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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einer Pumpe, insbesondere Kraftstoffhochdruckpumpe, nach der Gattung des Anspruchs 1.
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Eine solche Pumpe in Form einer Kraftstoffhochdruckpumpe ist durch die
DE 10 2004 013 244 A1 bekannt. Diese Pumpe weist wenigstens ein Pumpenelement auf, das einen in einer Hubbewegung angetriebenen Pumpenkolben aufweist, der einen Pumpenarbeitsraum begrenzt. Der Pumpenarbeitsraum ist über ein Einlassventil mit einem Zulauf für das zu fördernde Medium verbindbar. Das Einlassventil weist ein Ventilglied auf, das zwischen einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung bewegbar ist und das in Schließrichtung durch eine Ventilfeder beaufschlagt ist. Die Ventilfeder stützt sich über ein mit dem Ventilglied verbundenes Stützelement am Ventilglied ab. Das Stützelement kommt zur Begrenzung des Hubs des Ventilglieds in Öffnungsrichtung an einem Anschlag zur Anlage. Das Ventilglied mit dem Stützelement ist von dem zu fördernden Medium umgeben. Die Kontaktflächen des Stützelements und des Anschlags sind dabei eben ausgebildet. Wenn sich das Stützelement in der Öffnungsstellung des Ventilglieds in Anlage am Anschlag befindet und sich das Ventilglied ausgehend von dieser Öffnungsstellung in seine Schließstellung bewegen soll, so kann der Effekt des sogenannten hydraulischen Klebens des Stützelements am Anschlag auftreten, durch den ein Lösen des Stützelements vom Anschlag und damit eine Bewegung des Ventilglieds in Schließrichtung erschwert wird. Hierdurch wird die Dynamik des Ventilglieds verschlechtert und dadurch die Schaltzeiten für dessen Bewegung zwischen seiner Öffnungsstellung und seiner Schließstellung verlängert.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Pumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass die Dynamik der Bewegung des Ventilglieds und damit dessen Schaltzeiten verbessert sind, da der Effekt des hydraulischen Klebens zwischen dem Stützelement und dem Anschlag durch die wenigstens eine Vertiefung vermieden oder zumindest abgeschwächt ist.
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In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Pumpe angegeben. Durch die Ausbildungen gemäß den Ansprüchen 2 bis 6 ist der Effekt des hydraulischen Klebens weiter abgeschwächt und damit die Dynamik des Einlassventils weiter verbessert. Die mit den Ausbildungen gemäß den Ansprüchen 1 bis 6 erzielbare Verbesserung der Dynamik des Einlassventils ist besonders vorteilhaft wenn das Einlassventil wie im Anspruch 7 angegeben mittels eines elektromagnetischen Aktors betätigbar ist und kurze Schaltzeiten des Einlassventils erforderlich sind.
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Figurenliste
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen 1 ausschnittsweise eine Pumpe in einem Längsschnitt mit einem Einlassventil, 2 in vergrößerter Darstellung das Einlassventil der Pumpe, 3 einen Teil des Einlassventils in einem Querschnitt entlang Linie III-III in 2 und 4 den Teil von 3 gemäß einer modifizierten Ausbildung.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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In 1 ist in vereinfachter Darstellung ausschnittsweise eine Pumpe gezeigt, die vorzugsweise eine Kraftstoffhochdruckpumpe für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine ist. Die Pumpe weist wenigstens ein Pumpenelement 10 auf, das wiederum einen Pumpenkolben 12 aufweist, der zumindest mittelbar durch eine Antriebswelle 14 in einer Hubbewegung angetrieben wird. Die Antriebswelle 14 weist einen oder mehrere Nocken 16 oder Exzenter auf, über den die Drehbewegung der Antriebswelle 14 in die Hubbewegung des Pumpenkolbens 12 umgesetzt wird. Der Pumpenkolben 12 stützt sich über einen Stößel 18 am Nocken 16 oder Exzenter der Antriebswelle 14 ab.
