WO2017089032A1

WO2017089032A1 - Elektromagnetisch ansteuerbares saugventil für eine hochdruckpumpe, hochdruckpumpe

Info

Publication number: WO2017089032A1
Application number: PCT/EP2016/075121
Authority: WO
Inventors: Stefan Kolb; Gabriel CICHON
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 2015-11-24
Filing date: 2016-10-19
Publication date: 2017-06-01
Also published as: DE102015223165A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisch ansteuerbares Saugventil für eine Hochdruckpumpe in einem Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere in einem Common-Rail-Einspritzsystem, umfassend eine ringförmige Magnetspule (1) zur Einwirkung auf einen Anker (2), der zwischen zwei Anschlagflächen (3, 4) hin und her bewegbar und zur Schaffung eines Druckausgleichs von mindestens einer Ausgleichsbohrung (5) durchsetzt ist. Erfindungsgemäß ist die Ausgleichsbohrung (5) durch mindestens ein im Anker (2) beweglich aufgenommenes Schließelement (6) verschließbar. Ferner betrifft die Erfindung eine Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere ein Common-Rail-Einspritzsystem, mit einem solchen Saugventil.

Description

Beschreibung Titel

Elektromagnetisch ansteuerbares Saugventil für eine Hochdruckpumpe,

Hochdruckpumpe

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisch ansteuerbares Saugventil mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Das Saugventil dient der

Versorgung einer Hochdruckpumpe eines Kraftstoffeinspritzsystems,

insbesondere eines Common-Rail-Einspritzsystems, mit Kraftstoff. Ferner betrifft die Erfindung eine Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem,

insbesondere ein Common-Rail-Einspritzsystem, mit einem solchen Saugventil.

Stand der Technik

Aus der DE 10 2014 200 339 AI ist ein elektromagnetisch ansteuerbares Saugventil für eine Hochdruckpumpe eines Kraftstoffeinspritzsystems, insbesondere eines Common-Rail-Einspritzsystems, bekannt, das eine ringförmige Magnetspule zum Einwirken auf einen hubbeweglichen Anker und einen Polkern umfasst, der gemeinsam mit dem Anker einen Arbeitsluftspalt begrenzt. Der Polkern dient somit als Hubanschlag für den Anker. Beim

Anschlagen des Ankers am Polkern wirken auf den Polkern hohe Anschlagkräfte. Diese werden über mit dem Polkern verbundene Bauteile auf ein Gehäuse einer Hochdruckpumpe übertragen, in welche das Saugventil eingesetzt und mittels einer Verschlussschraube fixiert ist. Da die Anschlagkräfte hohe Werte annehmen können, besteht die Gefahr, dass Bauteilverbindungen und/oder Dichtungen, insbesondere im Bereich einer Schweißverbindung des Polkerns mit einer Hülse vorzeitig versagen. Die Folge können Undichtigkeiten und/oder der Funktionsverlust des Saugventils sein. Um dem entgegen zu wirken, wird in der DE 10 2014 200 339 AI vorgeschlagen, den Polkern in Richtung des Ankers axial vorzuspannen. Auf diese Weise soll eine außenumfangseitig angeordnete Schweißnaht, über welche die Schweißverbindung des Polkerns mit der Hülse hergestellt ist, entlastet werden. Die Entlastung der Schweißnaht soll zu einer Steigerung der Robustheit der Schweißverbindung führen und auf diese Weise die Gefahr von Undichtigkeiten in diesem Bereich mindern.

Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein elektromagnetisch

ansteuerbares Saugventil anzugeben, das besonders verschleiß- und

geräuscharm betreibbar ist.

Zur Lösung der Aufgabe wird das elektromagnetisch ansteuerbare Saugventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Ferner wird die

Hochdruckpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 10 vorgeschlagen.

Offenbarung der Erfindung

Das für eine Hochdruckpumpe eines Kraftstoffeinspritzsystems, insbesondere eines Common-Rail-Einspritzsystems, vorgeschlagene elektromagnetisch ansteuerbare Saugventil umfasst eine ringförmige Magnetspule zur Einwirkung auf einen Anker, der zwischen zwei Anschlagflächen hin und her bewegbar und zur Schaffung eines Druckausgleichs von mindestens einer Ausgleichsbohrung durchsetzt ist. Erfindungsgemäß ist die Ausgleichsbohrung durch mindestens ein im Anker beweglich aufgenommenes Schließelement verschließbar.

