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Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisch ansteuerbares Saugventil für eine Hochdruckpumpe eines Kraftstoffeinspritzsystems, insbesondere eines Common-Rail-Einspritzsystems, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Hochdruckpumpe mit einem solchen Saugventil.
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Stand der Technik
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Ein Saugventil der vorstehend genannten Art dient der Versorgung einer Hochdruckpumpe mit Kraftstoff. Es besitzt in der Regel einen hubbeweglichen Ventilstößel, der während des Saughubes eines Pumpenkolbens in einen Hochdruck-Elementraum hinein öffnet, so dass der Hochdruck-Elementraum mit Kraftstoff befüllt wird. Während des anschließenden Förderhubes des Pumpenkolbens wird der im Hochdruck-Elementraum vorhandene Kraftstoff auf Hochdruck gefördert und über einen Hochdruckabgang einem Hochdruckspeicher zugeführt.
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Die Ansteuerung des Saugventils erfolgt in der Regel in Abhängigkeit vom Hub des Pumpenkolbens, um eine definierte Kraftstoffmenge zuzumessen. Auf diese Weise wird - entsprechend dem jeweiligen Betriebszustand – nur die tatsächlich benötigte Menge auf Hochdruck gefördert.
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Aus der
DE 10 2010 027 745 A1 geht beispielhaft ein elektromagnetisch ansteuerbares Saug- bzw. Einlassventil für eine Hochdruckpumpe hervor, das in ein als Zylinderkopf ausgebildetes Gehäuseteil der Hochdruckpumpe integriert ist. In Abhängigkeit von der Ansteuerung des Einlassventils kann eine Voll- oder Teilbefüllung eines Pumpenarbeitsraums der Hochdruckpumpe erreicht werden. Zur Fixierung des Saugventils im Zylinderkopf ist eine Verschlussschraube vorgesehen, die in den Zylinderkopf eingeschraubt wird. Die Verschlussschraube wirkt dabei über einen Ventilteil auf einen Ventilkörper des Einlassventils ein, so dass dieser gegen eine am Zylinderkopf ausgebildete Anlagefläche gedrückt wird.
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Den Hochdruck-Elementraum bzw. den Pumpenarbeitsraum einer Hochdruckpumpe gilt es im Bereich der Saugventilaufnahme abzudichten. In der Regel wird die Abdichtung dadurch bewirkt, dass über die Schraubverbindung der Ventil- bzw. Verschlussschraube mit dem Zylinderkopf eine hohe Vorspannkraft in das Saugventil eingeleitet wird. Die hohe Vorspannkraft kann jedoch zu einer plastischen Verformung der Ventil- bzw. Verschlussschraube führen, welche wiederum Einfluss auf den Hub des Ventilstößels des Saugventils und damit auf die dem Hochdruck-Elementraum zugeführte Kraftstoffmenge hat.
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Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein elektromagnetisch ansteuerbares Saugventil mit einer Ventilschraube zur Fixierung in einem Gehäuseteil einer Hochdruckpumpe anzugeben, bei welchem die vorstehend genannten Nachteile deutlich gemindert sind oder gar nicht auftreten. Insbesondere soll die Reproduzierbarkeit des Ventilstößelhubes verbessert werden, indem der Einfluss einer etwaigen plastischen Verformung/Setzung der Ventilschraube auf den Ventilstößelhub reduziert wird.
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Zur Lösung der Aufgabe werden ein elektromagnetisch ansteuerbares Saugventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Hochdruckpumpe mit einem solchen Saugventil vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen.
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Offenbarung der Erfindung
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Das für eine Hochdruckpumpe eines Kraftstoffeinspritzsytems, insbesondere eines Common-Rail-Einspritzsystems, vorgeschlagene elektromagnetisch ansteuerbare Saugventil umfasst einen Ventilstößel, der in einer Axialbohrung eines Ventilkörpers hubbeweglich aufgenommenen und in Schließrichtung von der Federkraft einer Ventilfeder beaufschlagt ist. Ferner umfasst das Saugventil eine Ventilschraube, mittels welcher der Ventilkörper in einem Gehäuseteil der Hochdruckpumpe fixierbar ist. Erfindungsgemäß ist die Ventilschraube mehrteilig ausgeführt und besitzt zumindest ein Schraubteil zur Herstellung einer Schraubverbindung mit dem Gehäuseteil der Hochdruckpumpe sowie ein Führungsteil zur Aufnahme und Führung eines hubbeweglichen Ankers. Durch die mehrteilige Ausführung bzw. durch die Aufteilung in Schraubteil und Führungsteil kann der Einfluss einer etwaigen plastischen Verformung der Ventilschraube auf den Hub des Ventilstößels deutlich gemindert werden. Denn bei entsprechender Werkstoffwahl kann durch die mehreren Teile erreicht werden, dass lediglich das Schraubteil plastisch verformt wird, während das Führungsteil weiterhin den voreingestellten Hub des Ventilstößels gewährleistet. Vorzugsweise ist das Schraubteil „weicher“ als das Führungsteil ausgeführt. Weiterhin vorzugsweise ist das Führungsteil gehärtet und/oder besitzt enge Fertigungstoleranzen. Der Hub des Ventilstößels wird dann vorrangig durch die engen Fertigungstoleranzen des Führungsteils bestimmt.
