Title:
Elektromagnetisch betätigbares Saugventil
Document Type and Number:
Kind Code:
A1

Abstract:

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisch ansteuerbares Saugventil (1) für eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe (2), umfassend eine ringförmige Magnetspule (3) zur Einwirkung auf einen zwischen zwei Endanschlägen (4, 5) hubbeweglichen Anker (6), der zumindest abschnittsweise in einer zentralen Ausnehmung (7) eines Ventilkörpers (8) aufgenommen und über den Ventilkörper (8) geführt ist. Erfindungsgemäß weist bzw. weisen der Anker (6) und/oder der Ventilkörper (8) zumindest im Bereich der Führung eine Verschleißschutzschicht (9) auf.





Inventors:
Langenbach, Christian (71576, Burgstetten, DE)
Lucarelli, Francesco (70469, Stuttgart, DE)
Lamm, Marco (71229, Leonberg, DE)
Application Number:
DE102016205889A
Publication Date:
10/12/2017
Filing Date:
04/08/2016
Assignee:
Robert Bosch GmbH, 70469 (DE)
International Classes:
F16K31/06; F02M59/46; H01F7/16
Domestic Patent References:
DE102014200339A1N/A2015-07-16
Claims:
1. Elektromagnetisch betätigbares Saugventil (1) für eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe (2), umfassend eine ringförmige Magnetspule (3) zur Einwirkung auf einen zwischen zwei Endanschlägen (4, 5) hubbeweglichen Anker (6), der zumindest abschnittsweise in einer zentralen Ausnehmung (7) eines Ventilkörpers (8) aufgenommen und über den Ventilkörper (8) geführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (6) und/oder der Ventilkörper (8) zumindest im Bereich der Führung eine Verschleißschutzschicht (9) aufweist bzw. aufweisen.

2. Saugventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (6) mindestens eine mit einem Endanschlag (4, 5) zusammenwirkende Stirnfläche (10, 11) besitzt, die eine Verschleißschutzschicht aufweist.

3. Saugventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschutzschicht (9) aus einer Kohlenstoffschicht gebildet ist.

4. Saugventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschutzschicht (9) eine durch einen Nitrier- oder Nitrocarburierprozess hergestellte Nitrier- oder Nitrocarburierschicht ist.

5. Saugventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (6) aus einem Grundmaterial, beispielsweise 100Cr6, gefertigt ist, das eine Härte von mindestens 500 HV besitzt.

6. Saugventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Endanschlag (4) durch einen ringförmigen Absatz (12) des Ventilkörpers (8) oder einer hieran abgestützten Anschlagscheibe (13) ausgebildet wird.

7. Saugventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (6) in Richtung des ersten Endanschlags (4) von der Federkraft einer Feder (14) beaufschlagt ist.

8. Saugventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Endanschlag (5) durch einen Polkern (15) ausgebildet wird, der dem Anker (6) an einem Arbeitsluftspalt (16) gegenüberliegt.

9. Saugventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (6) einen bolzenförmigen Ansatz (17) oder einen Kontaktstift (18) zur Kontaktierung eines Ventilstößels (19) umfasst, wobei vorzugsweise der Kontaktstift (18) mit dem Anker (6) fest verbunden ist.

10. Saugventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (6) mindestens eine Durchströmöffnung (20) besitzt, die den Anker axial durchsetzt.

Description:

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisch betätigbares Saugventil für eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Das Saugventil dient der Versorgung einer Kraftstoff-Hochdruckpumpe mit Kraftstoff.

