DE102020214537A1

DE102020214537A1 - Elektromagnetisch betätigbares Einlassventil und Kraftstoff-Hochdruckpumpe

Info

Publication number: DE102020214537A1
Application number: DE102020214537.7A
Authority: DE
Inventors: Marco Lamm; Francesco Lucarelli; Muzaffar Fatdachow
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-11-18
Filing date: 2020-11-18
Publication date: 2022-05-19

Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisch ansteuerbares Einlassventil (18) für eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe, umfassend einen in Richtung seiner Längsachse (37) hubbeweglichen Magnetanker (36), durch den ein Ventilglied (22) des Einlassventils (18) betätigbar ist, wobei die Hubbewegung des Magnetankers (36) zumindest in einer Bewegungsrichtung durch ein Anschlagelement (40; 52) begrenzt ist. Der Magnetanker (36) weist an seiner dem Anschlagelement (40; 52) zugewandten Stirnseite einen radial außenliegenden umlaufenden Kragen (72) auf, der vor der Anlage des Magnetankers (36) am Anschlagelement (40; 52) das Anschlagelement (40; 52) auf dessen Außenumfang übergreift und dabei durch den Magnetanker (36) ein sich bei der Annäherung des Magnetankers (36) an das Anschlagelement (40; 52) sich verkleinernder Dämpfungsraum (70) begrenzt wird, der über wenigstens eine Drosselstelle (76; 78) entlastet ist.Ferner betrifft die Erfindung eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe mit einem solchen Einlassventil (18).

Description

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisch betätigbares Einlassventil für eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Das Einlassventil dient der Versorgung der Kraftstoff-Hochdruckpumpe mit Kraftstoff. Ferner betrifft die Erfindung eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe mit einem solchen Einlassventil.
Stand der Technik
Aus der DE 10 2015 220 383 A1 ist ein elektromagnetisch ansteuerbares Einlassventil für eine Hochdruckpumpe eines Kraftstoffeinspritzsystems, insbesondere eines Common-Rail-Einspritzsystems, bekannt. Das Einlassventil weist einen in Richtung einer Längsachse hubbeweglichen Magnetanker auf, durch den ein Ventilglied des Einlassventils betätigbar ist. Die Hubbewegung des Magnetankers ist in einer Bewegungsrichtung zur Öffnungsstellung des Ventilglieds durch ein Anschlagelement begrenzt. In der entgegengesetzten Bewegungsrichtung ist die Hubbewegung des Magnetankers durch einen Polkern begrenzt, der ebenfalls ein Anschlagelement bildet. Wenn die Anschlagfläche des Anschlagelements und die Kontaktfläche des Magnetankers groß sind und zwischen diesen eine große Überlappungsfläche vorhanden ist so kann die mechanische Belastung beim Auftreffen des Magnetankers gering gehalten werden, da sich eine geringe Flächenpressung ergibt. Wenn sich der Magnetanker wieder vom Anschlagelement wegbewegt tritt hierbei jedoch ein sogenanntes hydraulisches Kleben auf, wodurch die Bewegung des Magnetankers behindert wird. Wenn die Anschlagfläche und die Kontaktfläche klein sind ist das hydraulische Kleben weniger stark, jedoch ergeben sich beim Auftreffen des Magnetankers auf das Anschlagelement hohe Belastungen. Diese können zur Beschädigung des Magnetankers und/oder Anschlagelements führen, wodurch die Funktion des Einlassventils beeinträchtigt wird und dessen Lebensdauer verringert wird.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Einlassventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass beim Auftreffen des Magnetankers auf das Anschlagelement die Belastung des Magnetankers und des Anschlagelements verringert ist. Dadurch kann die Funktion des Einlassventils sichergestellt und dessen Lebensdauer verlängert werden.
In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Einlassventils angegeben.
Zeichnung
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend näher erläutert. Es zeigen 1 ausschnittsweise eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe in einem Längsschnitt mit einem Einlassventil, 2 in vergrößerter Darstellung einen Ausschnitt des Einlassventils von 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, 3 den Ausschnitt des Einlassventils gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel und 4 den Ausschnitt des Einlassventils gemäß einer gegenüber dem zweiten Ausführungsbeispiel modifizierten Variante.
Figurenliste

