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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 eine die Magnetspule umgebende Magnethülse auf. Die Magnethülse besteht aus metallischem Material und diese ist auf ihrer der Magnetspule abgewandter Außenseite teilweise mit einer Umspritzung aus Kunststoffmaterial überzogen. Durch die Umspritzung wird eine Abdichtung eines innerhalb der Magnethülse liegenden Innenraums gegenüber der Umgebung des Einlassventils erreicht, so dass ein Eindringen von Medium aus der Umgebung, insbesondere Flüssigkeit wie Wasser, erschwert wird. Wenn die Außenseite der Magnethülse glatt ausgebildet ist kann unter Umständen nicht verhindert werden, dass durch einen Spalt zwischen der Umspritzung und der Magnethülse Flüssigkeit eindringt und bis in den Innenraum gelangen kann und dort eventuell zu Schäden infolge von Korrosion führen kann.
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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 durch die Profilierung an der Außenseite der Magnethülse die Abdichtung des Innenraums weiter verbessert ist, da durch diese eine Labyrinthdichtung gebildet wird. Auch bei Eindringen von Medium in einen Spalt zwischen der Umspritzung und der Magnethülse wird ein weiteres Vordringen des Mediums bis in den Innenraum durch die Labyrinthdichtung erheblich erschwert.
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In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Einlassventils angegeben. Durch die Ausbildung gemäß Anspruch 2 oder Anspruch 3 ist auf einfache Weise die Profilierung gebildet. Durch die Ausbildung gemäß Anspruch 5 und Anspruch 6 ist die Abdichtung weiter verbessert.
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Zeichnung
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Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der beigefügten Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend 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 einen in 2 mit III bezeichneten Ausschnitt in weiter vergrößerter Darstellung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, 4 den Ausschnitt III gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, 5 den Ausschnitt III gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, 6 den Ausschnitt gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel und 7 den Ausschnitt gemäß einem fünften 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 von der ringförmigen Magnetspule 64 umgebenen 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 Gehäuse 70 angeordnet, das am Gehäuseteil 16 der Hochdruckpumpe befestigbar ist. Das Gehäuse 70 ist beispielsweise mittels eines dieses übergreifenden Schraubrings 71 am Gehäuseteil 16 befestigbar, der auf einem mit einem Außengewinde versehenen Kragen 72 des Gehäuseteils 16 aufgeschraubt ist. Die Magnetspule 64 ist auf ihrer Außenseite von einer Magnethülse 73 umgeben, die einen Teil des Gehäuses 70 bildet und die eine Längsachse 74 aufweist. Im Gehäuse 70 ist ein Innenraum 75 begrenzt, in dem der Magnetkern 66 und der Magnetanker 68 angeordnet sind.
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Der Magnetanker 68 ist zumindest im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet und über seinen Außenmantel in einer Bohrung 76 in einem im Gehäusekörper 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 und der Magnetkern 66 sind über ein hülsenförmiges Verbindungselement 79 miteinander verbunden.
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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 80 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 Gehäuse 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 Gehäuse 70 umfasst eine auf die der Magnetspule 64 abgewandte Außenseite der Magnethülse 73 aufgebrachte Umspritzung 90 aus einem Kunststoffmaterial. Die Magnethülse 73 ist aus einem metallischen Werkstoff hergestellt und die Umspritzung 90 wird in einem Spritzgießwerkzeug auf die Magnethülse 73 aufgebracht. Durch die Umspritzung 90 kann beispielsweise auch ein Anschlussbereich 91 für einen Steckanschluss ausgebildet sein, in dem wenigstens ein Kontakt 92 zur Verbindung der Magnetspule 64 mit der elektronischen Steuereinrichtung 62 angeordnet ist. Die Umspritzung 90 umgibt die Magnethülse 73 über einen Teil von deren Längserstreckung in Richtung ihrer Längsachse 74 auf deren außerhalb des Schraubrings 71 liegendem Bereich. Auf der dem Gehäuseteil 16 abgewandten Stirnseite der Magnethülse 73 überdeckt die Umspritzung die Magnethülse 73 vollständig. Der Anschlussbereich 91 der Umspritzung 90 steht etwa radial zur Längsachse 74 der Magnethülse 73 ab. Durch die Umspritzung 90 wird eine Abdichtung des Innenraums 75 gegenüber der Umgebung außerhalb des Gehäuses 70 erreicht, so dass insbesondere kein Wasser in den Innenraum 75 eindringen kann.
