WO2014019904A1 - Hochdruckpumpe für brennkraftmaschinen - Google Patents

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WO2014019904A1
WO2014019904A1 PCT/EP2013/065587 EP2013065587W WO2014019904A1 WO 2014019904 A1 WO2014019904 A1 WO 2014019904A1 EP 2013065587 W EP2013065587 W EP 2013065587W WO 2014019904 A1 WO2014019904 A1 WO 2014019904A1
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WO
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valve
armature
closing body
pressure
pump
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PCT/EP2013/065587
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English (en)
French (fr)
Inventor
Friedrich Boecking
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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Priority to CN201380040401.3A priority patent/CN104508293B/zh
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Priority to IN10748DEN2014 priority patent/IN2014DN10748A/en

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/20—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D41/38—Controlling fuel injection of the high pressure type
    • F02D41/3809—Common rail control systems
    • F02D41/3836—Controlling the fuel pressure
    • F02D41/3845—Controlling the fuel pressure by controlling the flow into the common rail, e.g. the amount of fuel pumped
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M59/00—Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps
    • F02M59/20—Varying fuel delivery in quantity or timing
    • F02M59/36—Varying fuel delivery in quantity or timing by variably-timed valves controlling fuel passages to pumping elements or overflow passages
    • F02M59/366—Valves being actuated electrically
    • F02M59/368—Pump inlet valves being closed when actuated

Definitions

  • the invention relates to a suction valve for a high-pressure pump, which is used in particular for air-compressive, self-igniting internal combustion engines, and a high-pressure pump, in particular a radial or in-line piston pump.
  • the high-pressure pump can also serve as a piston pump for conveying other suitable liquids.
  • a high-pressure pump which serves in particular as a radial or in-line piston pump for fuel injection systems of air-compressing, self-igniting internal combustion engines.
  • an inlet valve is provided, via which a metering of a guided into a pump working space fuel is possible. This can be done a full filling of the pump working space.
  • a partial filling of the pump working space can be achieved by a suitable control of the inlet valve.
  • the actuation takes place by energizing a magnetic coil.
  • the solenoid is deenergized, the force of a valve spring can initiate a closing of the inlet valve largely without delay.
  • the valve spring acts via a valve element and a shim on an anchor, which is connected to a valve lifter.
  • the valve stem is biased by the bias of the valve spring.
  • the valve spring acts on the valve stem against the
  • the inlet valve is preferably closed.
  • an intake valve is realized, which is closed in the de-energized state.
  • a high closing dynamics can be achieved.
  • this embodiment has the disadvantage that for opening and keeping open the Inlet valve solenoid coil must be energized. Especially at a high
  • High-pressure pump according to the invention with the features of claim 8 have the advantage that an improved control for the metering of fuel is made possible. In particular, energy consumption and the drive energy thus required can be reduced.
  • the measures listed in the dependent claims are advantageous
  • Valve closing body acted upon by the magnetic closing force via the armature.
  • the magnetic closing force therefore serves to support the closing of the suction valve.
  • the closing movement is initiated so far by the magnetic closing force that the suction valve passes from a de-throttled state in the throttling.
  • the throttling closing is then supported by the hydraulic forces or even at least largely conditional.
  • the magnetic clamping force is therefore no longer needed in an advantageous manner at the end of the closing process. This improves the control of the suction valve.
  • the magnetic closing force is therefore no longer needed in an advantageous manner at the end of the closing process. This improves the control of the suction valve.
  • the magnetic closing force therefore serves to support the closing of the suction valve.
  • the closing movement is initiated so far by the magnetic closing force that the suction valve passes from a de-throttled state in the throttling.
  • the magnetic clamping force is therefore no longer needed in an advantageous manner at the end of the closing process. This improves the control of the suction valve.
  • a guide diameter for guiding the valve closing body is smaller than a seat diameter of the sealing seat.
  • the pressure stage can act on the valve closing body in the opening direction with an effective force as a function of the prefeed pressure.
  • the pressure opening causes the suction valve to open, so that fuel is conducted into the pump working chamber via the opened sealing seat.
  • the valve closing body is connected via a connecting bolt (valve pin) with the armature that the
  • the prefeed pressure of the fuel in the valve chamber can advantageously bring about an effective force in the opening direction, which, however, is directed counter to a force dependent on the pressure in the pump working space in the closing direction.
  • the pressure in the pump working space is reduced, so that in the sum of an opening force in the opening direction, which allows the inflow of fuel under the prefeed pressure in the pump working space.
  • a valve spring can be provided, which acts on the valve closing body at least indirectly in the closing direction.
  • the valve spring is arranged in an armature space in which the armature is arranged, and / or that the valve spring acts on the valve closing body by means of the armature and / or a valve pin which connects the armature to the valve closing body.
  • the closing spring defines for a starting position of the suction valve.
  • a control which causes the magnetic actuation of the armature by energizing a solenoid during a closing stroke of the valve closing body, wherein the controller deenergizes the solenoid before a complete closing of the sealing seat. This reduces the required drive energy. This also reduces the cooling requirement for the solenoid coil.