In 1 ist ausschnittsweise eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe dargestellt, die Kraftstoff in einen Hochdruckspeicher fördert. Der Kraftstoff-Hochdruckpumpe wird von einer Vorförderpumpe unter Vorförderdruck stehender Kraftstoff zugeführt. Die Kraftstoff-Hochdruckpumpe weist ein Gehäuseteil 10 in Form eines Zylinderkopfs auf, in dem in einer Zylinderbohrung 12 ein Pumpenkolben 14 geführt ist, der in der Zylinderbohrung 12 einen Pumpenarbeitsraum 16 begrenzt. Der Pumpenkolben 14 wird in einer Hubbewegung angetrieben, beispielsweise durch eine Antriebswelle, die einen Nocken aufweist, an dem der Pumpenkolben 14 beispielsweise über einen Stößel, der als Rollenstößel ausgeführt sein kann, abgestützt ist. Beim Saughub des Pumpenkolbens 14 wird der Pumpenarbeitsraum 16 über ein Einlassventil 18 mit Kraftstoff befüllt und beim Förderhub des Pumpenkolbens 14 wird Kraftstoff über ein Auslassventil 20 in den Hochdruckspeicher verdrängt, wenn das Einlassventil 18 geschlossen ist.

Das Einlassventil 18 ist elektromagnetisch betätigbar und ist in das Gehäuseteil 10 in der Weise integriert, dass ein kolbenförmiges Ventilglied 22 des Einlassventils 18 in einer im Gehäuseteil 10 ausgebildeten Bohrung 24 hubbeweglich geführt ist. Das Ventilglied 22 des Einlassventils 18 öffnet in den Pumpenarbeitsraum 16. Bei geöffnetem Einlassventil 18 vermag Kraftstoff aus einem im Gehäuseteil 10 gebildeten Niederdruckraum 26 über Zulaufbohrungen 28 in den Pumpenarbeitsraum 16 zu strömen. In Schließrichtung ist das Ventilglied 22 von der Federkraft einer Ventilfeder 30 beaufschlagt, so dass die Federkraft der Ventilfeder 30 das Ventilglied 22 in Richtung eines Ventilsitzes 32 zieht. Um das Einlassventil 18 entgegen der Federkraft der Ventilfeder 30 geöffnet zu halten bzw. zu öffnen, ist eine weitere Feder 34 vorgesehen, deren Federkraft größer als die der Ventilfeder 30 ist. Die weitere Feder 34 wird nachfolgend als Ankerfeder bezeichnet. Für die Betätigung des Einlassventils 18 ist ein elektromagnetischer Aktor vorgesehen, der einen Magnetanker 36, eine diesen ringförmig umgebende Magnetspule 38 und einen Polkern 40 umfasst. Die Ankerfeder 34 ist einerseits am Magnetanker 36 und andererseits am Polkern 40 abgestützt. Wenn die Magnetspule 38 unbestromt ist, so drückt die Ankerfeder 34 den Magnetanker 36 zum Ventilglied 22 hin, so dass der Magnetanker 36 zur Anlage am Ventilglied 22 gelangt und das Einlassventil 22 öffnet bzw. geöffnet hält. Wird die Magnetspule 38 bestromt, bildet sich ein Magnetfeld aus, dessen Magnetkraft den Magnetanker 36 gegen die Kraft der Ankerfeder 34 in Richtung des Polkerns 40 bewegt, um einen zwischen dem Polkern 40 und dem Magnetanker 36 ausgebildeten Arbeitsluftspalt 42 zu schließen. Das Ventilglied 22 wird auf diese Weise entlastet, so dass die Ventilfeder 30 das Ventilglied 22 in den Ventilsitz 32 zu ziehen vermag.
Der den Arbeitsluftspalt 42 begrenzende Polkern 40 bildet einen Endanschlag 44 für den hubbeweglichen Magnetanker 36 aus. Ein weiterer Endanschlag 46 für den Magnetanker 36 wird durch ein an einem Ringbund 48 in einem Ventilkörper 50 abgestütztes Anschlagelement 52 gebildet. Der Ventilkörper 50 weist eine Bohrung 54 auf, die eine Aufnahme für den Magnetanker 36 bildet und in der der Magnetanker 36 über seinen Außenmantel in Richtung seiner Längsachse 37 hubbeweglich geführt ist. Der Ventilkörper 50 bildet ein Gehäuseteil, in dem der Magnetanker 36 in der Bohrung 54 verschiebbar geführt ist. Das Anschlagelement 52 wird nachfolgend näher erläutert. Der axiale Abstand zwischen dem Polkern 40 und dem Anschlagelement 52 bestimmt den Hub des Magnetankers 36. Um die Lage des Polkerns 40 zu fixieren, ist der Polkern 40 mittels einer Hülse 56 mit dem Ventilkörper 50 fest verbunden. Die Hülse 56 ist hierzu bevorzugt sowohl mit dem Polkern 40 als auch mit dem Ventilkörper 50 verschweißt.