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Um den Einfluss einer plastischen Verformung/Setzung der Ventilschraube eines Saugventils zu reduzieren, kann alternativ der Ankerhub vergrößert werden. Der vergrößerte Ankerhub erfordert jedoch den Einsatz einer größeren Magnetspule, was wiederum die Kosten in die Höhe treibt. Das erfindungsgemäße elektromagnetisch ansteuerbare Saugventil weist demgegenüber einen deutlich reduzierten Setzbetrageinflusses auf den gesteuerten Hub des Ventilstößels des Saugventils bei zugleich kleinem Ankerhub und entsprechend wenigen Spulenwicklungen auf, so dass Kosten eingespart werden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Schraubteil im Wesentlichen hülsenförmig ausgebildet. Das Schraubteil umgibt das Führungsteil zumindest abschnittsweise. Hierzu ist das hülsenförmige Schraubteil bevorzugt auf das Führungsteil aufgesetzt. Das Führungsteil wiederum kann als Zylinder mit einer zentralen Bohrung ausgebildet sein, wobei in der zentralen Bohrung der Anker aufgenommen ist. Weiterhin bevorzugt ragt ein mit dem Anker koppelbares Ende des Ventilstößels in die zentrale Bohrung des Führungsteils hinein. Die zentrale Bohrung kann als Stufenbohrung ausgeführt sein, um beispielsweise einen „unteren“ Hubanschlag für den Anker auszubilden.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass das Führungsteil einen sich nach radial außen erstreckenden Bundbereich zur Abstützung des Schraubteils in axialer Richtung besitzt. Das heißt, dass das Schraubteil über eine ringförmige Anlagefläche, vorzugsweise eine ringförmige Stirnfläche, an dem Bundbereich des Führungsteils abgestützt ist. Mit Einschrauben des Schraubteils in das Gehäuseteil der Hochdruckpumpe wird das Führungsteil somit ebenfalls in Richtung des Ventilkörpers des Saugventils bewegt bis dieses am Ventilkörper anliegt. Wird das Schraubteil der Ventilschraube weiter angezogen, übt das Führungsteil auf den Ventilkörper eine Axialkraft aus, die vorzugsweise den Ventilkörper gegen einen Absatz innerhalb einer Aufnahmebohrung des Gehäuseteils der Hochdruckpumpe drückt. Zur Einstellung des Hubes des Ventilstößels ist vorteilhafterweise zwischen dem Absatz der Aufnahmebohrung und dem Ventilkörper des Saugventils eine Dichtscheibe eingelegt.
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Weiterhin bevorzugt besitzt das Führungsteil an einer Stirnfläche eine Beißkante, über welche das Führungsteil am Ventilkörper abgestützt ist. Die Beißkante ist vorzugsweise ringförmig ausgebildet, so dass der Kontaktbereich des Führungsteils mit dem Ventilkörper auf die ringförmige Beißkante reduziert wird. Dies hat zur Folge, dass die Axialkraft, die das Führungsteil auf den Ventilkörper ausübt, erhöht wird.
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Vorteilhafterweise besitzt das Schraubteil wenigstens ein ringförmiges Dichtelement, das außenumfangseitig oder innenumfangseitig angeordnet ist. Ferner kann jeweils mindestens ein Dichtelement außenumfangseitig und innenumfangseitig angeordnet sein. Das wenigstens eine außenumfangseitig angeordnete Dichtelement dient der Abdichtung der Aufnahmebohrung, in welche das Saugventil eingesetzt ist. Das wenigstens eine innenumfangseitig angeordnete Dichtelement dichtet einen Ringspalt zwischen dem Schraubteil und dem Führungsteil der Ventilschraube ab. Als weiterbildende Maßnahme wird vorgeschlagen, dass wenigstens ein Dichtelement in einer Ringnut des Schraubteils aufgenommen ist. In Abhängigkeit von der Lage des Dichtelements ist die Ringnut ebenfalls außenumfangsseitig und/oder innenumfangseitig angeordnet.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wirkt der Anker mit einem Polkern, der in eine ringförmige Magnetspule eines Magnetaktors eingesetzt ist, einen Arbeitsluftspalt ausbildend zusammen. Der Polkern ist vorzugsweise über eine Hülse mit dem Führungsteil der Ventilschraube verbunden. Die Hülse ist weiterhin vorzugsweise aus einem amagnetischen Werkstoff gefertigt, um eine magnetische Trennung des Polkerns vom Führungsteil der Ventilschraube zu bewirken.