  • the control actuates the valve closing body by energizing the solenoid during the closing stroke of the valve closing body, until a throttling is achieved at the sealing seat. When the restriction at the sealing seat is reached, then the further closing stroke can be closed purely mechanically by the increasing interior pressure of the pump working space.
  • FIG. 1 shows a high-pressure pump with a suction valve in a partial, schematic sectional view according to an embodiment of the invention.
  • Fig. 2 is a diagram for explaining the operation of the high-pressure pump and the suction valve according to the embodiment of the invention
  • Fig. 3 is another diagram for explaining the operation of the high pressure pump and the suction valve according to the embodiment of the invention.
  • Fig. 4 is another diagram for explaining the operation of the high pressure pump and the suction valve according to the embodiment of the invention.
  • Fig. 1 shows a high-pressure pump 1 in an abstract, schematic
  • High-pressure pump 1 can be designed in particular as a radial or in-line piston pump. Specifically, the high-pressure pump 1 is suitable as a fuel pump for
  • the high-pressure pump 1 has a suction valve 2.
  • the suction valve 2 is particularly suitable for use in such high-pressure pumps 1.
  • the suction valve 2 according to the invention is suitable in a suitably adapted modification, however, also for others
  • a preferred use of the high pressure pump 1 and the suction valve 2 is for a fuel injection system with a fuel rail, which stores diesel fuel under high pressure.
  • suitable liquids including other liquids than fuel, controlled by the suction valve 2 and of the
  • the high-pressure pump 1 has a cylinder head 3, in which a pump working space 4 of a pump assembly 5 is formed.
  • a pump working space 4 of a pump assembly 5 is formed in the cylinder head 3 .
  • Cylinder bore 6 configured in which a pump piston 7 is guided.
  • the pump piston 7 bounded in the cylinder bore 6, the pump working space 4.
  • a drive shaft 8 is mounted with a cam 9 in a housing, not shown.
  • the drive shaft 8 rotates about its axis of rotation 10. This occurs via the cam 9 to an actuation of the pump piston 7, which is illustrated by the double arrow 1 1.
  • the actuation can take place, for example, via a roller mounted in a roller shoe.
  • the suction valve 2 has a valve seat body 12 on which a sealing seat 13 is configured.
  • the sealing seat 13 is circular in this embodiment with a
  • valve closing body 15 is provided which cooperates with the sealing seat 13 of the valve seat body 12.
  • the valve seat body 12 is fixed to the cylinder head 3 via a plug screw.
  • a seal between the valve seat body 12 and the cylinder head 3 is formed, so that the pump chamber 4 is sealed against the environment high pressure resistant.
  • the suction valve 2 has a valve space 20 into which fuel is conveyed via one or more bores 21, 22 under a prefeed pressure.
  • the valve closing body 15 is located on the one hand on the sealing seat 13 with the
  • valve closing body 15 is connected to a valve pin 23 or designed in one piece with this.
  • the valve pin 23 is in one
  • Guide bore 24 of a body 25 which may be configured as a magnetic core out.
  • the guide bore 24 in this case has a guide diameter 26 which is smaller than the seat diameter 14 of the sealing seat 13.
  • An armature space 27, in which the valve pin 23 protrudes, is pressure-relieved against the prefeed pressure in the valve chamber 20. Thus, a pressure level is formed, the over the seat diameter 14 of the sealing seat 13 and the
  • Guide diameter 26 of the guide bore 24 is determined. Due to the
  • the suction valve 2 also has an armature 30, which is connected to the valve pin 23 and arranged in the armature space 27.
  • a magnetic coil 31 is provided which can be energized by a controller 32.
  • Magnetic coil 31 generates this a magnetic force on the armature 30, whereby the
  • valve spring 34 acts on the valve closing body 15 via the armature 30 and the valve pin 23 in the closing direction 33.
  • FIGS. 2, 3 and 4 each show a diagram for explaining the operation of the high pressure pump 1 and the suction valve 2
  • the abscissa represents the stroke of the valve closing body in the opening direction 28, while the ordinate indicates the flow dependent on the stroke.
  • the stroke of the valve closing body 15 in the opening direction 28 is plotted on the abscissa, while the forces acting on the valve closing body 15 in the closing direction 33 are plotted on the ordinate.
  • the time is plotted on the abscissa, while at the ordinate, a pressure in the pump chamber 4, the stroke of the valve closing body 15 in the opening direction 28 and energization of the magnetic coil 31 are applied.
  • a curve 40 is shown as an example, the flow 40 between the valve closing body 15 and the sealing seat 13 from the valve chamber 20 in the
  • Fig. 3 To explain the Fig. 3 is assumed a state 44 in which the suction valve 2 is in the de-throttled region 42 and in which a comparatively large, in particular maximum, stroke of the valve closing body 15 is achieved.