Mit Verschließen der Ausgleichsbohrung baut sich zwischen dem Anker und der Anschlagfläche, welcher sich der Anker nähert, ein hydraulisches Druckpolster auf, das die Bewegung des Ankers kurz vor Erreichen abbremst und somit eine Endlagendämpfung bewirkt. Der Anschlagimpuls wird auf diese Weise gemindert, ferner verringert sich der Verschleiß im Bereich der jeweiligen

Anschlag- und/oder Kontaktflächen. Zudem führt die Endlagendämpfung zu einer deutlich geringeren Geräuschentwicklung.

Bevorzugt ist das Schließelement in der Ausgleichsbohrung des Ankers hin und her beweglich aufgenommen. Vorzugsweise ist das Schließelement in axialer Richtung völlig frei beweglich. Die axiale Lage des Schließelements bestimmt, ob die Ausgleichsbohrung freigegeben oder verschlossen ist.

Die axiale Lage des Schließelements hängt von den am Anker anliegenden hydraulischen Druckverhältnissen ab. Das Freigeben und Verschließen der Ausgleichsbohrung erfolgt somit druckgesteuert. Auf das Schließelement einwirkende Betätigungsmittel sind somit entbehrlich. Die vorgeschlagene Endlagendämpfung ist demzufolge einfach und kostengünstig umsetzbar.

Ferner bevorzugt ist das Schließelement kugelförmig ausgebildet. Durch die Kugelform ist sichergestellt, dass das Schließelement in axialer Richtung stets frei beweglich bleibt.

Des Weiteren bevorzugt wirkt das Schließelement mit mindestens einem in der Ausgleichsbohrung ausgebildeten Dichtsitz zusammen. Der Dichtsitz kann beispielsweise als Flachsitz oder Kegelsitz ausgebildet sein. Sofern das

Schließelement mit nur einem Dichtsitz zusammenwirkt, ist vorzugsweise das Schließelement in Richtung des Dichtsitzes von der Federkraft einer Schließfeder beaufschlagt. Das federbelastete Schließelement bildet dann gemeinsam mit dem Dichtsitz eine Art Rückschlagventil aus, das nur in einer bestimmten

Bewegungsrichtung des Ankers eine Endlagendämpfung bewirkt. Bewegt sich der Anker in die umgekehrte Richtung, stellt die Schließfeder sicher, dass das Schließelement nicht aus der Ausgleichsbohrung gedrückt wird. Bei der

Schließfeder kann es sich beispielsweise um eine in die Ausgleichsbohrung eingesetzte Schraubenfeder handeln, die auf der dem Dichtsitz abgewandten Seite des Schließelements angeordnet ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Dichtsitz durch einen Absatz der Ausgleichsbohrung ausgebildet. Der Absatz kann zur Ausbildung eines Flachsitzes stufenartig ausgebildet sein oder zur Ausbildung eines Kegelsitzes einen konischen Verlauf aufweisen. Der Dichtsitz ist in diesem Fall in einem Arbeitsgang mit der Ausgleichsbohrung herstellbar.

Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass der Dichtsitz durch einen in die Ausgleichsbohrung eingesetzten Sitzkörper ausgebildet wird. Der separate Sitzkörper erleichtert die Fertigung und Montage des Ankers, und zwar insbesondere, wenn die Ausgleichsbohrung zur Ausbildung eines weiteren Dichtsitzes oder zur Abstützung der Schließfeder gestuft ausgeführt ist. Denn dann kann von der Zugangsseite erst die Feder und/oder das Schließelement in die Ausgleichsbohrung eingesetzt werden, anschließend der Sitzkörper, so dass die Feder und/oder das Schließelement verliersicher in der Ausgleichsbohrung aufgenommen sind. Vorzugsweise ist der Sitzkörper in die Ausgleichsbohrung des Ankers eingepresst oder eingeschraubt. Über die Einpresstiefe bzw. die Einschraubtiefe kann dann der Zeitpunkt festgelegt werden, wann die

Endlagendämpfung ihre Wirkung entfaltet. Der in die Ausgleichsbohrung eingesetzte Sitzkörper kann insbesondere als einfache Hülse ausgeführt sein.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die