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Das Pumpenelement 10 weist ein Gehäuse 20 auf, in dem in einer Zylinderbohrung 22 der Pumpenkolben 12 dicht geführt ist, wobei das Gehäuseteil 20 nachfolgend als Zylinderkopf bezeichnet wird. Mit seinem der Antriebswelle 14 abgewandten Ende begrenzt der Pumpenkolben 12 in der Zylinderbohrung 22 einen Pumpenarbeitsraum 24. Der Pumpenarbeitsraum 24 weist über ein Einlassventil 26, das ein in den Pumpenarbeitsraum 24 hinein öffnendes Einlassrückschlagventil sein kann, eine Verbindung mit einem Zulauf 28 auf, über den der Pumpenarbeitsraum 24 beim radial nach innen zur Antriebseinrichtung 14 gerichteten Saughub des Pumpenkolbens 12 mit Kraftstoff befüllt wird. Der Pumpenarbeitsraum 24 weist außerdem über ein Auslassventil 30, das beispielsweise ein aus dem Pumpenarbeitsraum 24 heraus öffnendes Auslassrückschlagventil ist, eine Verbindung mit einem Ablauf 32 auf, der zu einem Hochdruckspeicher 34 führen kann und über den beim radial nach außen von der Antriebseinrichtung 14 weg gerichteten Förderhub des Pumpenkolbens 12 Kraftstoff aus dem Pumpenarbeitsraum 24 verdrängt wird.
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In 2 ist das Einlassventil 26 vergrößert dargestellt. Das Einlassventil 26 weist ein kolbenförmiges Ventilglied 38 auf, das einen Schaft 40 und einen an diesen anschließenden, im Durchmesser vergrößerten Kopf 42 aufweist. Das Ventilglied 38 ist mit seinem Schaft 40 in einer sich an die Zylinderbohrung 22 anschließenden Bohrung 44 im Zylinderkopf 20 verschiebbar geführt. Die Bohrung 44 weist einen kleineren Durchmesser auf als die Zylinderbohrung 22, wobei am Übergang von der Zylinderbohrung 22 zur Bohrung 44 ein Ventilsitz 46 angeordnet ist. Der Kopf 42 des Ventilglieds 38 ist im Pumpenarbeitsraum 24 angeordnet und an diesem ist eine Dichtfläche 48 angeordnet, die mit dem Ventilsitz 46 zusammenwirkt. Das dem Kopf 42 abgewandte Ende des Schafts 40 ragt auf der dem Pumpenarbeitsraum 24 abgewandten Seite des Zylinderkopfs 20 aus der Bohrung 44 heraus und auf diesem ist ein Stützelement 50 in Form eines Federtellers befestigt. Zwischen dem Stützelement 50 und dem Zylinderkopf 20 ist eine Ventilfeder 52 eingespannt, durch die das Ventilglied 38 in Schließrichtung beaufschlagt ist.
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Das Stützelement 50 ist beispielsweise auf den Schaft 40 des Ventilglieds 38 aufgepresst oder aufgeschraubt. Das Stützelement 50 weist einen im Durchmesser großen Kragen 54 auf, an dem sich die Ventilfeder 52 abstützt, wobei sich der Durchmesser des Stützelements 50 ausgehend vom Kragen 54 zum Zylinderkopf 20 hin verringert, beispielsweise mit einem etwa konischen Verlauf. Das Stützelement 50 weist an seinem dem Zylinderkopf 20 zugewandten Ende eine Stirnfläche 56 auf.
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Die Ventilfeder 52 stützt sich auf ihrer dem Stützelement 50 abgewandten Seite am Zylinderkopf 20 ab. Der Zylinderkopf 20 weist einen innerhalb des Durchmessers der Ventilfeder 52 angeordneten, die Bohrung 44 umgebenden Ansatz 58 mit einer dem Stützelement 50 zugewandten Stirnfläche 60 auf. Der den aus der Bohrung 44 ragende Bereich des Schafts 40 des Ventilglieds 38 ist von einem ringförmigen Raum 62 umgeben, der radial nach außen durch ein nachfolgend noch erläutertes Trägerelement 86 begrenzt ist. In den Raum 62 mündet der Zulauf 28 und vom Raum 62 führen wenigstens eine, vorzugsweise mehrere Zulaufbohrungen 66 in die Bohrung 44, über die der Pumpenarbeitsraum 24 bei geöffnetem Einlassventil 26 mit dem Raum 62 verbunden ist.