  • a curve 45 By a curve 45, a possible course of the spring force of the valve spring 34 is shown in the
  • Closing direction 33 acts on the valve closing body 15. Ordinatenschnitttician 46 of the curve 45 with the ordinate indicates a non-vanishing bias.
  • the Preload of the valve spring 44 can be suitably chosen here.
  • the slope of the curve 45 can be preset via the spring constant of the valve spring 34.
  • the restoring force is initially applied essentially by the valve spring 34. If the pressure conditions in the valve chamber 20 and in the pump working chamber 4 allow this, which is the case for example in a delivery stroke of the pump piston 7, then the valve closing body 15 closes due to the restoring force of the valve spring 34, so that a curve 47 first in the vicinity of the curve 45th is traversed, with the direction of the curve is indicated by the arrow 47.
  • the magnetic coil 31 is energized by the controller 32. This increases the on the
  • Valve closing body 15 acting in the closing direction 33 closing force sharply, which is illustrated by the arrow 49.
  • Valve closing body 15 exerted.
  • the value falls below 41, so that the suction valve 2 enters the throttled region 43.
  • the stroke further decreases, which is illustrated by the arrow 51.
  • the energization of the magnetic coil 31 ends, which is illustrated by the area 48, then the suction valve 2 is already within the throttled area 43.
  • the further closing force can therefore be determined by the valve spring 34 and the rising pressure of the
  • the curve 56 illustrates the course of the stroke of the valve closing body 15.
  • the suction valve 2 is designed as an outwardly opening valve 2 with a pressure stage. Is the interior pressure in the pump working space 4 smaller than that
  • the valve closing body 15 opens against the valve spring 34.
  • the pump working chamber 4 is filled until the suction valve 2 is electrically pulled out by energizing the solenoid coil 31 from the de-throttled phase.
  • the further closing stroke can then be carried out purely mechanically by the increasing interior pressure of the pump working chamber 4, since the suction valve 2 is in the throttling.
  • the advantage thus results in a very short drive time at a small Hubdelta to activate the closing movement of the suction valve 2.
  • the region 48 can thus also include the initial state 44. Closing the
  • Suction valve 2 is then initiated immediately by energizing the solenoid coil 31.

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Abstract

Ein Saugventil (2) dient für eine Hochdruckpumpe (1), die insbesondere für luftverdichtende, selbstzündende Brennkraftmaschinen dient. Das Saugventil (2) umfasst einen Ventilschließkörper (15), der mit einem Dichtsitz (13) zusammen wirkt, und einen magnetisch betätigbaren Anker (30), der mit dem Ventilschließkörper (15) verbunden ist. Hierbei ist eine Druckstufe vorgesehen, über die der Ventilschließkörper (15) in einer Öffnungsrichtung (28) beaufschlagbar ist. Ferner ist der Anker (30) so magnetisch betätigbar, dass der Ventilschließkörper (15) über den Anker (30) von einer magnetischen Schließkraft in der Schließrichtung (33) gegen den Dichtsitz (13) beaufschlagbar ist. Ferner ist eine Hochdruckpumpe (1) mit solch einem Saugventil (2) angegeben. Durch diese Ausgestaltung kann die Ansteuerenergie für das Saugventil (2) reduziert werden.

Description

Beschreibung
Titel
Hochdruckpumpe für Brennkraftmaschinen Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Saugventil für eine Hochdruckpumpe, die insbesondere für luftverdichtende, selbstzündende Brennkraftmaschinen dient, sowie eine Hochdruckpumpe, insbesondere eine Radial- oder Reihenkolbenpumpe. Die Hochdruckpumpe kann aber auch als Kolbenpumpe zum Fördern von anderen geeigneten Flüssigkeiten dienen.
Aus der DE 10 2010 027 745 A1 ist eine Hochdruckpumpe bekannt, die insbesondere als Radial- oder Reihenkolbenpumpe für Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen dient. Hierbei ist ein Einlassventil vorgesehen, über das eine Zumessung eines in einen Pumpenarbeitsraum geführten Brennstoffs ermöglicht ist. Hierbei kann eine Vollbefüllung des Pumpenarbeitsraums erfolgen. Allerdings kann auch eine Teilbefüllung des Pumpenarbeitsraums durch eine geeignete Ansteuerung des Einlassventils erreicht werden. Die Betätigung erfolgt durch Bestromen einer Magnetspule. Speziell kann dabei beim Stromlosschalten der Magnetspule die Kraft einer Ventilfeder weitgehend verzögerungsfrei ein Schließen des Einlassventils einleiten. Die Ventilfeder wirkt hierbei über ein Ventilelement und eine Einstellscheibe auf einen Anker ein, der mit einem Ventilstößel verbunden ist. Somit wird der Ventilstößel von der Vorspannung der Ventilfeder beaufschlagt. Die Ventilfeder beaufschlagt den Ventilstößel gegen die
Ventilsitzfläche.