Der Magnetanker 36 weist eine etwa zylindrische Form auf und in diesem ist zum Polkern 40 hin eine Ausnehmung 58, beispielsweise in Form einer Sackbohrung ausgebildet. In die Ausnehmung 58 ragt die Ankerfeder 34 hinein, die sich am Boden der Ausnehmung 58 abstützt. Der Magnetanker 36 weist außerdem wenigstens eine in Richtung von dessen Längsachse 37 verlaufende Durchgangsbohrung 60 auf, wobei vorzugsweise mehrere über den Umfang des Magnetankers 36 verteilte Durchgangsbohrungen 60 vorgesehen sind. Durch die Durchgangsbohrungen 60 wird eine Verbindung der durch den Magnetanker 36 einerseits zum Polkern 40 hin und andererseits zum Ventilglied 22 hin begrenzten Räume hergestellt und somit die Hubbewegung des von Kraftstoff umgebenen Magnetankers 36 ermöglicht. Die Durchgangsbohrungen 60 bilden Durchlässe durch den Magnetanker 36.
Das Anschlagelement 52 ist beispielsweise hülsenförmig ausgebildet und weist einen am Ringbund 48 zum Ventilglied 22 hin anliegenden Kragen 62 sowie einen in die Fortsetzung 54a der Bohrung 54 im Bereich des Ringbunds 48 hineinragenden zylinderförmigen Abschnitt 63 auf, der beispielsweise in die Bohrung 54 eingepresst ist. Durch das Anschlagelement 52 tritt der Magnetanker 36 zum Ventilglied 22 hin durch, wobei der Innendurchmesser des Anschlagelements 52 etwas geringer ist als der Durchmesser der Bohrung 54 im Bereich des Ringbunds 48. Auf der dem Ringbund 48 abgewandten und dem Magnetanker 36 zugewandten Seite weist das Anschlagelement 52 an seinem Kragen 62 eine Anschlagfläche 64 für den Magnetanker 36 auf. Der Magnetanker 36 weist auf seiner dem Anschlagelement 52 zugewandten Seite eine Kontaktfläche 66 auf, die an der Stirnseite des Magnetankers 36 angeordnet ist, und mit der der Magnetanker 36 an der Anschlagfläche 64 des Anschlagelements 52 zur Anlage kommt.
Das Anschlagelement 52 weist einen Außendurchmesser auf, der kleiner ist als der Innendurchmesser der Bohrung 54, so dass zwischen dem Anschlagelement 52 und der Bohrung 54 ein Ringraum 70 vorhanden ist. Am Magnetanker 36 ist auf dessen dem Anschlagelement 52 zugewandter Stirnseite ein radial außenliegender Kragen 72 ausgebildet, der in Richtung der Längsachse 37 über die Kontaktfläche 66 zum Anschlagelement 52 hin hinausragt.
In 2 ist das Einlassventil 18 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel dargestellt. Die Innenseite 73 des Kragens 72 ist dabei hohlzylinderförmig ausgebildet und die den Ringraum 70 begrenzende Außenseite 53 des Anschlagelements 52 ist zylinderförmig ausgebildet. Der Innendurchmesser des Kragens 72 ist etwas größer als der Außendurchmesser des Anschlagelements 52. Wenn sich der Magnetanker 36 ausgehend von seiner am Polkern 40 anliegenden Stellung dem Anschlagelement 52 annähert, so taucht der Kragen 72 in den Ringraum 70 ein bevor die Kontaktfläche 66 des Magnetankers 36 an der Anschlagfläche 64 des Anschlagelements 52 zur Anlage kommt. Der Kragen 72 übergreift das Anschlagelement 52 auf dessen Außenseite 53 über dessen gesamten Umfang mit geringem radialem Spiel, der Innendurchmesser des Kragens 72 ist dabei nur wenig größer als der Außendurchmesser des Anschlagelements 52. Bei der weiteren Bewegung des Magnetankers 36 zum Anschlagelement 52 hin wird durch den Kragen 72 das Volumen des Ringraums 70 verringert. Der Ringraum 70 ist durch wenigstens eine Drosselstelle 76 entlastet, die als Drosselbohrung im Ringbund 48 ausgebildet ist. Der Ringraum 70 bildet somit einen Dämpfungsraum, der bei Annäherung des Magnetankers 36 an das Anschlagelement 52 verkleinert wird und durch die Drosselbohrung 76 entlastet ist. Dabei wird die Bewegung des Magnetankers 36 und damit der Aufprall der Kontaktfläche 66 des Magnetankers 36 auf die Anschlagfläche 64 des Anschlagelements 52 gedämpft.
