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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 2013 220 593 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 umfasst ein Ventilglied, das mit einem Ventilsitz zur Steuerung zusammenwirkt und das zwischen einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung bewegbar ist. In seiner Schließstellung kommt das Ventilglied am Ventilsitz zur Anlage. Ferner umfasst das Einlassventil einen elektromagnetischen Aktor, durch den das Ventilglied bewegbar ist. Der elektromagnetische Aktor weist einen zumindest mittelbar auf das Ventilglied wirkenden Magnetanker, eine den Magnetanker umgebende Magnetspule und einen Magnetkern auf. Der Magnetanker ist in einem Trägerelement verschiebbar geführt, wobei das Trägerelement und der Magnetkern miteinander verbunden sind. Bei Bestromung der Magnetspule ist der Magnetanker gegen die Kraft einer Rückstellfeder bewegbar und kommt zumindest mittelbar am Magnetkern zur Anlage. Zwischen dem Magnetanker und dem Magnetkern kann ein Abstandselement aus nichtmagnetischem Material angeordnet sein, um einen Restluftspalt sicherzustellen und ein magnetisches Kleben des Magnetankers am Magnetkern zu vermeiden. Beim Anschlagen des Magnetankers am Magnetkern kann es zu hohen Belastungen dieser beiden Bauteile sowie insbesondere der Verbindung zwischen diesen beiden Bauteilen kommen, was über eine längere Betriebsdauer zu einer Beschädigung der Verbindung zwischen diesen führen kann, wodurch die Funktionsfähigkeit des Einlassventils beeinträchtigt werden kann. Wenn die Verbindung der beiden Bauteile mittels einer Schweißverbindung erfolgt, so ist hierfür insbesondere eine ausreichend große Fläche für deren Schweißnaht erforderlich, was bei dem begrenzten zur Verfügung stehenden Bauraum unter Umständen schwierig ist.
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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 die Fläche der Schweißnaht und damit deren Belastbarkeit auf einfache Weise vergrößert ist. Hierdurch kann eine lange Betriebsdauer des Einlassventils und somit der Hochdruckpumpe ohne Beschädigung sichergestellt werden.
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In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Einlassventils angegeben. Die Ausbildung gemäß Anspruch 3 oder 4 ermöglicht auf einfache Weise eine vergrößerte Länge der Schweißnaht.
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Zeichnung
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Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine Hochdruckpumpe, 2 in vergrößerter Darstellung einen in 1 mit II bezeichneten Ausschnitt mit dem Einlassventil der Hochdruckpumpe, 3 eine Ansicht eines in 2 dargestellten Verbindungselements gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel und 4 das Verbindungselement gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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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.
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Das Einlassventil 24 ist durch einen elektromagnetischen Aktor 60 betätigbar, der insbesondere in 2 dargestellt ist. 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 und die Magnetspule 64 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 in einem im Aktorgehäuse 70 angeordneten Trägerelement 78 verschiebbar geführt. Die Bohrung 76 im Trägerelement 78 verläuft zumindest annähernd koaxial zur Durchgangsbohrung 32 im Gehäuseteil 16 und somit zum Ventilglied 34. Das Trägerelement 78 weist in seinem dem Gehäuseteil 16 abgewandten Endbereich 79 eine zylindrische Außenform auf. Der Magnetkern 66 ist im Aktorgehäuse 70 auf der dem Gehäuseteil 16 abgewandten Seite des Trägerelements 78 angeordnet und weist eine zylindrische Außenform auf.
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Der Magnetanker 68 weist eine zumindest annähernd koaxial zur Längsachse 69 des Magnetankers 68 angeordnete zentrale Bohrung 80 auf, in die eine auf der dem Ventilglied 34 abgewandten Seite des Magnetankers 68 angeordnete Rückstellfeder 82 hineinragt, die sich am Magnetanker 68 abstützt. Die Rückstellfeder 82 ist an ihrem anderen Ende zumindest mittelbar am Magnetkern 66 abgestützt, der eine zentrale Bohrung 84 aufweist, in die die Rückstellfeder 82 hineinragt. In der Bohrung 84 des Magnetankers 66 kann ein Abstützelement 85 für die Rückstellfeder 82 eingefügt, beispielsweise eingepresst sein. In die zentrale Bohrung 80 des Magnetankers 68 ist ein Zwischenelement 86 eingesetzt, das als Ankerbolzen ausgebildet sein kann. Der Ankerbolzen 86 ist vorzugsweise in die Bohrung 80 des Magnetankers 68 eingepresst. Die Rückstellfeder 80 kann sich in der Bohrung 78 auch am Ankerbolzen 86 abstützen. Der Magnetanker 68 kann eine oder mehrere Durchgangsöffnungen 67 aufweisen.