Ausgleichsbohrung als dezentral angeordnete Axialbohrung ausgeführt. Das heißt, dass die Ausgleichsbohrung bevorzugt exzentrisch angeordnet ist. Die Ausgleichsbohrung liegt demnach außerhalb einer am Anker ausgebildeten Kontaktfläche oder eines in den Anker eingesetzten Kontaktstifts zur

mechanischen Kopplung des Ankers mit einem Ventilglied des Saugventils. Vorzugsweise sind mehrere gleichartige Ausgleichsbohrungen in gleichem Winkelabstand zueinander im Anker ausgebildet, so dass der Anker gleichmäßig durchströmt wird.

Bevorzugt ist eine erste Anschlagfläche an einem Polkern ausgebildet, der mit dem Anker einen Arbeitsluftspalt begrenzt. Die zweite Anschlagfläche kann insbesondere an einem ringförmigen Absatz eines Ventilkörpers oder an einem hieran abgestützten Anschlagelement ausgebildet sein. Das separate

Anschlagelement kann aus einem besonders verschleißfesten Werkstoff gefertigt und/oder gehärtet sein, so dass die Verschleißfestigkeit in diesem Bereich weiter gesteigert wird.

Vorteilhafterweise sind der Polkern und der Ventilkörper über eine Hülse verbunden. Über die Hülse kann bei Wahl eines nichtmagnetischen Werkstoffs eine magnetische Trennung zwischen Polkern und Ventilkörpers bewirkt werden. Ferner kann sie zur Abdichtung des Saugventils nach außen eingesetzt werden. In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Anker unmittelbar oder mittelbar über einen Kontaktstift mit einem hubbeweglichen Ventilglied mechanisch koppelbar und in Richtung des Ventilgliedes von der Federkraft einer Feder beaufschlagt ist. Der Anker kann auf diese Weise zur Betätigung des Ventilglieds eingesetzt werden. Über die Feder kann die Rückstellung des Ankers bewirkt werden, wobei vorzugsweise die Federkraft der Feder größer als die Federkraft einer weiteren Feder gewählt ist, die das Ventilglied in

Schließrichtung beaufschlagt. Das Saugventil ist in diesem Fall als stromlos offenes Ventil ausgebildet. Da die Bestromung der Magnetspule nur zum

Schließen des Ventils erfolgt, kann das Saugventil energieeffizient betrieben werden.

Die ferner vorgeschlagene Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere für ein Common-Rail-Einspritzsystem, zeichnet sich dadurch aus, dass sie ein erfindungsgemäßes Saugventil umfasst. Vorzugsweise ist das Saugventil in ein Gehäuseteil der Hochdruckpumpe integriert. Auf diese Weise wird eine kompakt bauende Anordnung erreicht.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch ein Saugventil gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt der Fig. 1 im Bereich des Ankers und

Fig. 3 einen schematischen Längsschnitt durch ein Saugventil gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, a) bei geschlossenem oberen Dichtsitz, b) bei geschlossenem unteren Dichtsitz.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Das in der Fig. 1 dargestellte elektromagnetisch ansteuerbare Saugventil dient der Versorgung einer Hochdruckpumpe mit Kraftstoff. Das Saugventil ist vorliegend in ein Gehäuseteil 19 der Hochdruckpumpe integriert. Das heißt, dass ein Ventilglied 16 des Saugventils über eine im Gehäuseteil 19 ausgebildete Bohrung 21 hubbeweglich geführt ist.

Das Saugventil öffnet in einen Hochdruckelementraum 22, der von einem hubbeweglichen Pumpenkolben 23 begrenzt wird. Bei einem Förderhub der Pumpenkolbens 23 wird der im Hochdruckelementraum 22 vorhandene Kraftstoff komprimiert und anschließend über ein Auslassventil 24 einem

Hochdruckspeicher (nicht dargestellt) zugeführt.