In 3 ist das Einlassventil 18 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel dargestellt. Die Innenseite 73a des Kragens 72 ist dabei zumindest annähernd konisch ausgebildet und die den Ringraum 70 begrenzende Außenseite 53 des Anschlagelements 52 ist zylinderförmig ausgebildet. Die konische Ausbildung der Innenseite 73a des Kragens 72 ist derart, dass sich der Innendurchmesser des Kragens 72 zum Anschlagelement 52 hin vergrößert. Wenn sich der Magnetanker 36 ausgehend von seiner am Polkern 40 anliegenden Stellung dem Anschlagelement 52 annähert, so taucht der Kragen 72 in den Ringraum 70 ein bevor die Kontaktfläche 66 des Magnetankers 36 an der Anschlagfläche 64 des Anschlagelements 52 zur Anlage kommt. Die Ausbildung der Innenseite 73a des Kragens 72 ist derart, dass diese nicht in Anlage an der Außenseite 53 des Anschlagelements 52 kommt und nur die innerhalb des Kragens 72 liegende Kontaktfläche 66 des Magnetankers 36 in Anlage an der Anschlagfläche 64 des Anschlagelements 52 gelangt.
Der Kragen 72 übergreift das Anschlagelement 52 auf dessen Außenseite 53 mit radialem Abstand, wobei der Abstand bei der Annäherung des Magnetankers 36 an das Anschlagelement 52 kleiner wird und einen Drosselspalt 78 bildet, durch den der Ringraum 70 entlastet ist. Bei der weiteren Bewegung des Magnetankers 36 zum Anschlagelement 52 hin wird durch den Kragen 72 das Volumen des Ringraums 70 verringert und durch den sich verkleinernden Drosselspalt 78 wird die Bewegung des Magnetankers 36 gedämpft.
In 4 ist eine Variante des zweiten Ausführungsbeispiels der 3 dargestellt, bei der die Innenseite 73 des Kragens 72 hohlzylinderförmig ausgebildet ist und die den Ringraum 70 begrenzende Außenseite 53a des Anschlagelements 52 zumindest annähernd konisch ausgebildet ist. Die konische Ausbildung der Außenseite 53a des Anschlagelements 52 ist derart, dass sich der Außendurchmesser des Anschlagelements 52 zum Magnetanker 36 hin verringert. Wenn sich der Magnetanker 36 ausgehend von seiner am Polkern 40 anliegenden Stellung dem Anschlagelement 52 annähert, so taucht der Kragen 72 in den Ringraum 70 ein bevor die Kontaktfläche 66 des Magnetankers 36 an der Anschlagfläche 64 des Anschlagelements 52 zur Anlage kommt. Die Ausbildung der Außenseite 53a des Anschlagelements 52 ist derart, dass diese nicht in Anlage an der Innenseite 73 des Kragens 72 kommt und nur die innerhalb des Kragens 72 liegende Kontaktfläche 66 des Magnetankers 36 in Anlage an der Anschlagfläche 64 des Anschlagelements 52 gelangt.
Der Kragen 72 übergreift das Anschlagelement 52 auf dessen Außenseite 53 mit radialem Abstand, wobei der Abstand bei der Annäherung des Magnetankers 36 an das Anschlagelement 52 kleiner wird und einen Drosselspalt 78a bildet, durch den der Ringraum 70 entlastet ist. Bei der weiteren Bewegung des Magnetankers 36 zum Anschlagelement 52 hin wird durch den Kragen 72 das Volumen des Ringraums 70 verringert und durch den sich verkleinernden Drosselspalt 78a wird die Bewegung des Magnetankers 36 gedämpft.
Die vorstehend beschriebene Ausbildung des Kragens 72 des Magnetankers 36 sowie des Anschlagelements 52 kann zusätzlich oder alternativ zu der vorstehend beschriebenen Ausführung auch zwischen dem Magnetanker 36 und dem Polkern 40 als Endanschlag 44 vorgesehen sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102015220383 A1 [0002]

