Title:
Elektromagnetisch betätigbares Saugventil und Kraftstoff-Hochdruckpumpe
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 und mit einem Ventilstößel (6) koppelbaren Anker (7), der zumindest abschnittsweise in einer Ausnehmung (8) eines Ventilkörpers (9) aufgenommen ist. Erfindungsgemäß weist der Anker (7) mehrere exzentrisch angeordnete Durchgangsbohrungen (10) auf, die über mindestens eine umlaufende Nut (11), die im Anker (7) und/oder in einem den ersten Endanschlag (4) ausbildenden Anschlagelement (12) ausgebildet ist, hydraulisch verbunden oder verbindbar sind.
Ferner betrifft die Erfindung eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe (2) mit einem solchen Saugventil (1).




Inventors:
Kolb, Stefan (71116, Gärtringen, DE)
Landenberger, Tobias (73614, Schorndorf, DE)
Holm, Steffen (70469, Stuttgart, DE)
Leveau, Alexandra (70197, Stuttgart, DE)
Cichon, Gabriel (71638, Ludwigsburg, DE)
Application Number:
DE102016214884A
Publication Date:
02/15/2018
Filing Date:
08/10/2016
Assignee:
Robert Bosch GmbH, 70469 (DE)
International Classes:
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 und mit einem Ventilstößel (6) koppelbaren Anker (7), der zumindest abschnittsweise in einer Ausnehmung (8) eines Ventilkörpers (9) aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (7) mehrere exzentrisch angeordnete Durchgangsbohrungen (10) aufweist, die über mindestens eine umlaufende Nut (11), die im Anker (7) und/oder in einem den ersten Endanschlag (4) ausbildenden Anschlagelement (12) ausgebildet ist, hydraulisch verbunden oder verbindbar sind.

2. Saugventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlagelement (12) zumindest abschnittsweise plattenförmig ausgebildet und an einem in die Ausnehmung (8) hineinragenden Ringbund (13) des Ventilkörpers (9) axial abgestützt ist.

3. Saugventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlagelement (12) einen den Ringbund (13) des Ventilkörpers (9) umgreifenden Kragenabschnitt (14) aufweist, über den vorzugsweise das Anschlagelement (12) in den Ventilkörper (9) eingepresst ist.

4. Saugventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlagelement (12) eine zentrale Ausnehmung (15) aufweist, die unabhängig vom Hub des Ankers (7) mit den Durchgangsbohrungen (10) hydraulisch verbunden ist.

5. Saugventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Anker (7) mindestens eine umlaufende Nut (11) ausgebildet ist, die durch das Anschlagelement (12) bei anliegendem Anker (7) vollständig abgedeckt ist.

6. Saugventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine umlaufende Nut (11) innerhalb einer dem Anker (7) zugewandten Stirnfläche (16) des Anschlagelements (12) ausgebildet ist, so dass sie radial innen und radial außen von der Stirnfläche (16) begrenzt wird.

7. Saugventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Endanschlag (5) von einem Polkern (17) gebildet wird, der gemeinsam mit dem Anker (7) einen Arbeitsluftspalt (18) begrenzt.

8. Saugventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Polkern (17) über eine Hülse (19) mit dem Ventilkörper (9) fest verbunden ist, wobei vorzugsweise die Hülse (19) mit dem Polkern (17) und/oder dem Ventilkörper (9) verschweißt ist.

9. Kraftstoff-Hochdruckpumpe (2) für ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einem Saugventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei vorzugsweise das Saugventil (1) in ein Gehäuseteil (20) der Kraftstoff-Hochdruckpumpe (2) integriert ist.

Description:

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

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 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.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektromagnetisch betätigbares Saugventil für eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe anzugeben, dessen Robustheit weiter gesteigert ist. Ferner soll die Dynamik der Ankerbewegung optimiert werden, um die Ventilschaltzeit zu verringern und/oder Ventilschaltzeitschwankungen zu minimieren.