Das Ventilglied 16 ist in Schließrichtung von der Federkraft einer Feder 18 beaufschlagt, die einerseits am Gehäuseteil 19 und andererseits mittelbar über einen Federteller 20 am Ventilglied 16 abgestützt ist. Um das Saugventil entgegen der Federkraft der Feder 18 geöffnet zu halten bzw. zu öffnen, ist eine Feder 17 vorgesehen, deren Federkraft größer als die der Feder 18 ist. Die Feder 17 ist einerseits an einem Anker 2, andererseits an einem Polkern 10 abgestützt, der dem Anker 2 an einem Arbeitsluftspalt 11 gegenüber liegt. Liegt der Anker 2 am Ventilglied 16 an, wirkt die Federkraft der Feder 17 auch auf das Ventilglied 16. Dies ist der Fall, solange eine Magnetspule 1, die zur Einwirkung auf den Anker 2 vorgesehen ist, unbestromt bleibt. Wird die Magnetspule 1 bestromt, bewegt sich der Anker 2 entgegen der Federkraft der Feder 17 nach oben in Richtung des Polkerns 10, um einen Arbeitsluftspalt 11 zwischen dem Polkern 10 und dem Anker 2 zu schließen. Dabei löst sich der Anker 2 vom Ventilglied 16, so dass die kleinere Feder 18 das Saugventil zu schließen vermag.

Der obere Hubanschlag des Ankers 2 wird durch den Polkern 10 gebildet, dessen dem Anker 2 zugewandte Stirnfläche eine Anschlagfläche 3 ausbildet. Eine als unterer Hubanschlag dienende weitere Anschlagfläche 4 wird durch ein ringförmiges Anschlagelement 14 ausgebildet, das an einem ringförmigen Absatz 12 eines Ventilkörpers 13 abgestützt ist. Der Anker 2 bewegt sich demnach zwischen den Anschlagflächen 3 und 4 hin und her. Die Führung des Ankers 2 wird durch den Ventilkörper 13 bewirkt. Um den Ankerbewegungsraum nach außen abzudichten, ist der Ventilkörper 13 über eine Hülse 15 mit dem Polkern lO fluiddicht verbunden. Der Anker 2 des Saugventils der Fig. 1 weist dezentral und in gleichem

Winkelabstand zueinander angeordnete Ausgleichsbohrungen 5 auf, die bei einer Hubbewegung des Ankers 2 einen Druckausgleich ermöglichen sollen. Bei dem erfindungsgemäßen Saugventil ist der Druckausgleich jedoch nicht über den gesamten Hub des Ankers 2 erwünscht. Denn unterbleibt ein Druckausgleich, baut sich auf einer Seite des Ankers 2 ein Druck auf, der die Bewegung des Ankers 2 bremst bevor er die Anschlagfläche 4 erreicht. Auf diese Weise wird eine Endlagendämpfung erreicht.

Wie der Fig. 2 zu entnehmen ist, welche einen vergrößerten Ausschnitt des Saugventils der Fig. 1 zeigt, ist in jede Ausgleichsbohrung 5 ein kugelförmiges Schließelement 6 eingesetzt, das in Richtung eines Dichtsitzes 8 von der Federkraft einer Schließfeder 25 beaufschlagt ist. Aufgabe der Schließfeder 25 ist es, das Schließelement 6 in der Ausgleichsbohrung 5 zu halten, da im Übrigen das Schließelement 6 in axialer Richtung frei beweglich ist. Dies hat zur Folge, dass bei einer Aufwärtsbewegung des Ankers 2, das heißt in Richtung des Polkerns 10, im Arbeitsluftspalt 11 vorhandener Kraftstoff durch die

Ausgleichsöffnungen 5 nach unten verdrängt wird wobei der Fluidstrom das Schließelement 6 entgegen der Federkraft der Schließfeder 25 geöffnet hält. Bei einer Abwärtsbewegung des Ankers 2 verhält es sich umgekehrt. Das heißt, dass Kraftstoff von unten nach oben strömt und somit den Druck auf das

Schließelement 6 in Richtung des Dichtsitzes 8 erhöht. Kurz vor Erreichen der Anschlagfläche 4 schließt das Schließelement 6 den Dichtsitz 8, so dass kein Kraftstoff mehr aus dem Druckraum zwischen dem Anker 2 und dem