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Das Einlassventil 26 ist vorzugsweise durch einen elektromagnetischen Aktor 70 betätigbar, der durch eine elektronische Steuereinrichtung 72 in Abhängigkeit von Betriebsparametern der zu versorgenden Brennkraftmaschine angesteuert. Der elektromagnetische Aktor 70 weist eine ringförmige Magnetspule 74, einen Magnetkern 76 und einen Magnetanker 78 auf. Der elektromagnetische Aktor 70 ist auf der dem Pumpenarbeitsraum 24 abgewandten Seite des Einlassventils 26 angeordnet. Der Magnetkern 76 und die Magnetspule 74 sind in einem Aktorgehäuse 80 angeordnet, das am Zylinderkopf 20 der Hochdruckpumpe befestigbar ist. Das Aktorgehäuse 80 ist beispielsweise mittels eines dieses übergreifenden Schraubrings 82 am Zylinderkopf 20 befestigbar, der auf einem mit einem Außengewinde versehenen Fortsatz 64 des Zylinderkopfs 20 aufgeschraubt ist.
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Der Magnetanker 78 ist zumindest im wesentlichen zylinderförmig ausgebildet und über seinen Außenmantel in einer Ausnehmung in Form einer Bohrung 84 in einem im Aktorgehäuse 80 angeordneten Trägerelement 86 hubbeweglich geführt. Die Bohrung 84 im Trägerelement 86 verläuft zumindest annähernd koaxial zur Bohrung 44 im Zylinderkopf 20 und somit zum Ventilglied 38.
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Der Magnetanker 78 weist eine zumindest annähernd koaxial zur Längsachse 79 des Magnetankers 78 angeordnete zentrale Bohrung 88 auf, in die eine auf der dem Ventilglied 38 abgewandten Seite des Magnetankers 78 angeordnete Rückstellfeder 90 hineinragt, die sich am Magnetanker 78 abstützt. Die Rückstellfeder 90 ist an ihrem anderen Ende zumindest mittelbar am Magnetkern 76 abgestützt, der eine zentrale Bohrung 92 aufweist, in die die Rückstellfeder 90 hineinragt.
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Bei nicht bestromter Magnetspule 74 wird der Magnetanker 78 durch die Rückstellfeder 90 zum Ventilglied 38 hin gedrückt, wodurch das Ventilglied 38 in seiner Öffnungsstellung gehalten wird, in der dessen Dichtfläche 48 vom Ventilsitz 46 entfernt angeordnet ist. Die Bewegung des Ventilglieds 38 in dessen Öffnungsrichtung ist dadurch begrenzt, dass das Stützelement 50 mit seiner Stirnfläche 56 an der Stirnfläche 60 des Ansatzes 58 des Zylinderkopfs 20 zur Anlage kommt. Der Ansatz 58 des Zylinderkopfs 20 bildet somit einen Anschlag, durch den der Hub des Ventilglieds 38 in dessen Öffnungsrichtung begrenzt wird. Der das Stützelement 50 und den Ansatz 58 des Zylinderkopfs 20 umgebende Raum 62 ist mit Kraftstoff gefüllt.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in der Stirnfläche 56 des Stützelements 50 und/oder in der Stirnfläche 60 des Ansatzes 58 des Zylinderkopfs 20 wenigstens eine Vertiefung vorhanden ist, durch die die Kontaktfläche zwischen dem Stützelement 50 und dem Ansatz 58 verringert ist. Die wenigstens eine Vertiefung ist bei einer in 3 dargestellten Ausführung als eine zumindest annähernd radial zur Längsachse 79 verlaufende Nut 94 ausgebildet, wobei vorzugsweise mehrere über den Umfang des Stützelements 50 verteilt angeordnete Nuten 94 vorgesehen sind. Die Nuten 94 sind in radialer Richtung durchgehend vom Schaft 40 des Ventilglieds 38 bis zum radial äußeren Rand des Stützelements 50 durchgehend ausgebildet. Wenn sich das Ventilglied 38 in seiner Öffnungsstellung befindet so befindet sich die Stirnfläche 56 des Stützelements 50 in Anlage an der Stirnfläche 60 des Ansatzes 58 und wenn sich das Ventilglied 38 in seine Schließstellung bewegt so kann in die Nuten 94 Kraftstoff aus dem Raum 62 zwischen die beiden Stirnflächen 56 und 60 einströmen, wodurch ein hydraulisches Kleben der beiden Stirnflächen 56 und 60 aneinander vermieden oder zumindest abgeschwächt wird.