Stand der Technik

Aus der DE 10 2014 200 339 A1 ist ein elektromagnetisch ansteuerbares Saugventil für eine Hochdruckpumpe eines Kraftstoffeinspritzsystems, insbesondere eines Common-Rail-Einspritzsystems, bekannt, das eine ringförmige Magnetspule zur Einwirkung auf einen hubbeweglichen Anker sowie einen Polkern umfasst, der gemeinsam mit dem Anker einen Arbeitsluftspalt begrenzt. Der Anker ist zumindest abschnittsweise von einem Ventilkörper umgeben, der vorliegend als Verschlussschraube ausgebildet ist und der Befestigung des Saugventils an der Hochdruckpumpe dient. Der Polkern und der Ventilkörper sind mittels einer Hülse verbunden, wobei die Verbindung der Hülse mit dem Polkern über eine Schweißnaht erfolgt. Da mit Anschlagen des Ankers am Polkern die Schweißnaht stark belastet wird, so dass die Gefahr besteht, dass die Bauteilverbindung vorzeitig versagt, wird zur Entlastung der Schweißnaht vorgeschlagen, den Polkern in Richtung des Ankers axial vorzuspannen. Auf diese Weise sollen die Robustheit der Bauteilverbindung und in der Folge die Robustheit des Saugventils gesteigert werden.

Bei einem Saugventil der vorstehend genannten Art ist der Anker über den Ventilkörper geführt. Der Führungsbereich ist dem Verschleiß ausgesetzt, da er im Betrieb des Saugventils aufgrund der Hubbewegungen des Ankers auf Reibung beansprucht wird. Bereits minimale Abweichungen in der Symmetrie der Bauteile können zudem zu Querkräften führen, welche die Reibung verstärken, so dass es zu einem erhöhten Verschleiß kommt. Einem hohen Verschleiß unterliegen auch die jeweils stirnseitig am Anker ausgebildeten Anschlagflächen. Der Verschleiß im Anschlagbereich kann zu unerwünschten Schaltzeitschwankungen führen, so dass die Funktion des Saugventils, eine genaue Zumessung des Kraftstoffs sicherzustellen, beeinträchtigt ist.

Ausgehend vom vorstehend genannten Stand der Technik liegt daher der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein elektromagnetisch betätigbares Saugventil für eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe anzugeben, das weniger verschleißbehaftet ist.

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

Offenbarung der Erfindung

Das für eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe vorgeschlagene elektromagnetisch betätigbare Saugventil umfasst eine ringförmige Magnetspule zur Einwirkung auf einen zwischen zwei Endanschlägen hubbeweglichen Anker, der zumindest abschnittsweise in einer zentralen Ausnehmung eines Ventilkörpers aufgenommen und über den Ventilkörper geführt ist. Erfindungsgemäß weist bzw. weisen der Anker und/oder der Ventilkörper zumindest im Bereich der Führung eine Verschleißschutzschicht auf.

Durch Vorsehen einer Verschleißschutzschicht kann der Verschleiß im Bereich der Führung reduziert werden. Denn durch die Verschleißschutzschicht erfährt die Oberfläche des jeweiligen Bauteils eine Härtung.

Darüber hinaus kann in Abhängigkeit von der Art der Verschleißschutzschicht die Korrosionsbeständigkeit des mit der Verschleißschutzschicht versehenen Bauteils erhöht werden. Dadurch steigt auch die Robustheit des Saugventils gegenüber unterschiedlichen Kraftstoffqualitäten, was sich insbesondere im Hinblick auf kraftstoffkritische Märkte als Vorteil auswirkt.

Je nach Art der Verschleißschutzschicht kann zudem die Rauigkeit einer Oberfläche erhöht werden. Im Bereich der Führung hat dies den Effekt, dass sich die Schmierbedingungen im Kontaktbereich zwischen dem Anker und dem Ventilkörper verbessern. Dies wiederum hat eine geringere Reibbelastung und damit einen geringeren Verschleiß im Bereich der Führung zur Folge.

In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Anker zudem mindestens eine mit einem Endanschlag zusammenwirkende und eine Verschleißschutzschicht aufweisende Stirnfläche besitzt. In diesem Fall erfährt auch die mit einem Endanschlag zusammenwirkende Stirnfläche eine Härtung, so dass der Anker im Bereich zumindest einer Anschlagfläche ebenfalls weniger verschleißbehaftet ist.

Durch Ausbildung einer Verschleißschutzschicht an einer Stirnfläche des Ankers kann zudem die Rauigkeit im Anschlagbereich des Ankers erhöht werden. Der Anker neigt in diesem Fall weniger zum hydraulischen und/oder magnetischen Kleben am jeweiligen Endanschlag. Das heißt, dass das Loslaufverhalten des Ankers verbessert wird.

Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Verschleißschutzschicht aus einer Kohlenstoffschicht gebildet. Maximale Härten lassen sich beispielsweise mittels einer Kohlenstoffschicht aus Diamant oder aus diamantähnlichen Kohlenstoffen erzielen. Ferner kann die Kohlenstoffschicht aus einer Graphitschicht gebildet sein.

Sofern keine erhöhte Rauigkeit zur Erzielung der vorstehend genannten Vorteile gefordert ist, kann mittels einer Kohlenstoffschicht auch eine Glättung einer Bauteiloberfläche bewirkt werden. Die Glättung wirkt Ablagerungen an der Oberfläche des Bauteils, beispielsweise aufgrund von gealtertem Biodiesel, entgegen.

Alternativ wird vorgeschlagen, dass die Verschleißschutzschicht eine durch einen Nitrier- oder Nitrocarburierprozess hergestellte Nitrier- oder Nitrocarburierschicht ist. Beim Nitrieren wird in die Oberfläche eines Bauteils Stickstoff eingelagert, der eine Verbindung mit dem jeweiligen Grundmaterial des Bauteils eingeht und auf diese Weise die Verschleißfestigkeit der Oberfläche erhöht. Bei dem Grundmaterial kann es sich insbesondere um einen niedrig- bis mittellegierten Stahl handeln.

Beim Nitrocarburieren wird die Oberfläche eines Bauteils nicht nur mit Stickstoff, sondern ferner mit Kohlenstoff angereichert.

Durch Nitrieren oder Nitrocarburieren können nicht nur besonders verschleißfeste Oberflächen geschaffen werden, sondern ferner solche, die eine erhöhte Korrosionsbeständigkeit aufweisen. Zugleich sind Nitrier- oder Nitrocarburierschichten vergleichsweise porös bzw. rau, so dass damit einhergehend die Schmierbedingungen im Bereich der Verschleißschutzschicht verbessert werden.

Verschleißschutzschichten, die eine Härtung bewirken sollen, erweisen sich als spröde und damit als schlagempfindlich. Dies gilt im Besonderen, wenn die Schlagbeanspruchung nicht senkrecht zur Beschichtungsebene erfolgt. Dies ist beispielsweise bei einer außenumfangseitig am Anker ausgebildeten Verschleißschutzschicht der Fall, die bis an eine mit einem Endanschlag zusammenwirkenden Stirnfläche des Ankers geführt ist.

Um die Schlagempfindlichkeit einer auf dem Anker ausgebildeten Verschleißschutzschicht herabzusetzen, wird daher vorgeschlagen, dass der Anker aus einem Grundmaterial gefertigt ist, das eine Härte von mindestens 500 HV besitzt. Beispielsweise kann das Ankergrundmaterial 100Cr6 sein. Mit der Härte des Grundmaterials verringert sich bei einer Schlagbeanspruchung das Risiko eines Materialabtrags, insbesondere in Form einer Materialabplatzung.

Bevorzugt wird der erste Endanschlag durch einen ringförmigen Absatz des Ventilkörpers oder einer hieran abgestützten Anschlagscheibe ausgebildet. Die Anschlagscheibe besitzt den Vorteil, dass diese als separates Bauteil aus einem besonders harten und damit verschleißfesten Material gefertigt sein kann. Zudem kann über die Anschlagscheibe der Hub des Ankers eingestellt werden.

Ferner bevorzugt ist der Anker in Richtung des ersten Endanschlags von der Federkraft einer Feder beaufschlagt. Die Feder dient der Rückstellung des Ankers, wenn die Bestromung der Magnetspule beendet wird.

Der zweite Endanschlag wird vorzugsweise durch einen Polkern ausgebildet, der dem Anker an einem Arbeitsluftspalt gegenüberliegt. Der Anker ist in diesem Fall bevorzugt als Tauchanker ausgebildet, so dass unter Ausnutzung des verfügbaren Bauraums große Ankerhübe realisierbar sind.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass der Anker einen bolzenförmigen Ansatz oder einen Kontaktstift zur Kontaktierung eines Ventilstößels des Saugventils umfasst. Sofern ein separater Kontaktstift vorgesehen ist, ist dieser vorzugsweise fest mit dem Anker verbunden. Über den bolzenförmigen Ansatz bzw. den mit dem Anker verbundenen Kontaktstift wird am Anker eine ringförmige Anschlagfläche ausgebildet, die mit dem ersten Endanschlag zusammenwirkt.