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. Ferner wird eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe mit einem solchen Saugventil angegeben.

Offenbarung der Erfindung

Das für eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe vorgeschlagene elektromagnetisch betätigbare Saugventil umfasst eine ringförmige Magnetspule zur Einwirkung auf einen zwischen zwei Endanschlägen hubbeweglichen und mit einem Ventilstößel koppelbaren Anker, der zumindest abschnittsweise in einer Ausnehmung eines Ventilkörpers aufgenommen ist. Erfindungsgemäß weist der Anker mehrere exzentrisch angeordnete Durchgangsbohrungen auf, die über mindestens eine umlaufende Nut, die im Anker und/oder in einem den ersten Endanschlag ausbildenden Anschlagelement ausgebildet ist, hydraulisch verbunden oder verbindbar sind.

Die mehreren im Anker ausgebildeten Durchgangsbohrungen ermöglichen einen hydraulischen Druckausgleich bei einer Hubbewegung des Ankers in Kraftstoff. Je nach Bewegungsrichtung des Ankers vermag der Kraftstoff über die Durchgangsbohrungen aus einem oberhalb des Ankers gelegenen Druckraum in einen unterhalb des Ankers gelegenen Druckraum bzw. umgekehrt zu strömen. Die Durchgangsbohrungen fördern somit einen schnellen Druckausgleich. Darüber hinaus reduzieren sie die Masse des Ankers, so dass dessen Dynamik steigt. Dies wiederum führt zu einer Reduzierung der Ventilschaltzeit.

Vorzugsweise sind die mehreren Durchgangsbohrungen in gleichem Winkelabstand zueinander auf einer gedachten Kreislinie angeordnet, so dass der Anker bei einer Hubbewegung gleichmäßig von Kraftstoff durchströmt wird. Beispielsweise können drei, vier oder mehr Durchgangsbohrungen im Anker ausgebildet sein.

Zur weiteren Optimierung der Ankerdynamik gilt es ein hydraulisches Kleben des Ankers an den Endanschlägen zu verhindern. Hydraulische Klebeeffekte sind darauf zurückzuführen, dass sich zwischen dem Anker und dem jeweiligen Endanschlag ein Unterdruck ausbildet, der ein Lösen des Ankers vom Endanschlag erschwert. Zugleich steigt aufgrund des Unterdrucks die Kavitationsgefahr, so dass angrenzende Bereiche einem erhöhten Verschleiß durch Kavitationserosion ausgesetzt sind.

Um hydraulischen Klebeeffekten im Bereich des ersten Endanschlags entgegen zu wirken, weist das erfindungsgemäße Saugventil eine im Anker oder im Anschlagelement ausgebildete umlaufende Nut, insbesondere Ringnut, zur hydraulischen Verbindung der den Anker durchsetzenden Durchgangsbohrungen auf.

Über eine im Anker ausgebildete umlaufende Nut ist eine konstante hydraulische Verbindung der Durchgangsbohrungen hergestellt. Über eine im Anschlagelement ausgebildete umlaufende Nut ist eine hydraulische Verbindung der Durchgangsbohrungen zumindest bei anliegendem Anker hergestellt. Die mindestens eine im Anker und/oder im Anschlagelement ausgebildete umlaufende Nut weist hierzu einen gemeinsamen Überdeckungsbereich mit den im Anker ausgebildeten Durchgangsbohrungen auf.