Bei der aus der DE 10 2010 027 745 A1 bekannten Hochdruckpumpe kann somit durch Betätigen des Einlassventils Brennstoff aus einem Niederdruckraum in den
Pumpenarbeitsraum geführt werden. Die Betätigung des Einlassventils erfolgt hierbei während eines Saughubs des Pumpenkolbens. Während des Förderhubs des
Pumpenkolbens ist das Einlassventil vorzugsweise geschlossen. Somit ist ein Einlassventil realisiert, das im stromlosen Zustand geschlossen ist. Über eine entsprechend hohe Federvorspannung der Ventilfeder kann eine hohe Schließdynamik erreicht werden. Diese Ausgestaltung hat allerdings den Nachteil, dass zum Öffnen und zum Offenhalten des Einlassventils die Magnetspule bestromt werden muss. Gerade bei einer hohen
Federvorspannung, die für die hohe Schließdynamik genutzt wird, ist ein entsprechend starkes Magnetfeld erforderlich, was hohe Ströme und damit große Verlustleistungen bedingt. Somit ergeben sich bei der bekannten Ausgestaltung große Ansteuerenergien, da über die gesamte Saugphase das Einlassventil offen gehalten werden muss.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Saugventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und die
erfindungsgemäße Hochdruckpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 8 haben den Vorteil, dass eine verbesserte Ansteuerung zur Zumessung von Brennstoff ermöglicht ist. Speziell können ein Energieverbrauch und die somit benötigte Ansteuerenergie reduziert werden. Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
Weiterbildungen des im Anspruch 1 angegebenen Saugventils und der im Anspruch 8 angegebenen Hochdruckpumpe möglich.
Über die Druckstufe ist der Ventilschließkörper in der Öffnungsrichtung beaufschlagbar. In der Schließrichtung, die entgegen der Öffnungsrichtung orientiert ist, ist der
Ventilschließkörper über den Anker von der magnetischen Schließkraft beaufschlagbar. Die magnetische Schließkraft dient daher zur Unterstützung des Schließens des Saugventils. Vorzugsweise wird durch die magnetische Schließkraft die Schließbewegung so weit eingeleitet, dass das Saugventil aus einem entdrosselten Zustand in die Drosselung gelangt. In der Drosselung wird dann das Schließen durch die hydraulischen Kräfte unterstützt oder sogar zumindest weitgehend bedingt. Die magnetische Schließkraft wird daher in vorteilhafter Weise am Ende des Schließvorgangs nicht mehr benötigt. Dadurch verbessert sich die Ansteuerung des Saugventils. Insbesondere werden die
Leistungsaufnahme und die benötigte Ansteuerenergie zum Schließen reduziert.
Vorteilhaft ist es, dass ein Führungsdurchmesser zur Führung des Ventilschließkörpers kleiner ist als ein Sitzdurchmesser des Dichtsitzes. Hierdurch kann die Druckstufe in Abhängigkeit von dem Vorförderdruck den Ventilschließkörper in Öffnungsrichtung mit einer effektiven Kraft beaufschlagen. Bei einem entsprechend großen Vorförderdruck und zugleich einem reduzierten Druck im Pumpenarbeitsraum kommt es somit aufgrund der Druckverhältnisse zum Öffnen des Saugventils, so dass Brennstoff über den geöffneten Dichtsitz in den Pumpenarbeitsraum geführt wird. Hierbei ist es ferner von Vorteil, dass der Ventilschließkörper über einen Verbindungsbolzen (Ventilbolzen) mit dem Anker verbunden ist, dass der
Verbindungsbolzen in einer Führungsbohrung mit dem Führungsdurchmesser geführt ist, dass zwischen der Führungsbohrung und dem Dichtsitz ein Ventilraum ausgebildet ist, in den unter einem Vorförderdruck stehender Brennstoff führbar ist, dass ein Ankerraum, in dem der Anker angeordnet ist, durch den in der Führungsbohrung geführten
Verbindungsbolzen von dem Ventilraum getrennt ist und dass der Ankerraum in Bezug zu dem Vorförderdruck druckentlastet ist. Somit kann der Vorförderdruck des Brennstoffs im Ventilraum in vorteilhafter Weise eine effektive Kraft in Öffnungsrichtung bewirken, der allerdings eine vom Druck im Pumpenarbeitsraum abhängige Kraft in Schließrichtung entgegen gerichtet ist. Während des Saughubs des Pumpenkolbens der Hochdruckpumpe wird der Druck im Pumpenarbeitsraum allerdings reduziert, so dass es in der Summe zu einer öffnenden Kraft in der Öffnungsrichtung kommt, die das Einströmen von unter dem Vorförderdruck stehenden Brennstoff in den Pumpenarbeitsraum ermöglicht.
