraft zwischen dem Befestigungselement 8 und dem Pumpenzylinderkopf 27 erzielt wird. Dabei kann das Gehäuse 20 als eine Magnethülse 20 ausgeführt sein. Weiterhin kann das Befestigungselement 8 als eine Überwurfmutter 8 ausgeführt sein, wobei die Überwurfmutter 8 das Gehäuse 20 mittels eines am Pumpenzylinderkopf 27 angeordneten Außengewindes 52 mit dem Pumpenzylinderkopf 27 in Anlage hält.
-
Der in 3 dargestellte Ausschnitt III zeigt einen Schnitt des elektrisch betätigten Ventils 2 in vergrößerter Darstellung. Hierbei sind die Bauteile Befestigungselement 8, Gehäuse 20, Ventilkörper 40, Magnetspule 6 und drittes Dichtelement 49 gezeigt. Die Magnetspule 6 ist dabei in einem Spulenträger 57 aufgenommen. Das dritte Dichtelement 49 befindet sich dabei in Richtung der Längsachse 45 zwischen dem Ventilkörper 40 und dem Gehäuse 20 und/oder zwischen dem Ventilkörper 40 und dem Spulenträger 57. Des Weiteren ist dargestellt, dass das Gehäuses 20, insbesondere mit einem zylindrischen Endbereich, in Richtung der Längsachse 45 mit dem dritten Dichtelement 49 zumindest in Anlage steht und/oder dieses gegen eine dem dritten Dichtelement 49 zugewandte Stirnfläche des Ventilkörpers 40 drückt. Weiterhin ist gezeigt, dass das Befestigungselement 8, das den umlaufenden Kragen 46 ausbildet und mittels des Innengewindes 24 an das Außengewinde 52 des Pumpenzylinderkopfes 27 geschraubt ist.
-
In 3 ist zudem gezeigt, dass sich ein möglicher Eindringpfad IV von Flüssigkeit und/oder Wasser und/oder Verschmutzungen von außerhalb der Hochdruckpumpe 1 und/oder des Ventils 2 entweder zwischen dem Befestigungselement 8 und dem Gehäuse 20 hindurch oder alternativ zwischen der Umspritzung 47 und dem Gehäuse 20 hindurch befindet. Dieser jeweilige Eindringpfad IV wird zumindest teilweise vorab durch das zweite Dichtelement 30 gekapselt. Zudem ist gezeigt, dass sich ein möglicher weiterer Eindringpfad V von Flüssigkeit und/oder Wasser und/oder Verschmutzungen von innerhalb der Hochdruckpumpe 1 und/oder des Ventils 2 zwischen dem Ventilkörper 40 und dem zylindrischen Ansatz 43 hindurch befindet. Bei dieser Flüssigkeit kann es sich beispielsweise um Kraftstoff aus dem Pumpenarbeitsraum 35 handeln. Dieser jeweilige Eindringpfad V wird zumindest teilweise vorab durch das erste Dichtelement 22 gekapselt.
-
Des Weiteren bietet die Platzierung und/oder die Materialauswahl, insbesondere aus einem Kunststoff, des zweiten Dichtelements 30 und/oder des dritten Dichtelements 49 den Vorteil, dass der Magnetkreis 51 der elektrischen Aktorgruppe nur teilweise oder gar nicht durch das jeweilige Dichtelement 30, 49 beeinflusst wird. Damit wird die Funktion des elektrisch betätigten Ventils 2 gewährleistet und eine mögliche Ausfallwahrscheinlichkeit durch Flüssigkeitseintrag in das elektrisch betätigte Ventil 2 verringert. Zudem kann sich bei einer Beaufschlagung des dritten Dichtelements 49 mit einer Druckkraft durch die in Anlage stehenden Bauteile ein überschüssiges Material 53 vom dritten Dichtelement 49 orthogonal zur Längsachse nach außen herausdrücken, insbesondere in einen Bereich eines Hohlraums zwischen den Bauteilen Ventilkörper 40, Gehäuse 20, Pumpenzylinderkopf 27 und Befestigungselement 8. Auf diese Weise kann dieser Hohlraum zumindest teilweise gefüllt werden, wodurch sich eine kapselnde Wirkung ergibt und sich die kapselnden Eigenschaften in diesem Bereich verbessern lassen und ein Eindringen von einem Medium über mindestens einen jeweiligen möglichen Eindringpfad IV, V in den innenliegenden Bereich 54 zumindest nahezu verhindert wird.
-
In 4 ist gezeigt das Gehäuse 20, insbesondere die Magnethülse 20, und der Ventilkörper 40 und/oder der Spulenträger zumindest mittelbar, insbesondere über das dritte Dichtelement 49, in Richtung der Längsachse 45 miteinander in Anlage stehen und auf ihren dem dritten Dichtelement 49 zugewandten Stirnseiten eine Oberflächenrauhigkeit 56 aufweisen, wodurch sich orthogonal zur Längsachse 45 zumindest teilweise ein Hohlraum 55 zwischen dem Gehäuse 20 und dem Ventilkörper 40 ausbildet.
-
Das dritte Dichtelement 49 wird dabei durch die Bauteile mit denen es in Anlage steht, insbesondere dem Gehäuse 20 und dem Ventilkörper 40 mit Druck beaufschlagt, insbesondere in Richtung der Längsachse 45 wodurch das dritte Dichtelement 49 zumindest nahezu einen Phasenübergang durchläuft, wobei die Materialeigenschaften von fest zu viskoelastisch und/oder zumindest nahezu flüssig übergehen. Dabei kann das dritte Dichtelement 49 in nahezu alle Hohlräume 55, die sich beispielsweise durch die Oberflächenrauhigkeit der Anlagepartner, insbesondere dem Ventilkörper 40 und dem Gehäuse 20, ergibt, vordringen und diese zumindest nahezu ausfüllen, insbesondere 55 insbesondere aufgrund seiner viskoelastischen Eigenschaften. Ein Übergang des Zustands des dritten Dichtelements 49 von fest zu viskoelastisch kann aber auch beispielsweise durch das Einleiten von Temperatur in das dritte Dichtelement 49 erzielt werden, beispielsweise durch Beaufschlagung der Magnethülse mit Energie. Bei dieser Energie kann es sich über eine Wärmeenergie handeln, die induktiv mittels eines Magnetfeld eingeleitet wird, wobei das Magnetfeld mittels einer Bestromung der Magnetspule 6 erfolgt.
-
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
-
- WO 2016/015912 A1 [0002, 0003]