Vorteilhafterweise besitzt der Anker mindestens eine Durchströmöffnung, die den Anker axial durchsetzt. Die Durchströmöffnung ermöglicht einen Druckausgleich bei einer Hubbewegung des Ankers, da der Ankerbewegungsraum in der Regel mit Kraftstoff gefüllt ist. Vorzugsweise sind mehrere in gleichem Winkelabstand zueinander angeordnete Durchströmöffnungen vorgesehen, die weiterhin vorzugsweise als Axialbohrungen oder Axialnuten ausgeführt sind.

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

1 einen schematischen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes elektromagnetisch betätigbares Saugventil, das in ein Gehäuseteil einer Kraftstoff-Hochdruckpumpe integriert ist,

2 einen vergrößerten Ausschnitt der 1,

3 bis 6 jeweils einen schematischen Längsschnitt durch einen Anker eines erfindungsgemäßen elektromagnetisch betätigbaren Saugventils, der in einem Ventilkörper aufgenommen ist, wobei sich die dargestellten Ausführungsformen hinsichtlich der Anordnung einer Verschleißschutzschicht unterscheiden.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Das in der 1 und vergrößert in der 2 dargestellte elektromagnetisch betätigbare Saugventil 1 ist in ein Gehäuseteil 21 einer Kraftstoff-Hochdruckpumpe 2 in der Weise integriert, dass ein Ventilstößel 19 des Saugventils 1 über eine im Gehäuseteil 21 ausgebildete Bohrung 22 hubbeweglich geführt ist. Das Saugventil 1 dient der Befüllung eines im Gehäuseteil 21 ausgebildeten Hochdruckelementraums 23 mit Kraftstoff. Der über das Saugventil 1 in den Hochdruckelementraum 23 gelangende Kraftstoff wird im Hochdruckelementraum 23 über die Hubbewegung eines Pumpenkolbens (nicht dargestellt) komprimiert und anschließend über ein Auslassventil 24 einem Hochdruckspeicher (nicht dargestellt) zugeführt.

Der Ventilstößel 19 des Saugventils 1 öffnet in den Hochdruckelementraum 23 der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 2. Bei geöffnetem Saugventil 1 vermag Kraftstoff aus einem Niederdruckraum 25 über eine Zulaufbohrung 26 in den Hochdruckelementraum 23 zu strömen. In Schließrichtung ist der Ventilstößel 19 von der Federkraft einer Ventilfeder 27 beaufschlagt. Um das Saugventil 1 entgegen der Federkraft der Ventilfeder 27 geöffnet zu halten bzw. zu öffnen, ist eine weitere Feder 14 vorgesehen, deren Federkraft größer als die der Ventilfeder 27 ist. Die weitere Feder 14 ist einerseits an einem Anker 6, andererseits an einem Polkern 15 abgestützt. Bleibt eine zur Einwirkung auf den Anker 6 vorgesehene Magnetspule 3 unbestromt, drückt die Feder 14 den Anker 6 nach unten, so dass ein in den Anker 6 eingesetzter Kontaktstift 18 zur Anlage am Ventilstößel 19 gelangt und das Saugventil 1 öffnet bzw. geöffnet hält. Wird die Magnetspule 3 bestromt, bildet sich ein Magnetfeld aus, dessen Magnetkraft den Anker 6 in Richtung des Polkerns 15 bewegt, um einen zwischen dem Polkern 15 und dem Anker 6 ausgebildeten Arbeitsluftspalt 16 zu schließen. Der Ventilstößel 19 wird auf diese Weise entlastet, so dass die Ventilfeder 27 das Saugventil 1 zu schließen vermag.