Die mindestens eine im Anker und/oder im Anschlagelement ausgebildete umlaufende Nut reduziert den Kontaktbereich des Ankers mit dem Anschlagelement. Ferner bildet sie einen mit Kraftstoff gefüllten Hohlraum zwischen dem Anker und dem Anschlagelement aus, der ein Unterströmen des Ankers mit Kraftstoff begünstigt, wenn sich der Anker vom Anschlagelement zu lösen versucht. Der über die Nut zwischen den Anker und das Anschlagelement gelangende Kraftstoff wirkt der Entstehung lokaler Unterdruckgebiete entgegen und verhindert somit ein hydraulisches Kleben des Ankers am Anschlagelement. Die Ankerbewegung ist somit hoch dynamisch. Dies wiederum führt zu kurzen und wenig schwankenden Ventilschaltzeiten. Des Weiteren sinkt die Kavitationsgefahr.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Anschlagelement zumindest abschnittsweise plattenförmig ausgebildet und an einem in die Ausnehmung hineinragenden Ringbund des Ventilkörpers axial abgestützt. Beispielsweise kann das Anschlagelement als einfache Platte ausgebildet sein, die auf dem Ringbund des Ventilkörpers aufliegt. Der plattenförmige Abschnitt des Anschlagelements bzw. das plattenförmige Anschlagelement bildet den ersten Endanschlag aus und ermöglicht darüber hinaus eine Einstellung des Hubs des Ankers. Sofern das Anschlagelement aus einem nichtmagnetischen oder nichtmagnetisierbaren Material gefertigt ist, kann es zudem zur magnetischen Trennung des Ankers vom Ventilkörper eingesetzt werden. Darüber hinaus kann ein Material zur Ausbildung des Anschlagelements gewählt werden, dass besonders verschleißfest ist und somit zur Robustheitssteigerung des Saugventils beiträgt.

Ferner wird vorgeschlagen, dass das Anschlagelement einen den Ringbund des Ventilkörpers umgreifenden Kragenabschnitt aufweist. Über den Kragenabschnitt ist die radiale Lage des Anschlagelements vorgebbar. Vorzugsweise ist das Anschlagelement über den Kragenabschnitt in den Ventilkörper eingepresst. In diesem Fall ist das Anschlagelement sowohl in radialer als auch in axialer Richtung lagefixiert. Die axiale Lagefixierung verhindert, dass das Anschlagelement am Anker kleben bleibt, wenn sich dieser vom ersten Endanschlag weg in Richtung des weiteren Endanschlags bewegt. Der Presssitz des Anschlagelements fördert somit eine hohe Ankerdynamik.

Des Weiteren bevorzugt weist das Anschlagelement eine zentrale Ausnehmung auf, die unabhängig vom Hub des Ankers mit den im Anker ausgebildeten Durchgangsbohrungen hydraulisch verbunden ist. Das heißt, dass die zentrale Ausnehmung des Anschlagelements ebenfalls einen Überdeckungsbereich mit den Durchgangsbohrungen aufweist. Über die zentrale Ausnehmung des Anschlagelements ist demnach der im Ventilkörper ausgebildete Ankerbewegungsraum mit einem weiteren Druckraum verbunden, in den Kraftstoff verdrängt werden kann bzw. aus dem Kraftstoff nachströmen kann, um den erforderlichen Druckausgleich bei einer Hubbewegung des Ankers herzustellen.

Vorteilhafterweise ist im Anker mindestens eine umlaufende Nut ausgebildet, die durch das Anschlagelement bei anliegendem Anker vollständig abgedeckt ist. Der Kontaktbereich des Ankers mit dem Anschlagelement wird demnach maximal, und zwar um die Nutbreite, verringert. Entsprechend verringert sich die Gefahr eines hydraulischen Klebens des Ankers am Anschlagelement. Darüber hinaus reduziert die mindestens eine im Anker ausgebildete Nut die Masse des Ankers, was sich ebenfalls günstig auf die Dynamik des Ankers auswirkt.

Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass mindestens eine umlaufende Nut innerhalb einer dem Anker zugewandten Stirnfläche des Anschlagelements ausgebildet ist, so dass die Nut radial innen und radial außen von der Stirnfläche begrenzt wird. Auch in dieser Anordnung reduziert die Nut den Kontaktbereich zwischen dem Anker und dem Anschlagelement, so dass hydraulischen Klebeeffekten entgegengewirkt wird.

Vorteilhafterweise wird der zweite Endanschlag von einem Polkern gebildet, der gemeinsam mit dem Anker einen Arbeitsluftspalt begrenzt. Über die Lage des Polkerns zum Ventilkörper und damit zum Anschlagelement kann der Hub des Ankers eingestellt werden.