In vorteilhafter Weise kann eine Ventilfeder vorgesehen sein, die den Ventilschließkörper zumindest mittelbar in der Schließrichtung beaufschlägt. Hierbei ist es ferner vorteilhaft, dass die Ventilfeder in einem Ankerraum, in dem der Anker angeordnet ist, angeordnet ist und/oder dass die Ventilfeder den Ventilschließkörper mittels des Ankers und/oder eines Ventilbolzens, der den Anker mit dem Ventilschließkörper verbindet, beaufschlägt. Die Schließfeder definiert zum einen eine Ausgangslage des Saugventils. Zum anderen kann über eine Wahl der Federkonstante der Schließfeder sowie eine vorgegebene Vorspannung eine mit der Auslenkung und somit dem Öffnungshub ansteigende Federkraft in der Schließrichtung erzeugt werden. Dies ermöglicht eine Abstimmung des Saugventils.
Außerdem ist es vorteilhaft, dass eine Steuerung vorgesehen ist, die die magnetische Betätigung des Ankers durch Bestromen einer Magnetspule während eines Schließhubs des Ventilschließkörpers bewirkt, wobei die Steuerung die Magnetspule vor einem vollständigen Schließen des Dichtsitzes stromlos schaltet. Dies reduziert die benötigte Ansteuerenergie. Dadurch reduziert sich auch der Kühlbedarf für die Magnetspule. Hierbei ist es außerdem von Vorteil, dass die Steuerung durch Bestromen der Magnetspule während des Schließhubs des Ventilschließkörpers den Ventilschließkörper betätigt, bis eine Drosselung an dem Dichtsitz erreicht ist. Wenn die Drosselung an dem Dichtsitz erreicht ist, dann kann der weitere Schließhub rein mechanisch durch den ansteigenden Innenraumdruck des Pumpenarbeitsraums geschlossen werden.
Somit kann in vorteilhafter Weise bei einem Saughub der Pumpenbaugruppe, bei dem ein Druck im Pumpenarbeitsraum reduziert wird, über den an der Druckstufe wirkenden Vorförderdruck eine Betätigung des Ventilschließkörpers in der Öffnungsrichtung ermöglicht werden. Ferner kann bei einem Förderhub der Pumpenbaugruppe, bei dem ein Druck im Pumpenarbeitsraum erhöht wird, der Ventilschließkörper von dem Druck im
Pumpenarbeitsraum in der Schließrichtung betätigt werden, wenn durch die magnetische Betätigung des Ankers der Ventilschließkörper so weit in der Schließrichtung betätigt ist, dass eine Drosselung an dem Dichtsitz erreicht ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnungen, in denen sich entsprechende Elemente mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen sind, näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine Hochdruckpumpe mit einem Saugventil in einer auszugsweisen, schematischen Schnittdarstellung entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 2 ein Diagramm zur Erläuterung der Funktionsweise der Hochdruckpumpe und des Saugventils entsprechend dem Ausführungsbeispiel der Erfindung; Fig. 3 ein weiteres Diagramm zur Erläuterung der Funktionsweise der Hochdruckpumpe und des Saugventils entsprechend dem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 4 ein weiteres Diagramm zur Erläuterung der Funktionsweise der Hochdruckpumpe und des Saugventils entsprechend dem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung
Fig. 1 zeigt eine Hochdruckpumpe 1 in einer auszugsweisen, schematischen
Schnittdarstellung entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die
Hochdruckpumpe 1 kann insbesondere als Radial- oder Reihenkolbenpumpe ausgestaltet sein. Speziell eignet sich die Hochdruckpumpe 1 als Brennstoffpumpe für
Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen. Die Hochdruckpumpe 1 weist ein Saugventil 2 auf. Das Saugventil 2 eignet sich besonders zum Einsatz bei solchen Hochdruckpumpen 1. Das erfindungsgemäße Saugventil 2 eignet sich in einer entsprechend angepassten Abwandlung allerdings auch für andere
Anwendungsfälle. Ein bevorzugter Einsatz der Hochdruckpumpe 1 sowie des Saugventils 2 besteht für eine Brennstoffeinspritzanlage mit einer Brennstoffverteilerleiste, die Dieselbrennstoff unter hohem Druck speichert. Allerdings können auch andere geeignete Flüssigkeiten, also auch andere Flüssigkeiten als Brennstoff, von dem Saugventil 2 gesteuert und von der
Hochdruckpumpe 1 gefördert werden.
Die Hochdruckpumpe 1 weist einen Zylinderkopf 3 auf, in dem ein Pumpenarbeitsraum 4 einer Pumpenbaugruppe 5 ausgebildet ist. Hierbei ist in dem Zylinderkopf 3 eine
Zylinderbohrung 6 ausgestaltet, in der ein Pumpenkolben 7 geführt ist. Der Pumpenkolben 7 begrenzt in der Zylinderbohrung 6 den Pumpenarbeitsraum 4. Ferner ist in einem nicht dargestellten Gehäuse eine Antriebswelle 8 mit einem Nocken 9 gelagert. Im Betrieb rotiert die Antriebswelle 8 um ihre Drehachse 10. Hierbei kommt es über den Nocken 9 zu einer Betätigung des Pumpenkolbens 7, was durch den Doppelpfeil 1 1 veranschaulicht ist. Die Betätigung kann beispielsweise über eine in einem Rollenschuh gelagerte Rolle erfolgen.
