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Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisch betätigbares Einlassventil für eine Hochdruckpumpe, insbesondere eines Kraftstoffeinspritzsystems, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Hochdruckpumpe mit einem solchen Einlassventil.
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Stand der Technik
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Ein elektromagnetisch betätigbares Einlassventil für eine Hochdruckpumpe eines Kraftstoffeinspritzsystems, ist durch die
DE 10 2014 220 975 A1 bekannt. Die Hochdruckpumpe weist wenigstens ein Pumpenelement auf mit einem in einer Hubbewegung angetriebenen Pumpenkolben, der einen Pumpenarbeitsraum begrenzt. Der Pumpenarbeitsraum ist über das Einlassventil mit einem Zulauf für den Kraftstoff verbindbar. Das Einlassventil ist in einer Ausnehmung eines als Zylinderkopf ausgebildeten Gehäuseteils der Hochdruckpumpe angeordnet. Das Einlassventil umfasst ein Ventilgehäuse und ein Ventilglied, das mit einem am Ventilgehäuse ausgebildeten Ventilsitz zur Steuerung zusammenwirkt und das zwischen einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung bewegbar ist. In seiner Schließstellung kommt das Ventilglied am Ventilsitz als Anschlag zur Anlage. Die Bewegung des Ventilglieds ist in einer ersten Stellrichtung zu dessen Öffnungsstellung durch einen Anschlag begrenzt, wobei der Anschlag durch das Ventilgehäuse gebildet ist, an dem ein mit dem Ventilglied verbundenes Stützelement zur Anlage kommt, an dem sich eine das Ventilglied in einer zweiten Stellrichtung zur Schließstellung beaufschlagende Ventilfeder abstützt. Ferner umfasst das Einlassventil einen elektromagnetischen Aktor, durch den das Ventilglied bewegbar ist. Der Magnetanker wirkt nur in der ersten Stellrichtung des Ventilglieds zu dessen Öffnungsstellung auf das Ventilglied. Der Magnetanker ist in einer das Ventilgehäuse in der Ausnehmung des Zylinderkopfs fixierenden Verschlussschraube geführt und die Bewegung des Magnetankers in der ersten Stellrichtung ist durch einen von einer Ringschulter in der Verschlussschraube gebildeten Anschlag begrenzt, an der der Magnetanker in der ersten Stellrichtung zur Anlage kommt. Wenn sich der Magnetanker in Anlage am Anschlag in der ersten Stellrichtung befindet, so kann das Ventilglied eine weitere Bewegung in der ersten Stellrichtung ausführen bis auch dieses in Anlage an dessen Anschlag kommt. Dabei ist es möglich, dass das Ventilglied aufgrund der auf dieses wirkenden Kräfte wieder in Anlage an den Magnetanker gelangt, wodurch sich eine hohe Belastung des Kontaktbereichs zwischen dem Magnetanker und dem Ventilglied ergibt. Außerdem befindet sich das Ventilglied bei an seinem Anschlag anliegendem Magnetanker nicht zwangsweise in einer definierten Stellung, da sich dieses in Anlage an dessen Anschlag, in Kontakt mit dem Magnetanker oder in einer Zwischenstellung befinden kann. Falls im dynamischen Betrieb die zwischen dem Ventilglied und dem Magnetanker auftretende Kontaktkraft mit dem Zeitpunkt der Bestromung des elektromagnetischen Aktors zusammenfällt entstehen unterschiedliche Schaltzeiten, die sich negativ auf das reproduzierbare Förderverhalten der Hochdruckpumpe auswirken.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Einlassventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass sich sowohl der Magnetanker als auch das Ventilglied in der ersten Stellrichtung in einer durch den einzigen Anschlag definierten Stellung befinden und keine Bewegung des Ventilglieds relativ zum Magnetanker erfolgen kann. Hierdurch wird die Belastung des Kontaktbereichs zwischen dem Magnetanker und dem Ventilglied gering gehalten und das reproduzierbare Förderverhalten der Hochdruckpumpe wird verbessert. Außerdem ist kein Aufwand für einen separaten Anschlag für den Magnetanker erforderlich.
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In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Einlassventils angegeben. Durch die Ausbildung gemäß Anspruch 3 und 4 ist sichergestellt, dass das Ventilglied durch die den Magnetanker beaufschlagende Rückstellfeder in Anlage am Anschlag gehalten wird. Durch die Ausbildung gemäß Anspruch 5 ist auf einfache Weise der Anschlag für das Ventilglied gebildet ohne dass hierzu zusätzliche Bauteile erforderlich sind. Die Ausbildung gemäß Anspruch 8 ermöglicht auf einfache Weise eine Einstellung des erforderlichen Restluftspalts.