Der Anker 6 ist in einer Ausnehmung 7 eines Ventilkörpers 8 aufgenommen, so dass der Anker 6 über den Ventilkörper 8 hubbeweglich geführt ist. Eine innerhalb der Ausnehmung 7 und an einem Absatz 12 des Ventilkörpers 8 abgestützte Anschlagscheibe 13 bildet einen unteren Endanschlag 4 für den Anker 6 aus. Als oberer Endanschlag 5 dient der Polkern 15. Im Betrieb des Saugventils bewegt sich der Anker 6 zwischen den beiden Endanschlägen 4 und 5 hin und her. Um dabei einen Druckausgleich zu ermöglichen, ist der Anker 6 von mehreren Durchströmöffnungen 20 durchsetzt.

Im Bereich der Führung wird der sich hin und her bewegende Anker 6 auf Reibung beansprucht. Um den Verschleiß zu mindern, ist der Anker 6 mantelseitig mit einer Verschleißschutzschicht 9 versehen. Diese kann zum Beispiel durch eine Kohlenstoffschicht, eine Nitrierschicht oder eine Nitrocarburierschicht gebildet werden.

In der 3 ist eine alternative Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektromagnetisch betätigbaren Saugventils 1 dargestellt, wobei sich die Darstellung auf den in einer Ausnehmung 7 eines Ventilkörpers 8 aufgenommenen Anker 6 beschränkt. Im Unterschied zum Saugventil 1 der 1 und 2 weist der Anker 6 der 3 anstelle eines Kontaktstifts 18 einen bolzenförmigen Ansatz 17 zur Kontaktierung eines Ventilstößels 19 auf. Denn der Anker 6 ist bereits aus einem vergleichsweise harten Grundmaterial gefertigt, so dass ein verschleißfester separater Kontaktstift entbehrlich ist. Das harte Grundmaterial des Ankers 6 besitzt den Vorteil, dass eine mantelseitig ausgebildete Verschleißschutzschicht 9 weniger schlagempfindlich ist, wenn der Anker 6 an einem Endanschlag 4, 5 anschlägt.

In der 4 ist eine Weiterbildung der Ausführungsform der 3 dargestellt. Hier ist die Verschleißschutzschicht 9 um eine Stirnfläche 10 des Ankers 6 geführt, die als Anschlagfläche dient und mit dem unteren Endanschlag 4 zusammenwirkt. Auf diese Weise wird zudem der Verschleiß des Ankers 6 im Bereich der Anschlagfläche gemindert. Wird die Verschleißschutzschicht 9 aus einer Nitrier- oder Nitrocarburierschicht gebildet, führt diese zu einer Oberflächenrauigkeit, welche das Loslaufverhalten des Ankers 6 verbessert. Denn aufgrund der Rauigkeit zwischen dem Anker 6 und der Anschlagscheibe 13 gelangender Kraftstoff mindert hydraulische und/oder magnetische Klebeeffekte. Im Bereich der Führung kann auf diese Weise die Schmierung verbessert werden, was sich ebenfalls verschleißmindernd auswirkt.

Darüber hinaus kann, wie in der 5 dargestellt, auch eine dem Polkern 15 zugewandte Stirnfläche 11 des Ankers 6 mit einer Verschleißschutzschicht 9 versehen sein. Da diese als Anschlagfläche dient, die mit dem am Polkern 15 ausgebildeten Endanschlag 5 zusammenwirkt, kann auf diese Weise der Verschleiß des Ankers 6 weiter verringert werden.

In der 6 ist eine weitere Variante dargestellt. Hier weist der Ventilkörper 8 eine Verschleißschutzschicht 9 auf. Diese ist im Bereich der Führung des Ankers 6 ausgebildet, so dass die Vorteile einer Verschleißminderung und/oder einer verbesserten Schmierung ebenfalls zum Tragen kommen.

Anstelle einer Nitrier- oder Nitrocarburierschicht kann auch eine Kohlenstoffschicht als Verschleißschutzschicht 9 vorgesehen sein. Dies gilt in Bezug auf alle dargestellten Ausführungsformen. Die Kohlenstoffschicht führt nicht nur zu einer Härtung, sondern ferner zu einer Glättung der jeweiligen Bauteiloberfläche, so dass sie Ablagerungen an der Oberfläche entgegenwirkt.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

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Zitierte Patentliteratur

  • DE 102014200339 A1 [0002]