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Die Verbindung der Umspritzung 90 mit der Magnethülse 73 erfolgt in dem Bereich, in dem die Umspritzung 90 den Außenmantel der Magnethülse 73 umgibt. Um eine sichere Verbindung der Umspritzung 90 mit der Magnethülse 73 und eine möglichst sichere Abdichtung des Innenraums 75 des Gehäuses 70 gegenüber der Umgebung zu erreichen ist vorgesehen, dass die Magnethülse 73 an ihrer der Magnetspule 64 abgewandten Außenseite nicht glatt ausgebildet ist sondern eine in Richtung der Längsachse 74 der Magnethülse 73 gestufte Profilierung aufweist. Nachfolgend werden mehrere Ausführungsbeispiele für die Ausbildung dieser Profilierung erläutert.
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Bei einem in 3 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel ist die Profilierung der Magnethülse 73 dadurch gebildet, dass diese in ihrer Außenseite mehrere in Richtung ihrer Längsachse 74 zueinander versetzt angeordnete radiale Aussparungen 93 aufweist. Die Aussparungen 93 sind im Schnitt entlang der Längsachse 74 betrachtet etwa rechteckförmig ausgebildet und verlaufen ringförmig über den gesamten Umfang der Magnethülse 73. Bei der Herstellung der Umspritzung 90 werden die Aussparungen 93 vom Kunststoffmaterial der Umspritzung 90 ausgefüllt. Die Aussparungen 93 bilden mit dem diese ausfüllenden Kunststoffmaterial der Umspritzung 90 eine Labyrinthdichtung, durch die ein Eindringen von Medium, insbesondere Wasser, aus der Umgebung des Gehäuses 70 in den Innenraum 75 erschwert wird.
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Bei einem in 4 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel sind die Aussparungen 94 im Schnitt entlang der Längsachse 74 betrachtet etwa dreieckförmig ausgebildet. Bei einem in 5 dargestellten dritten Ausführungsbeispiel sind die Aussparungen 95 im Schnitt entlang der Längsachse 74 betrachtet etwa trapezförmig ausgebildet.
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Bei einem in 6 dargestellten vierten Ausführungsbeispiel sind die Aussparungen 96 im Schnitt entlang der Längsachse 74 betrachtet so ausgebildet, dass diese in radialer Richtung bezüglich der Längsachse 74 eine Hinterschneidung aufweisen. Dabei ist die in Richtung der Längsachse 74 betrachtete Breite der Aussparungen 96 an deren radial äußerem Rand geringer als an deren radial innerem Rand. Durch diese Ausbildung der Aussparungen 96 wird die Abdichtung des Innenraums 75 weiter verbessert.
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Bei einem in 7 dargestellten fünften Ausführungsbeispiel ist die Profilierung der Magnethülse 73 dadurch gebildet, dass diese an ihrer Außenseite mehrere in Richtung der Längsachse 74 zueinander versetzt angeordnete radial nach außen abstehende Vorsprünge 97 aufweist. Die Vorsprünge 97 verlaufen ringförmig über den gesamten Umfang der Magnethülse 73 und können im Schnitt entlang der Längsachse 74 betrachtet wie die Aussparungen gemäß den vorstehend erläuterten Ausführungsbeispielen rechteck- oder dreieckförmig oder trapezförmig ausgebildet sein oder in radialer Richtung eine Hinterschneidung aufweisen. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Magnethülse 73 auf ihrer Außenseite bereichsweise Aussparungen gemäß einem der vorstehenden Ausführungsbeispiele und bereichsweise Vorsprünge 97 gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel 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]