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Zeichnung
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine Hochdruckpumpe und 2 in vergrößerter Darstellung einen in 1 mit II bezeichneten Ausschnitt mit dem Einlassventil der Hochdruckpumpe.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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In 1 ist ausschnittsweise eine Hochdruckpumpe dargestellt, die zur Kraftstoffförderung in einem Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine vorgesehen ist. Die Hochdruckpumpe weist wenigstens ein Pumpenelement 10 auf, das wiederum einen Pumpenkolben 12 aufweist, der durch einen Antrieb in einer Hubbewegung angetrieben wird, in einer Zylinderbohrung 14 eines Gehäuseteils 16 der Hochdruckpumpe geführt ist und in der Zylinderbohrung 14 einen Pumpenarbeitsraum 18 begrenzt. Als Antrieb für den Pumpenkolben 12 kann eine Antriebswelle 20 mit einem Nocken 22 oder Exzenter vorgesehen sein, an dem sich der Pumpenkolben 12 direkt oder über einen Stößel, beispielsweise einen Rollenstößel, abstützt. Der Pumpenarbeitsraum 18 ist über ein Einlassventil 24 mit einem Kraftstoffzulauf 26 verbindbar und über ein Auslassventil 28 mit einem Speicher 30. Beim Saughub des Pumpenkolbens 12 kann der Pumpenarbeitsraum 18 bei geöffnetem Einlassventil 24 mit Kraftstoff befüllt werden. Beim Förderhub des Pumpenkolbens 12 wird durch diesen Kraftstoff aus dem Pumpenarbeitsraum 18 verdrängt und in den Speicher 30 gefördert.
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Im Gehäuseteil 16 der Hochdruckpumpe schließt sich wie in 2 dargestellt an die Zylinderbohrung 14 auf deren dem Pumpenkolben 12 abgewandter Seite eine Durchgangsbohrung 32 mit kleinerem Durchmesser als die Zylinderbohrung 14 an, die auf der Außenseite der Gehäuseteils 16 mündet. Das Einlassventil 24 weist ein kolbenförmiges Ventilglied 34 auf, das einen in der Durchgangsbohrung 32 verschiebbar geführten Schaft 36 und einen im Durchmesser gegenüber dem Schaft 36 größeren Kopf 38 aufweist, der im Pumpenarbeitsraum 18 angeordnet ist. Am Übergang von der Zylinderbohrung 14 zur Durchgangsbohrung 32 ist am Gehäuseteil 16 ein Ventilsitz 40 gebildet, mit dem das Ventilglied 34 mit einer an seinem Kopf 38 ausgebildeten Dichtfläche 42 zusammenwirkt.
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In einem an den Ventilsitz 40 anschließenden Abschnitt weist die Durchgangsbohrung 32 einen größeren Durchmesser auf als in deren den Schaft 36 des Ventilglieds 34 führendem Abschnitt, so dass ein den Schaft 36 des Ventilglieds 34 umgebender Ringraum 44 gebildet ist. In den Ringraum 44 münden eine oder mehrere Zulaufbohrungen 46, die andererseits auf der Außenseite des Gehäuseteils 16 münden.
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Der Schaft 36 des Ventilglieds 34 ragt auf der dem Pumpenarbeitsraum 18 abgewandten Seite des Gehäuseteils 16 aus der Durchgangsbohrung 32 heraus und auf diesem ist ein Stützelement 48 befestigt. Am Stützelement 48 stützt sich eine Ventilfeder 50 ab, die sich andererseits an einem den Schaft 36 des Ventilglieds 34 umgebenden Bereich 52 des Gehäuseteils 16 abstützt. Durch die Ventilfeder 50 wird das Ventilglied 34 in einer Stellrichtung A in dessen Schließrichtung beaufschlagt, wobei das Ventilglied 34 in seiner Schließstellung mit seiner Dichtfläche 42 am Ventilsitz 40 anliegt. Die Ventilfeder 50 ist beispielsweise als Schraubendruckfeder ausgebildet. Das Stützelement 48 weist einen im Durchmesser vergrößerten Teller 54 auf, an dem sich die Ventilfeder 50 abstützt, und einen auf dem Schaft 36 des Ventilglieds 34 befestigten hülsenförmigen Teil 56 auf, der sich ausgehend vom Teller 54 zum Bereich 52 des Gehäuseteils 16 hin erstreckt. Die Bewegung des Ventilglieds 34 in einer Stellrichtung B in dessen Öffnungsrichtung, in der dieses mit seiner Dichtfläche 42 vom Ventilsitz 40 abgehoben ist, ist dadurch begrenzt, dass der hülsenförmige Teil 56 des Stützelements 48 am Bereich 52 des Gehäuseteils 16 als Anschlag zur Anlage kommt.