Das Saugventil 2 weist einen Ventilsitzkörper 12 auf, an dem ein Dichtsitz 13 ausgestaltet ist. Der Dichtsitz 13 ist in diesem Ausführungsbeispiel kreisförmig mit einem
Sitzdurchmesser 14 ausgestaltet. Hierbei ist ein Ventilschließkörper 15 vorgesehen, der mit dem Dichtsitz 13 des Ventilsitzkörpers 12 zusammen wirkt.
Der Ventilsitzkörper 12 ist über eine Verschlussschraube an dem Zylinderkopf 3 fixiert. Hierbei ist eine Abdichtung zwischen dem Ventilsitzkörper 12 und dem Zylinderkopf 3 gebildet, so dass der Pumpenarbeitsraum 4 gegenüber der Umgebung hochdruckfest abgedichtet ist.
Das Saugventil 2 weist einen Ventilraum 20 auf, in den über ein oder mehrere Bohrungen 21 , 22 unter einem Vorförderdruck stehender Brennstoff geführt wird. Im geschlossenen Zustand liegt der Ventilschließkörper 15 einerseits an dem Dichtsitz 13 mit dem
Sitzdurchmesser 14 an. Ferner ist der Ventilschließkörper 15 mit einem Ventilbolzen 23 verbunden oder einstückig mit diesem ausgestaltet. Der Ventilbolzen 23 ist in einer
Führungsbohrung 24 eines Körpers 25, der als Magnetkern ausgestaltet sein kann, geführt. Die Führungsbohrung 24 weist hierbei einen Führungsdurchmesser 26 auf, der kleiner ist als der Sitzdurchmesser 14 des Dichtsitzes 13. Ein Ankerraum 27, in den der Ventilbolzen 23 ragt, ist gegenüber dem Vorförderdruck im Ventilraum 20 druckentlastet. Somit ist eine Druckstufe gebildet, die über den Sitzdurchmesser 14 des Dichtsitzes 13 und den
Führungsdurchmesser 26 der Führungsbohrung 24 bestimmt ist. Aufgrund des
Vorförderdrucks ergibt sich daher an der Druckstufe eine in einer Öffnungsrichtung 28 entlang einer Achse 29 des Ventilbolzens 23 gerichtete Kraft. Das Saugventil 2 weist außerdem einen Anker 30 auf, der mit dem Ventilbolzen 23 verbunden ist und im Ankerraum 27 angeordnet ist. Außerdem ist eine Magnetspule 31 vorgesehen, die von einer Steuerung 32 bestrombar ist. Bei einer Bestromung der
Magnetspule 31 erzeugt diese eine Magnetkraft auf den Anker 30, wodurch der
Ventilschließkörper 15 in einer Schließrichtung 33, die entgegen der Öffnungsrichtung 28 orientiert ist, in Richtung auf den Dichtsitz 13 des Ventilsitzkörpers 12 beaufschlagt wird.
In diesem Ausführungsbeispiel ist außerdem eine Ventilfeder 34 vorgesehen, die den Ventilschließkörper 15 über den Anker 30 und den Ventilbolzen 23 in der Schließrichtung 33 beaufschlägt.
Die Ausgestaltung und Funktionsweise der Hochdruckpumpe 1 und des Saugventils 2 sind im Folgenden auch unter Bezugnahme auf die Fig. 2, 3 und 4 beschrieben. Die Fig. 2, 3 und 4 zeigen jeweils ein Diagramm zur Erläuterung der Funktionsweise der
Hochdruckpumpe 1 und des Saugventils 2. Hierbei ist in der Fig. 2 an der Abszisse der Hub des Ventilschließkörpers in der Öffnungsrichtung 28 angetragen, während an der Ordinate der vom Hub abhängige Durchfluss angetragen ist. In der Fig. 2 ist an der Abszisse der Hub des Ventilschließkörpers 15 in der Öffnungsrichtung 28 angetragen, während an der Ordinate die auf den Ventilschließkörper 15 wirkenden Kräfte in der Schließrichtung 33 angetragen sind. In der Fig. 4 ist an der Abszisse die Zeit angetragen, während an der Ordinate ein Druck im Pumpenarbeitsraum 4, der Hub des Ventilschließkörpers 15 in der Öffnungsrichtung 28 und eine Bestromung der Magnetspule 31 angetragen sind. In der Fig. 2 ist exemplarisch eine Kurve 40 dargestellt, die den Durchfluss 40 zwischen dem Ventilschließkörper 15 und dem Dichtsitz 13 aus dem Ventilraum 20 in den
Pumpenarbeitsraum 4 veranschaulicht. Wenn der Hub einen Wert 41 überschreitet, dann befindet sich das Saugventil 2 in der entdrosselten Phase, was in der Fig. 2 durch einen Bereich 42 veranschaulicht ist. Unterhalb des Werts 41 befindet sich das Saugventil 2 in der Drosselung, was durch einen Bereich 43 veranschaulicht ist. Bei verschwindendem Hub verschwindet auch der Durchfluss 40.