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Ergänzend wird vorgeschlagen, dass der Anker von der Federkraft einer Ankerfeder beaufschlagt ist, die vorzugsweise einerseits am Anker und andererseits am Polkern abgestützt ist.
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Die Federkraft der Ankerfeder ist vorzugsweise größer als die Federkraft der Ventilfeder. Ferner ist der Anker mit dem Ventilstößel koppelbar, so dass die Federkraft der Ankerfeder den Ventilstößel in Öffnungsrichtung beaufschlagt.
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Die Funktionsweise eines erfindungsgemäßen elektromagnetisch ansteuerbaren Saugventils ist vorzugsweise wie folgt:
Bei einer Bestromung der Magnetspule bewegt sich der Anker, der vorzugsweise als Tauchanker ausgeführt ist, in Richtung des Polkerns, um den zwischen dem Anker und dem Polkern ausgebildeten Arbeitsluftspalt zu schließen. Durch die Bewegung des Ankers verliert der Ventilstößel den kraftschlüssigen Kontakt mit dem Anker, das heißt, dass die Kopplung des Ankers mit dem Ventilstößel aufgehoben wird. Der Ventilstößel wird demzufolge nicht mehr von der am Anker abgestützten Ankerfeder in Öffnungsrichtung beaufschlagt. Die im Vergleich zur Ankerfeder schwächer ausgelegte Ventilfeder vermag demnach das Saugventil zu schließen. Wird die Bestromung der Magnetspule beendet, drückt die Ankerfeder den Anker gegen den Ventilstößel, so dass die Kopplung des Ankers mit dem Ventilstößel wieder hergestellt wird. Entgegen der Federkraft der am Ventilstößel abgestützten Ventilfeder stellt die Ankerfeder den Anker und den Ventilstößel in die jeweilige Ausgangslage zurück.
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Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe wird ferner eine Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere ein Common-Rail-Einspritzsystem, mit einem erfindungsgemäßen Saugventil vorgeschlagen. Die Hochdruckpumpe umfasst ferner ein Gehäuseteil, in welches das erfindungsgemäße Saugventil eingesetzt und mittels der mehrteiligen Ventilschraube, umfassend das Schraubteil und das Führungsteil, fixiert ist.
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Das Schraubteil ist bevorzugt am Führungsteil abgestützt und mit dem Gehäuseteil der Hochdruckpumpe verschraubt. Die Abstützung am Führungsteil erfolgt vorzugsweise über eine ringförmige Stirnfläche des vorzugsweise hülsenförmig ausgebildeten Schraubteils. Zur Herstellung der Schraubverbindung mit dem Gehäuseteil weist das Schraubteil bevorzugt ein Außengewinde auf.
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Ferner bevorzugt ist das Führungsteil am Ventilkörper abgestützt, um eine über die Verschraubung des Schraubteils bewirkte axiale Vorspannkraft auf den Ventilkörper zu übertragen. Die Vorspannkraft bewirkt zugleich eine Dichtkraft, welche die Abdichtung eines Hochdruck-Elementraums gegenüber einem Niederdruckbereich der Hochdruckpumpe sicherstellt.
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Vorteilhafterweise ist der Ventilkörper unmittelbar oder mittelbar über eine Dichtscheibe an einem radial verlaufenden Absatz abgestützt, der innerhalb einer Ausnehmung des Gehäuseteils zur Aufnahme des Saugventils ausgebildet ist. Über die axiale Vorspannkraft wird dann der Ventilkörper gegen den Absatz bzw. die am Absatz abgestützte Dichtscheibe gedrückt. Auf diese Weise wird eine wirksame Abdichtung zwischen dem Ventilkörper des Saugventils und dem Gehäuseteil der Hochdruckpumpe erreicht.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt einen schematischen Längsschnitt durch ein in ein Gehäuseteil einer Hochdruckpumpe eingesetztes, elektromagnetisch ansteuerbares Saugventil gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
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Das in der Figur dargestellte elektromagnetisch ansteuerbare Saugventil umfasst einen plattenförmigen Ventilkörper 3 mit einer Axialbohrung 2, in welcher ein Ventilstößel 1 axial beweglich aufgenommen ist. Der Ventilstößel 1 ist in Schließrichtung von der Federkraft einer Ventilfeder 4 beaufschlagt, die einerseits mittelbar über einen Federteller 27 am Ventilstößel 1 und andererseits unmittelbar am Ventilkörper 3 abgestützt ist. Der Ventilstößel 1 ist mit einem Anker 7 koppelbar, der als Tauchanker ausgebildet ist und von der Federkraft einer Ankerfeder 19 beaufschlagt ist, wobei die Federkraft der Ankerfeder 19 größer als die Federkraft der Ventilfeder 4 ist. Die Federkraft der Ankerfeder 19 ist zudem der Federkraft der Ventilfeder 4 entgegengesetzt, so dass die Ventilfeder 4 das Saugventil nicht zu schließen vermag, wenn die Ankerfeder 19 den Anker 7 gegen den Ventilstößel 1 drückt.