Claims

Elektromagnetisch betätigbares Einlassventil (18) für eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe, umfassend einen in Richtung seiner Längsachse (37) hubbeweglichen Magnetanker (36), durch den ein Ventilglied (22) des Einlassventils (18) betätigbar ist, wobei die Hubbewegung des Magnetankers (36) zumindest in einer Bewegungsrichtung durch ein Anschlagelement (40; 52) begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetanker (36) an seiner dem Anschlagelement (40; 52) zugewandten Stirnseite einen radial außenliegenden umlaufenden Kragen (72) aufweist, der vor der Anlage des Magnetankers (36) am Anschlagelement (40; 52) das Anschlagelement (40; 52) auf dessen Außenumfang übergreift und dabei durch den Magnetanker (36) ein sich bei der Annäherung des Magnetankers (36) an das Anschlagelement (40; 52) sich verkleinernder Dämpfungsraum (70) begrenzt wird, der über wenigstens eine Drosselstelle (76; 78) entlastet ist.
Einlassventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetanker (36) mit einer radial innerhalb des Kragens (72) liegenden Kontaktfläche (66) am Anschlagelement (40; 52) zur Anlage kommt.
Einlassventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Drosselstelle eine Drosselbohrung (76) ist.
Einlassventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenseite (73) des Kragens (72) zumindest annähernd hohlzylinderförmig ausgebildet ist, dass die Außenseite (53) des Anschlagelements (40; 52) zumindest annähernd zylinderförmig ausgebildet ist und dass der Innendurchmesser des Kragens (72) nur wenig größer ist als der Außendurchmesser des Anschlagelements (40; 52).
Einlassventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenseite (73a) des Kragens (72) zumindest annähernd konisch ausgebildet ist, derart, dass sich die Innenseite (73a) des Kragens (72) zum Anschlagelement (40; 52) hin erweiter, und dass die Außenfläche (53) des Anschlagelements (40; 52) zumindest annähernd zylinderförmig ausgebildet ist.
Einlassventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenseite (53a) des Anschlagelements (40; 52) zumindest annähernd konisch ausgebildet ist, derart, dass diese sich zum Magnetanker (36) hin verjüngt, und dass die Innenseite (73) des Kragens (72) zumindest annähernd hohlzylinderförmig ausgebildet ist.
Einlassventil nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass durch die konische Ausbildung der Innenseite (73a) des Kragens (72) und/oder die konische Ausbildung der Außenseite (53a) des Anschlagelements (40; 52) bei Annäherung des Magnetankers (36) an das Anschlagelement (40; 52) ein sich verringernder Drosselspalt (78) als Drosselstelle bildet.
Kraftstoff-Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einem Einlassventil (18) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Einlassventil (18) vorzugsweise in ein Gehäuseteil (10) der Kraftstoff-Hochdruckpumpe integriert ist.