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Das Einlassventil 24 ist durch einen elektromagnetischen Aktor 60 betätigbar. Der Aktor 60 wird durch eine elektronische Steuereinrichtung 62 in Abhängigkeit von Betriebsparametern der zu versorgenden Brennkraftmaschine angesteuert. Der elektromagnetische Aktor 60 weist eine Magnetspule 64, einen Magnetkern 66 und einen Magnetanker 68 auf. Der elektromagnetische Aktor 60 ist auf der dem Pumpenarbeitsraum 18 abgewandten Seite des Einlassventils 24 angeordnet. Der Magnetkern 66, die Magnetspule 64 und der Magnetanker 68 sind in einem Aktorgehäuse 70 angeordnet, das am Gehäuseteil 16 der Hochdruckpumpe befestigbar ist. Das Aktorgehäuse 70 ist beispielsweise mittels eines dieses übergreifenden Schraubrings 72 am Gehäuseteil 16 befestigbar, der auf einem mit einem Außengewinde versehenen Kragen 74 des Gehäuseteils 16 aufgeschraubt ist.
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Der Magnetanker 68 ist zumindest im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet und über seinen Außenmantel in einer Bohrung 76 im Aktorgehäuse 70 verschiebbar geführt. Die Bohrung 76 im Aktorgehäuse 70 verläuft zumindest annähernd koaxial zur Durchgangsbohrung 32 im Gehäuseteil 16 und somit zum Ventilglied 34. Der Magnetanker 68 weist außerdem eine von der dem Einlassventil 24 abgewandten Seite des Magnetankers 68 ausgehende Sackbohrung 78 auf. In die Sackbohrung 78 ragt eine Rückstellfeder 80 hinein, die sich am Boden der Sackbohrung 78 abstützt. Die Rückstellfeder 80 ist an ihrem anderen Ende zumindest mittelbar am Aktorgehäuse 70 abgestützt. In der Bohrung 76 ist durch eine Durchmesserverringerung zwischen dem Magnetanker 68 und dem Einlassventil 24 eine Ringschulter 82 gebildet, durch die die Bewegung des Magnetankers 68 zum Einlassventil 24 hin begrenzt ist. Wenn das Aktorgehäuse 70 noch nicht am Gehäuseteil 16 der Hochdruckpumpe befestigt ist, so ist der Magnetanker 68 durch die Ringschulter 82 gegen Herausfallen aus der Bohrung 76 gesichert. Der Magnetanker 68 kann zwischen dessen zentralem Bereich mit der Sackbohrung 78 und dessen Außenmantel wenigstens eine oder mehrere über dessen Umfang verteilte Bohrungen 84 aufweisen.
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Wenn die Magnetspule 64 bestromt ist, so wird der Magnetanker 68 gegen die Kraft der Rückstellfeder 80 bewegt, wobei zwischen dem Magnetanker 68 und dem Aktorgehäuse 70 ein Restluftspalt 86 verbleibt. Zwischen dem Aktorgehäuse 70 und dem Gehäuseteil 16 der Hochdruckpumpe ist ein Abstandsring 88 angeordnet.
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Nachfolgend wird die Funktion des elektromagnetisch betätigten Einlassventils 24 erläutert. Während des Saughubs des Pumpenkolbens 12 ist das Einlassventil 24 geöffnet, indem sich dessen Ventilglied 34 in seiner Öffnungsstellung befindet, in der dieses mit seiner Dichtfläche 42 vom Ventilsitz 40 entfernt angeordnet ist. Die Bewegung des Ventilglieds 34 in seine Öffnungsstellung wird durch die zwischen dem Kraftstoffzulauf 26 und dem Pumpenarbeitsraum 18 herrschende Druckdifferenz gegen die Kraft der Ventilfeder 50 bewirkt. Die Magnetspule 64 des Aktors 60 kann dabei bestromt oder unbestromt sein. Wenn die Magnetspule 64 bestromt ist so wird der Magnetanker 68 durch das entstehende Magnetfeld gegen die Kraft der Rückstellfeder 80 zur Magnetspule 64 hin gezogen. Wenn die Magnetspule 64 nicht bestromt ist so wird der Magnetanker 68 durch die Kraft der Rückstellfeder 80 zum Einlassventil 24 hin gedrückt. Die Bewegung des Ventilglieds 34 in dessen Öffnungsrichtung B ist dadurch begrenzt, dass dieses mit dem Stützelement 48 in Anlage am Bereich 52 des Gehäuseteils 16 kommt. Der Magnetanker 68 liegt mit seiner dem Ventilglied 34 zugewandten Stirnseite an der Stirnseite des Schafts 36 des Ventilglieds 34 an. Durch das Ventilglied 34 ist auch die Bewegung des Magnetankers 68 in der Stellrichtung B begrenzt bevor dieser in Anlage an die Ringschulter 82 in der Bohrung 68 gelangt. Somit ist sichergestellt, dass auch in der Öffnungsstellung des Ventilglieds 34 der Magnetanker 68 ständig in Anlage am Ventilglied 34 ist. In 2 ist das Einlassventil 24 in seiner geöffneten Stellung dargestellt, in der das Ventilglied 34 über das Stützelement 48 in Anlage am Bereich 52 des Gehäuseteils 16 ist.