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Um die Federkraft der Ankerfeder 19 zu überwinden, weist das Saugventil einen Magnetaktor 16 mit einer ringförmigen Magnetspule 15 auf. In die ringförmige Magnetspule 15 ist ein Polkern 14 eingesetzt, der gemeinsam mit dem Anker 7 einen Arbeitsluftspalt 17 begrenzt. Wird die Magnetspule 15 bestromt, bewegt sich der Anker 7 entgegen der Federkraft der Ankerfeder 19 in Richtung des Polkerns 14, um den Arbeitsluftspalt 17 zu schließen. Durch die Bewegung des Ankers 7 wird die kraftschlüssige Kopplung des Ankers 7 mit dem Ventilstößel 1 aufgehoben. In der Folge vermag das Saugventil allein über die Federkraft der Ventilfeder 4 zu schließen. Zum Öffnen des Saugventils wird die Bestromung der Magnetspule 15 beendet, so dass der Anker 7 und der Ventilstößel 1 über die Federkraft der Ankerfeder 19 in ihre jeweiligen Ausgangslagen zurückgestellt werden. Über Radialbohrungen 25, die in die Axialbohrung 2 des Ventilkörpers 3 münden, wird dann ein Hochdruck-Elementraum 26 einer Hochdruckpumpe mit Kraftstoff befüllt.
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Der Hochdruck-Elementraum 26 der Hochdruckpumpe ist in einem Gehäuseteil 6 ausgebildet, das ferner eine Ausnehmung 22 zur Aufnahme des Saugventils besitzt. Die Ausnehmung 22 weist einen radial verlaufenden Absatz 21 auf, gegenüber welchem der plattenförmige Ventilkörper 3 des Saugventils zur Abdichtung des sich hieran anschließenden Hochdruck-Elementraums 26 axial vorgespannt ist. Die axiale Vorspannung wird über eine Ventilschraube 5 bewirkt, die vorliegend zweiteilig ausgeführt ist. Zwischen dem radial verlaufenden Absatz 21 und dem Ventilköper 3 ist ferner eine Dichtscheibe 20 zur Einstellung des Ventilstößelhubes eingelegt.
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Die zweiteilige Ventilschraube 5 umfasst ein Schraubteil 5.1 und ein Führungsteil 5.2, wobei das Schraubteil 5.1 hülsenförmig ausgebildet ist und das Führungsteil 5.2 zumindest abschnittsweise umgibt. Das Führungsteil 5.2 besitzt an seinem dem Ventilkörper 3 zugewandten Ende einen Bundbereich 8, der zur Abstützung am Ventilkörper 3 stirnseitig mit einer Beißkante 9 versehen ist. Die Beißkante 9 erhöht die den Ventilkörper 3 beaufschlagende axiale Vorspannkraft, so dass der Hochdruck-Elementraum 26 sicher abgedichtet ist.
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Um ferner eine Abdichtung der Ausnehmung 22 des Gehäuseteils 6 zu bewirken, bildet das Schraubteil 5.1 der Ventilschraube 5 eine außenumfangseitige Ringnut 12 sowie eine innenumfangseitige Ringnut 13 aus, in die jeweils ein ringförmiges Dichtelement 10, 11 eingesetzt ist. Das Dichtelement 10 dichtet einen Ringspalt zwischen dem Schraubteil 5.1 und dem Gehäuseteil 6 und das Dichtelement 11 dichtet einen Ringspalt zwischen dem Schraubteil 5.1 und dem Führungsteil 5.2 der Ventilschraube 5 ab.
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Das dem Ventilkörper 3 abgewandte Ende des Führungsteils 5.2 ist in einer Hülse 18 aufgenommen, über welche das Führungsteil 5.2 mit dem Polkern 14 des Magnetaktors 16 verbunden ist. Der Verbindungsbereich ist von einer Kunststoff-Umspritzung 23 umgeben, die dem Schutz des Magnetaktors 16 dient. Zudem bildet die Kunststoff-Umspritzung 23 einen Anschlussstutzen 24 aus, über den der erforderliche elektrische Anschluss der Magnetspule 15 herstellbar ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010027745 A1 [0004]