Anschlagelement 14 zu entweichen vermag. Das sich demzufolge aufbauende Druckpolster bewirkt die gewünschte Endlagendämpfung. Der Schließzeitpunkt kann über die axiale Lage des Dichtsitzes 8 eingestellt werden, was vorliegend besonders einfach ist, da der Dichtsitz 8 durch einen hülsenförmigen Sitzkörper 9 gebildet wird, der in die Ausgleichsbohrung 5 eingepresst ist.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist in der Fig. 3 dargestellt. Hier sind die im Anker 2 aufgenommenen Schließelemente 6 jeweils zwischen zwei Dichtsitzen 7, 8 hin und her beweglich in den Ausgleichsbohrungen 5

aufgenommen. Während die Dichtsitze 8 wiederum durch hülsenförmige

Sitzkörper 9 gebildet werden, werden die Dichtsitze 7 durch Absätze in den Ausgleichsbohrungen 5 gebildet. Indem die Schließelement 6 zwischen zwei Dichtsitzen 7, 8 hin und her beweglich in den Ausgleichsbohrungen 5 aufgenommen sind, kann eine Endlagendämpfung in beide

Bewegungsrichtungen des Ankers 2 bewirkt werden. Das heißt, dass zum Einen der Verschleiß im Bereich der am Anschlagelement 14 ausgebildeten

Anschlagfläche 4 (siehe Fig. 3a)), zum Anderen der Verschleiß im Bereich der am Polkern 10 ausgebildeten Anschlagfläche 3 verringert wird (siehe Fig. 3b)).

Claims

Ansprüche

1. Elektromagnetisch ansteuerbares Saugventil für eine Hochdruckpumpe in einem Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere in einem Common-Rail- Einspritzsystem, umfassend eine ringförmige Magnetspule (1) zur

Einwirkung auf einen Anker (2), der zwischen zwei Anschlagflächen (3, 4) hin und her bewegbar und zur Schaffung eines Druckausgleichs von mindestens einer Ausgleichsbohrung (5) durchsetzt ist,

dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichsbohrung (5) durch mindestens ein im Anker (2) beweglich aufgenommenes Schließelement (6) verschließbar ist.

2. Saugventil nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, dass das Schließelement (6) in der

Ausgleichsbohrung (5) des Ankers (2) hin und her beweglich aufgenommen ist und/oder kugelförmig ausgebildet ist.

3. Saugventil nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, dass das Schließelement (6) mit mindestens einem in der Ausgleichsbohrung (5) ausgebildeten Dichtsitz (7, 8) zusammenwirkt, wobei vorzugsweise das Schließelement (6) in Richtung des Dichtsitzes (8) von der Federkraft einer Schließfeder (25) beaufschlagt ist.

Saugventil nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtsitz (7) durch einen Absatz der Ausgleichsbohrung (5) ausgebildet wird.

5. Saugventil nach Anspruch 3 oder 4,

dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtsitz (8) durch einen in die

Ausgleichsbohrung (5) eingesetzten, vorzugsweise eingepressten oder eingeschraubten, Sitzkörper (9) ausgebildet wird.

6. Saugventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichsbohrung (5) als dezentral angeordnete Axialbohrung ausgeführt ist, wobei vorzugsweise mehrere gleichartige Ausgleichsbohrungen (5) in gleichem Winkelabstand zueinander im Anker (2) ausgebildet sind.

7. Saugventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlagfläche (3) an einem

Polkern (10) ausgebildet ist, der mit dem Anker (2) einen Arbeitsluftspalt (11) begrenzt, und/oder die Anschlagfläche (4) an einem ringförmigen

Absatz (12) eines Ventilkörpers (13) oder an einem hieran abgestützten Anschlagelement (14) ausgebildet ist.

8. Saugventil nach Anspruch 7,

dadurch gekennzeichnet, dass der Polkern (10) und der Ventilkörper (13) über eine Hülse (15) verbunden sind.

9. Saugventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (2) unmittelbar oder mittelbar über einen Kontaktstift mit einem hubbeweglichen Ventilglied (16) mechanisch koppelbar und in Richtung des Ventilgliedes (16) von der Federkraft einer Feder (17) beaufschlagt ist, wobei vorzugsweise die Federkraft der Feder (17) größer als die Federkraft einer weiteren Feder (18) ist, die das Ventilglied (16) in Schließrichtung beaufschlagt.

10. Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere ein

Common-Rail-Einspritzsystem, mit einem Saugventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Saugventil in ein Gehäuseteil (19) der Hochdruckpumpe integriert ist.