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Während des Förderhubs des Pumpenkolbens 12 wird durch den Aktor 60 bestimmt ob sich das Ventilglied 34 des Einlassventils 24 in seiner Öffnungsstellung oder Schließstellung befindet. Bei unbestromter Magnetspule 64 wird der Magnetanker 68 durch die Rückstellfeder 80 in der Stellrichtung gemäß Pfeil B in 2 gedrückt, wobei das Ventilglied 34 durch den Magnetanker 68 gegen die Ventilfeder 50 in der Stellrichtung B in seine Öffnungsstellung gedrückt wird. Die Kraft der auf den Magnetanker 68 wirkenden Rückstellfeder 80 ist größer als die Kraft der auf das Ventilglied 34 wirkenden Ventilfeder 50. In die Stellrichtung B wirkt der Magnetanker 68 auf das Ventilglied 34 und der Magnetanker 68 und das Ventilglied 34 werden gemeinsam in die Stellrichtung B bewegt. Solange die Magnetspule 64 nicht bestromt ist kann somit durch den Pumpenkolben 12 kein Kraftstoff in den Speicher 30 gefördert werden sondern vom Pumpenkolben 12 verdrängter Kraftstoff wird in den Kraftstoffzulauf 26 zurückgefördert. Wenn während des Förderhubs des Pumpenkolbens 12 Kraftstoff in den Speicher 30 gefördert werden soll so wird die Magnetspule 64 bestromt, so dass der Magnetanker 68 zur Magnetspule 64 hin in einer zur Stellrichtung B entgegengesetzten Stellrichtung gemäß Pfeil A in 2 gezogen wird. Durch den Magnetanker 68 wird somit keine Kraft mehr auf das Ventilglied 34 ausgeübt, wobei der Magnetanker 68 durch das Magnetfeld in die Stellrichtung A bewegt wird und das Ventilglied 34 unabhängig vom Magnetanker 68 bedingt durch die Ventilfeder 50 und die zwischen dem Pumpenarbeitsraum 18 und dem Kraftstoffzulauf 26 herrschende Druckdifferenz in der Stellrichtung A in seine Schließstellung bewegt wird.
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Die Ausgangslage des Magnetankers 68 bei nicht bestromter Magnetspule 64 ist durch die Öffnungsstellung des Ventilglieds 34 bestimmt, in der dieses über das Stützelement 48 in Anlage am Bereich 52 des Gehäuseteils 16 anliegt. Ausgehend von dieser Ausgangslage führt der Magnetanker 68 bei bestromter Magnetspule 64 einen Hub h in Stellrichtung A aus, wobei in der Endlage des Magnetankers 68 der erforderliche Restluftspalt 86 zwischen diesem und dem Aktorgehäuse 70 oder dem Magnetkern 66 vorhanden sein muss. Durch Einbau eines Abstandsrings 88 mit der geeigneten Höhe kann sichergestellt werden, dass bei bestromter Magnetspule 64 der erforderliche Restluftspalt 86 erhalten bleibt.
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Durch das Öffnen des Einlassventils 34 beim Förderhub des Pumpenkolbens 12 mittels des elektromagnetischen Aktors 60 kann die Fördermenge der Hochdruckpumpe in den Speicher 30 variabel eingestellt werden. Wenn eine geringe Kraftstofffördermenge erforderlich ist so wird das Einlassventil 34 durch den Aktor 60 während eines großen Teils des Förderhubs des Pumpenkolbens 12 offen gehalten und wenn eine große Kraftstofffördermenge erforderlich ist, so wird das Einlassventil 34 nur während eines kleinen Teils oder gar nicht während des Förderhubs des Pumpenkolbens 12 offen gehalten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014220975 A1 [0002]