Zur Erläuterung der Fig. 3 wird von einem Zustand 44 ausgegangen, in dem sich das Saugventil 2 im entdrosselten Bereich 42 befindet und in dem ein vergleichsweiser großer, insbesondere maximaler, Hub des Ventilschließkörpers 15 erzielt ist. Durch eine Kurve 45 ist ein möglicher Verlauf der Federkraft der Ventilfeder 34 dargestellt, die in der
Schließrichtung 33 auf den Ventilschließkörper 15 wirkt. Der Ordinatenschnittpunkt 46 der Kurve 45 mit der Ordinate gibt eine nicht verschwindende Vorspannung an. Die Vorspannung der Ventilfeder 44 kann hierbei geeignet gewählt werden. Ebenso kann die Steigung der Kurve 45 über die Federkonstante der Ventilfeder 34 vorgegeben werden. Im Zustand 44 wird die Rückstellkraft zunächst im Wesentlichen von der Ventilfeder 34 aufgebracht. Wenn die Druckverhältnisse im Ventilraum 20 und im Pumpenarbeitsraum 4 dies zulassen, was beispielsweise bei einem Förderhub des Pumpenkolbens 7 der Fall ist, dann schließt der Ventilschließkörper 15 bereits aufgrund der Rückstellkraft der Ventilfeder 34, so dass eine Kurve 47 zunächst in der Nähe der Kurve 45 durchlaufen wird, wobei die Richtung des Kurvendurchlaufs durch den Pfeil 47 angezeigt ist. In einem Bereich 48 wird von der Steuerung 32 die Magnetspule 31 bestromt. Hierdurch steigt die auf den
Ventilschließkörper 15 in der Schließrichtung 33 wirkende Schließkraft steil an, was durch den Pfeil 49 veranschaulicht ist. Hierdurch wird eine maximale Kraft 50 auf den
Ventilschließkörper 15 ausgeübt. Hierbei wird der Wert 41 unterschritten, so dass das Saugventil 2 in den gedrosselten Bereich 43 gelangt. Hierbei verringert sich der Hub weiter, was durch den Pfeil 51 veranschaulicht ist. Wenn die Bestromung der Magnetspule 31 endet, was anhand des Bereichs 48 veranschaulicht ist, dann befindet sich, das Saugventil 2 bereits innerhalb des gedrosselten Bereichs 43. In einem Bereich 52 kann die weitere Schließkraft daher von der Ventilfeder 34 und dem ansteigenden Druck des
Pumpenarbeitsraums 4 aufgebracht werden. Bei einem verschwindenden Hub, bei dem das Saugventil 2 beziehungsweise der Dichtsitz 13 geschlossen ist, verbleibt eine durch den Ordinatenschnittpunkt 53 der Kurve 47 mit der Ordinate gegebene Schließkraft. Diese ergibt sich aus der Vorspannung der Ventilfeder 34 sowie der Druckstufe. Der
Ordinatenschnittpunkt 43 hängt somit vom Vorförderdruck (Vorlaufdruck) ab.
Somit ergibt sich ein vergleichsweise schmaler Bereich 48, in dem eine Bestromung der Magnetspule 31 erforderlich ist. Somit wird die Leistungsaufnahme erheblich reduziert.
In der Fig. 4 sind Zeitintervalle 48', 48" dargestellt, in denen die Magnetspule 31 bestromt ist. Die Bestromung 54 ist daher durch eine Kurve 54 mit rasch ansteigenden und abfallenden Flanken charakterisiert.
Durch eine Kurve 55 ist der Druck im Pumpenarbeitsraum 4 veranschaulicht. Dieser steigt in den Zeitintervallen 48', 48" jeweils an, wobei durch den ansteigenden Druck im
Pumpenarbeitsraum 4 jeweils das Schließen des Saugventils 2 im gedrosselten Bereich 43 unterstützt wird. Nach dem Schließen des Saugventils 2 steigt der Druck weiter an, was durch den Förderhub des Pumpenkolbens 7 bedingt ist. Die Kurve 56 veranschaulicht den Verlauf des Hubs des Ventilschließkörpers 15. Zur Vereinfachung der Darstellung gehen die Kurven 54, 55, 56 von einem gemeinsamen Niveau aus, wobei die Ausgangswerte auf diesem Niveau nicht notwendigerweise gleich Null sind. Somit ist das Saugventil 2 als nach außen öffnendes Ventil 2 mit einer Druckstufe ausgestaltet. Ist der Innenraumdruck im Pumpenarbeitsraum 4 kleiner als der
Vorförderdruck vor dem Saugventil 2, so öffnet der Ventilschließkörper 15 gegen die Ventilfeder 34. Der Pumpenarbeitsraum 4 wird befüllt, bis das Saugventil 2 elektrisch durch Bestromung der Magnetspule 31 aus der entdrosselten Phase herausgezogen wird. Der weitere Schließhub kann dann rein mechanisch durch den ansteigenden Innenraumdruck des Pumpenarbeitsraums 4 erfolgen, da das Saugventil 2 in der Androsselung ist. Als Vorteil ergibt sich somit eine sehr kurze Ansteuerungszeit bei einem kleinen Hubdelta, um die Schließbewegung des Saugventils 2 zu aktivieren.