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Bei einer in 4 dargestellten Ausführung sind wie in 3 mehrere über den Umfang des Stützelements 50 verteilte radiale Nuten 94 vorgesehen sowie zusätzlich die radialen Nuten 94 miteinander verbindende, in Umfangsrichtung des Stützelements 50 verlaufende Nuten 96. Hierbei kann beispielsweise eine über den gesamten Umfang des Stützelements 50 umlaufende Nut 96 vorgesehen sein.
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Nachfolgend wird die Funktion des elektromagnetisch betätigten Einlassventils 26 erläutert. Während des Saughubs des Pumpenkolbens 12 ist das Einlassventil 26 geöffnet, indem sich dessen Ventilglied 38 in seiner Öffnungsstellung befindet, in der dieses mit seiner Dichtfläche 48 vom Ventilsitz 46 entfernt angeordnet ist. Die Bewegung des Ventilglieds 38 in seine Öffnungsstellung wird durch die zwischen dem Kraftstoffzulauf 28 und dem Pumpenarbeitsraum 24 herrschende Druckdifferenz gegen die Kraft der Ventilfeder 52 bewirkt. Die Magnetspule 74 des Aktors 70 kann dabei bestromt oder unbestromt sein. Wenn die Magnetspule 74 bestromt ist so wird der Magnetanker 78 durch das entstehende Magnetfeld gegen die Kraft der Rückstellfeder 90 zum Magnetkern 76 hin gezogen. Wenn die Magnetspule 74 nicht bestromt ist so wird der Magnetanker 78 durch die Kraft der Rückstellfeder 90 zum Einlassventil 26 hin gedrückt.
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Während des Förderhubs des Pumpenkolbens 12 wird durch den Aktor 70 bestimmt ob sich das Ventilglied 38 des Einlassventils 26 in seiner Öffnungsstellung oder Schließstellung befindet. Bei unbestromter Magnetspule 74 wird der Magnetanker 78 durch die Rückstellfeder 90 in der Stellrichtung gemäß Pfeil B in 2 gedrückt, wobei das Ventilglied 38 durch den Magnetanker 78 gegen die Ventilfeder 52 in der Stellrichtung B in seine Öffnungsstellung gedrückt wird. Die Kraft der auf den Magnetanker 78 wirkenden Rückstellfeder 90 ist größer als die Kraft der auf das Ventilglied 38 wirkenden Ventilfeder 52. In die Stellrichtung B wirkt der Magnetanker 78 auf das Ventilglied 38 und der Magnetanker 78 und das Ventilglied 38 werden gemeinsam in die Stellrichtung B bewegt. Solange die Magnetspule 74 nicht bestromt ist kann somit durch den Pumpenkolben 12 kein Kraftstoff in den Hochdruckspeicher 34 gefördert werden sondern vom Pumpenkolben 12 verdrängter Kraftstoff wird in den Kraftstoffzulauf 28 zurückgefördert. Wenn während des Förderhubs des Pumpenkolbens 12 Kraftstoff in den Hochdruckspeicher 34 gefördert werden soll so wird die Magnetspule 74 bestromt, so dass der Magnetanker 78 zum Magnetkern 76 hin in einer zur Stellrichtung B entgegengesetzten Stellrichtung gemäß Pfeil A in 2 gezogen wird. Durch den Magnetanker 78 wird somit keine Kraft mehr auf das Ventilglied 38 ausgeübt, wobei der Magnetanker 78 durch das Magnetfeld in die Stellrichtung A bewegt wird und das Ventilglied 38 unabhängig vom Magnetanker 78 bedingt durch die Ventilfeder 52 und die zwischen dem Pumpenarbeitsraum 24 und dem Kraftstoffzulauf 28 herrschende Druckdifferenz in der Stellrichtung A in seine Schließstellung bewegt wird.
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Durch das Öffnen des Einlassventils 38 beim Förderhub des Pumpenkolbens 12 mittels des elektromagnetischen Aktors 70 kann die Fördermenge der Hochdruckpumpe in den Hochdruckspeicher 34 variabel eingestellt werden. Wenn eine geringe Kraftstofffördermenge erforderlich ist so wird das Einlassventil 38 durch den Aktor 70 während eines großen Teils des Förderhubs des Pumpenkolbens 12 offen gehalten und wenn eine große Kraftstofffördermenge erforderlich ist, so wird das Einlassventil 38 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 102004013244 A1 [0002]