Der Polkern ist vorzugsweise über eine Hülse mit dem Ventilkörper fest verbunden, so dass der einmal eingestellte Hub des Ankers keine Veränderung durch eine Relativbewegung des Polkerns gegenüber dem Ventilkörper erfährt. Vorzugsweise ist die Hülse mit dem Polkern und/oder dem Ventilkörper verschweißt. Auf diese Weise kann eine besonders robuste und zudem fluiddichte Verbindung erreicht werden.

Ferner wird eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einem erfindungsgemäßen Saugventil vorgeschlagen. Das Saugventil ist dabei vorzugsweise in ein Gehäuseteil der Kraftstoff-Hochdruckpumpe integriert. Das heißt, dass der Ventilstößel des Saugventils über eine Bohrung des Gehäuseteils der Kraftstoff-Hochdruckpumpe geführt ist und/oder mit einem im Gehäuseteil der Kraftstoff-Hochdruckpumpe ausgebildeten Ventilsitz zusammenwirkt. Durch die Integration des Saugventils in die Kraftstoff-Hochdruckpumpe kann eine besonders kompakt bauende Anordnung geschaffen werden.

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

1 einen schematischen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Saugventil, das in eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe integriert ist,

2a) einen vergrößerten Ausschnitt der 1 im Bereich des ersten Endanschlags, und b) eine Draufsicht auf die mit dem ersten Endanschlag zusammenwirkende Anschlagfläche des Ankers, und

3a) einen schematischen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Saugventil gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, und b) eine Draufsicht auf das Anschlagelement.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Das in der 1 dargestellte elektromagnetisch betätigbare Saugventil 1 dient der Versorgung einer Kraftstoff-Hochdruckpumpe 2 mit Kraftstoff. Das Saugventil 1 ist hierzu in ein Gehäuseteil 20 der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 2 integriert, und zwar in der Weise, dass ein Ventilstößel 6 des Saugventils 1 über eine im Gehäuseteil 20 ausgebildete Bohrung 21 hubbeweglich geführt ist. Die Bohrung 21 mündet über einen Ventilsitz 25 in einen Hochdruckelementraum 22 der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 2, so dass bei geöffnetem Saugventil 1 Kraftstoff aus einem Niederdruckraum 26 über Zulaufbohrungen 27 und den Ventilsitz 25 in den Hochdruckelementraum 22 strömt. Bei geschlossenem Saugventil 1 wird der im Hochdruckelementraum 22 vorhandene Kraftstoff über die Hubbewegung eines Pumpenkolbens 29 komprimiert und anschließend über ein Auslassventil 23 einem Hochdruckspeicher (nicht dargestellt) zugeführt.

Der Ventilstößel 6 ist in Schließrichtung von der Federkraft einer Ventilfeder 24 beaufschlagt, so dass die Federkraft der Ventilfeder 24 den Ventilstößel 6 in den Ventilsitz 25 zieht. Um das Saugventil 1 entgegen der Federkraft der Ventilfeder 24 zu öffnen bzw. geöffnet zu halten, ist eine weitere Feder 28 vorgesehen, deren Federkraft größer als die der Ventilfeder 24 ist. Die weitere Feder 28 ist einerseits an einem Anker 7, andererseits an einem Polkern 17 abgestützt, der gemeinsam mit dem Anker 7 einen Arbeitsluftspalt 18 begrenzt. Bleibt eine zur Einwirkung auf den Anker 7 vorgesehene Magnetspule 3 unbestromt, hält die Federkraft der Feder 28 das Saugventil 1 geöffnet. Zum Schließen des Saugventils 1 wird die Magnetspule 3 bestromt. Es bildet sich ein Magnetfeld aus, dessen Magnetkraft den Anker 7 in Richtung des Polkerns 17 zieht, um den zwischen dem Polkern 17 und dem Anker 7 ausgebildeten Arbeitsluftspalt 18 zu schließen. Durch die Bewegung des Ankers 7 wird der Ventilstößel 6 entlastet, so dass die Ventilfeder 24 den Ventilstößel 6 in den Ventilsitz 25 zu ziehen vermag und das Saugventil 1 schließt.