Je nach Ausgestaltung des Saugventils 2 beziehungsweise der Steuerung 32 kann der Bereich 48 somit auch den Ausgangszustand 44 einschließen. Das Schließen des
Saugventils 2 wird dann unmittelbar durch Bestromen der Magnetspule 31 eingeleitet.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.

Claims

Ansprüche
1 . Saugventil (2) für eine Hochdruckpumpe (1 ), die insbesondere für luftverdichtende, selbstzündende Brennkraftmaschinen dient, mit einem Ventilschließkörper (15), der mit einem Dichtsitz (13) zusammen wirkt, und einem magnetisch betätigbaren Anker (30), der mit dem Ventilschließkörper (15) verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Druckstufe vorgesehen ist, über die der Ventilschließkörper (15) in einer Öffnungsrichtung (28) beaufschlagbar ist, und dass der Anker (30) so magnetisch betätigbar ist, dass der Ventilschließkörper (15) über den Anker (30) von einer
magnetischen Schließkraft in einer Schließrichtung (33) gegen den Dichtsitz (13) beaufschlagbar ist.
2. Saugventil nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Führungsdurchmesser (26) zur Führung des Ventilschließkörpers (15) kleiner ist als ein Sitzdurchmesser (14) des Dichtsitzes (13).
3. Saugventil nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Ventilschließkörper (15) über einen Ventilbolzen (23) mit dem Anker (30) verbunden ist, dass der Ventilbolzen (23) in einer Führungsbohrung (24) mit dem
Führungsdurchmesser (26) geführt ist, dass zwischen der Führungsbohrung (24) und dem Dichtsitz (13) ein Ventilraum (20) ausgebildet ist, in den unter einem Vorförderdruck stehender Brennstoff führbar ist, dass ein Ankerraum (27), in dem der Anker (30) angeordnet ist, durch den in der Führungsbohrung (24) geführten Ventilbolzen (23) von dem Ventilraum (20) getrennt ist und dass der Ankerraum (27) in Bezug zu dem
Vorförderdruck druckentlastet ist.
4. Saugventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Ventilfeder (34) vorgesehen ist, die den Ventilschließkörper (15) zumindest mittelbar in der Schließrichtung (33) beaufschlägt.
5. Saugventil nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Ventilfeder (34) in einem Ankerraum (27), in dem der Anker (30) angeordnet ist, angeordnet ist und/oder dass die Ventilfeder (34) den Ventilschließkörper (15) mittels des Ankers (30) und/oder eines Ventilbolzens (23), der den Anker (30) mit dem
Ventilschließkörper (15) verbindet, beaufschlägt.
6. Saugventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Steuerung (32) vorgesehen ist, die die magnetische Betätigung des Ankers (30) durch Bestromen einer Magnetspule (31 ) während eines Schließhubs des
Ventilschließkorpers (15) bewirkt, wobei die Steuerung (32) die Magnetspule (31 ) vor einem vollständigen Schließen des Dichtsitzes (13) stromlos schaltet.
7. Saugventil nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuerung (32) durch Bestromen der Magnetspule (31 ) während des Schließhubs des Ventilschließkorpers (15) den Ventilschließkörper (15) betätigt, bis eine Drosselung an dem Dichtsitz (13) erreicht ist.
8. Hochdruckpumpe (1 ), insbesondere Radial- oder Reihenkolbenpumpe für
Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen, mit zumindest einem Zylinderkopf (3), einer Pumpenbaugruppe (5), die einen in dem Zylinderkopf (3) ausgestalteten Pumpenarbeitsraum (4) umfasst, und zumindest einem Saugventil (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei über den Dichtsitz (13) des Saugventils (2) Brennstoff in den Pumpenarbeitsraum (4) führbar ist.
9. Hochdruckpumpe nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass bei einem Saughub der Pumpenbaugruppe (5), bei dem ein Druck im
Pumpenarbeitsraum (4) reduziert wird, über einen an der Druckstufe wirkenden
Vorförderdruck eine Betätigung des Ventilschließkorpers (15) in der Öffnungsrichtung (28) ermöglicht ist.
10. Hochdruckpumpe nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass bei einem Förderhub der Pumpenbaugruppe (5), bei dem ein Druck im
Pumpenarbeitsraum (4) erhöht wird, der Ventilschließkörper (15) von dem Druck im Pumpenarbeitsraum (4) in der Schließrichtung (33) betätigt wird, wenn durch die magnetische Betätigung des Ankers (30) der Ventilschließkörper (15) so weit in der Schließrichtung (33) betätigt ist, dass eine Drosselung an dem Dichtsitz (13) erreicht ist.
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