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In der Bohrung 76 ist durch eine Durchmesserverringerung zwischen dem Magnetanker 68 und dem Einlassventil 24 eine Ringschulter 88 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 88 gegen Herausfallen aus der Bohrung 76 gesichert. Zwischen der Ringschulter 88 und dem Magnetanker 68 kann eine Scheibe 89 angeordnet sein.
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Das Trägerelement 78 und der Magnetkern 66 sind mittels eines hülsenförmigen Verbindungselements 90 miteinander verbunden. Das Verbindungselement 90 ist dabei mit seinem einen axialen Endbereich 90a auf dem zylindrischen Abschnitt 79 des Trägerelements 78 angeordnet und auf diesem befestigt und mit seinem anderen axialen Endbereich 90b auf dem zylindrischen Magnetkern 66 angeordnet und auf diesem befestigt. In einem zwischen dessen axialen Endbereichen 90a, 90b angeordneten mittleren Bereich 90c ist das Verbindungselement 90 weder mit dem Trägerelement 78 noch mit dem Magnetkern 66 verbunden und überbrückt einen axialen Abstand zwischen Trägerelement 78 und Magnetkern 66.
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Die Befestigung des Verbindungselements 90 am Trägerelement 78 und/oder am Magnetkern 66 ist jeweils durch eine Schweißverbindung realisiert unter Ausbildung jeweils einer Schweißnaht 92. Die Schweißnaht 92 verläuft über den Umfang des Verbindungselements 90 in dem Bereich, der das Trägerelement 78 bzw. den Magnetkern 66 umgibt. Die Schweißnaht 92 weist in Richtung der Längsachse 91 des Verbindungselements 90 gesehen eine Breite d auf. Erfindungsgemäß verläuft die Schweißnaht 92 über den Umfang des Verbindungselements 90 nicht geradlinig in einer Radialebene 94 bezüglich der Längsachse 91 des Verbindungselements 90 sondern abweichend zur Radialebene 94. Die Schweißnaht 92 ist über den Umfang des Verbindungselements 90 vorzugsweise vollständig geschlossen und weist keine Unterbrechung auf.
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In 3 ist das Verbindungselement 90 mit der Schweißnaht 92a gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel dargestellt. Die Schweißnaht 92a weist dabei über den Umfang des Verbindungselements 90 zumindest bereichsweise einen wellenförmigen Verlauf auf. Der wellenförmige Verlauf kann gleichmäßig oder ungleichmäßig sein. Der wellenförmige Verlauf der Schweißnaht 92a kann beispielsweise pendelnd um eine Radialebene 94 erfolgen, so dass die Schweißnaht 92a beiderseits der Radialebene 94 verläuft. Durch den wellenförmigen Verlauf der Schweißnaht 92a weist diese über den Umfang des Verbindungselements 90 eine größere Länge auf als der Umfang des Verbindungselements 90 in einer Radialebene 94. Durch die vergrößerte Länge der Schweißnaht 92a weist diese bei unveränderter Breite d auch eine vergrößerte Fläche auf und infolgedessen ist die Belastbarkeit der Schweißnaht 92a ebenfalls erhöht.
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In 4 ist das Verbindungselement 90 mit der Schweißnaht 92b gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel dargestellt. Die Schweißnaht 92b weist dabei über den Umfang des Verbindungselements 90 zumindest bereichsweise einen mehrfach abgewinkelten Verlauf mit mehreren in sich geraden Abschnitten auf. Der abgewinkelte Verlauf kann gleichmäßig oder ungleichmäßig sein. Der abgewinkelte Verlauf der Schweißnaht 92b kann beispielsweise pendelnd um eine Radialebene 94 erfolgen, so dass die Schweißnaht 92b beiderseits der Radialebene 94 verläuft. Durch den abgewinkelten Verlauf der Schweißnaht 92b weist diese über den Umfang des Verbindungselements 90 eine größere Länge auf als der Umfang des Verbindungselements 90 in einer Radialebene 94. Durch die vergrößerte Länge der Schweißnaht 92b weist diese bei unveränderter Breite d auch eine vergrößerte Fläche auf und infolgedessen ist die Belastbarkeit der Schweißnaht 92b ebenfalls erhöht. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Schweißnaht 92 zumindest bereichsweise einen wellenförmigen Verlauf gemäß der Schweißnaht 92a und zumindest bereichsweise einen abgewinkelten Verlauf gemäß der Schweißnaht 92b aufweist.
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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 zum Magnetkern 66 hin gezogen. Wenn die Magnetspule 64 nicht bestromt ist so wird der Magnetanker 68 durch die Kraft der Rückstellfeder 82 zum Einlassventil 24 hin gedrückt. Der Magnetanker 68 liegt über den Ankerbolzen 86 an der Stirnseite des Schafts 36 des Ventilglieds 34 an.
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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 82 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 82 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 zum Magnetkern 66 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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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 102013220593 A1 [0002]