Im Betrieb des Saugventils 1 bewegt sich der Anker 7 zwischen zwei Endanschlägen 4, 5 hin und her. Der obere Endanschlag 5 wird vorliegend durch den Polkern 17 gebildet. Als unterer Endanschlag 4 dient ein Anschlagelement 12, das in eine Ausnehmung 8 eines Ventilkörpers 9 eingesetzt und an einem Ringbund 13 des Ventilkörpers 9 abgestützt ist. Der axiale Abstand zwischen dem Polkern 17 und dem Anschlagelement 12 bestimmt somit den maximalen Hub des Ankers 7. Um die Lage des Polkerns 17 gegenüber dem Ventilkörper 9 dauerhaft festzulegen, ist der Polkern 17 mittels einer Hülse 19 mit dem Ventilkörper 9 fest verbunden.

Das Anschlagelement 12 weist eine zentrale Ausnehmung 15 auf, durch die ein bolzenförmiger Abschnitt des Ankers 7 zur Kontaktierung des Ventilstößels 6 geführt ist. An einen die Ausnehmung 15 begrenzenden plattenförmigen Abschnitt schließt sich ein Kragenabschnitt 14 des Anschlagelements 12 an, der den Ringbund 13 des Ventilkörpers 9 umgreift. Vorzugsweise ist das Anschlagelement 12 über den Kragenabschnitt 14 in den Ventilkörper 9 eingepresst. Der Presssitz verhindert, dass das Anschlagelement 12 dem Anker 7 folgt, wenn sich dieser vom unteren Endanschlag 4 in Richtung des oberen Endanschlags 5 bewegt.

Um zugleich ein hydraulisches Kleben des Ankers 7 am Anschlagelement 12 zu verhindern, weist der Anker 7 vier Durchgangsbohrungen 10 auf, die über eine stirnseitig im Anker 7 ausgebildete umlaufende Nut 11 verbunden sind (siehe 2a) und 2b)). Die vier Durchgangsbohrungen 10 sind hierzu in gleichem Winkelabstand zueinander entlang einer Kreislinie angeordnet. Die Nut 11 ist als Ringnut ausgebildet, die einen gemeinsamen Überdeckungsbereich mit den Durchgangsbohrungen 10 aufweist. Bei einer Hubbewegung des Ankers 7 in Richtung des oberen Endanschlags 5 erleichtert die Nut 11 das Lösen des Ankers 7 vom Anschlagelement 12, da über die Nut 11 Kraftstoff unter den Anker 7 zu strömen vermag, so dass keine lokalen Unterdruckgebiete entstehen. In Verbindung mit den vier Durchgangsbohrungen 10 wird über die Nut 11 zudem ein schneller Druckausgleich erreicht, der eine hohe Ankerdynamik ermöglicht.

Eine Abwandlung des Saugventils 1 der 1 ist in den 3a) und 3b) dargestellt. Hier ist die Nut 11 nicht im Anker 7, sondern in einer dem Anker 7 zugewandten Stirnfläche 16 des Anschlagelements 12 ausgebildet. Bei anliegendem Anker 7 verbindet die Nut 11 die im Anker 7 ausgebildeten Durchgangsbohrungen 10, da sie einen gemeinsamen Überdeckungsbereich aufweisen. Bei einer Aufwärtsbewegung des Ankers 7 vermag somit Kraftstoff über die Nut 11 unter den Anker 7 zu strömen, so dass dieser sich leichter vom Anschlagelement 12 löst. Die Wirkungsweise entspricht daher im Wesentlichen der zuvor beschriebenen, so dass hierauf verwiesen wird.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

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Zitierte Patentliteratur

  • DE 102014200339 A1 [0002]