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Die Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere für ein Common-Rail-Einspritzsystem, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Die Hochdruckpumpe umfasst einen Pumpenzylinderkopf, in den ein Saugventil integriert ist.
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Stand der Technik
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Eine Hochdruckpumpe der vorstehend genannten Art geht beispielhaft aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2015 212 387 A1 hervor. Die Hochdruckpumpe weist einen Hochdruck-Elementraum auf, der über ein Saugventil mit Kraftstoff befüllbar ist. Das Saugventil ist hierzu in ein Gehäuseteil der Hochdruckpumpe intergiert, das auch den Hochdruck-Elementraum ausbildet. Ferner bildet das Gehäuseteil einen Ventilsitz für ein hubbewegliches Ventilschließelement des Saugventils auf, das die Form eines Ventilstößels besitzt und in den Elementraum hinein öffnet. In Öffnungsrichtung ist der Stößel von der Federkraft einer an einem Anker abgestützten Feder beaufschlagt, die das Saugventil bei unbestromtem Elektromagneten geöffnet hält. Zum Schließen des Saugventils wird der Elektromagnet bestromt, so dass ein Magnetfeld aufgebaut wird, dessen Magnetkraft auf den Anker wirkt. Der Anker bewegt sich entgegen der Federkraft der Ankerfeder in Richtung des Elektromagneten. Dabei löst sich der Anker vom Ventilstößel, so dass eine kleinere am Ventilstößel abgestützte Feder den Ventilstößel in den Ventilsitz zu ziehen vermag. Das Saugventil schließt. Zum erneuten Öffnen wird die Bestromung des Elektromagneten beendet, so dass der Anker über die Federkraft der Ankerfeder in seine Ausgangslage zurückgestellt wird. Dabei schlägt der Anker am Ventilstößel an und hebt diesen aus dem Ventilsitz. Das Saugventil öffnet.
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Um eine optimale Befüllung der Hochdruckpumpe zu gewährleisten, muss sichergestellt sein, dass das Saugventil ohne Verzögerung schließt. Zu einer Verzögerung kann es insbesondere aufgrund hydraulischer und/oder magnetischer Klebeeffekte zwischen Bauteilen kommen, die anschlagbildend zusammenwirken. Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, derartige Klebeeffekte zu minimieren.
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Zur Lösung der Aufgabe wird die Hochdruckpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere für ein Common-Rail-Einspritzsystem, vorgeschlagene Hochdruckpumpe umfasst einen Pumpenzylinderkopf, in den ein Saugventil integriert ist. Das Saugventil weist einen mit einem Ventilsitz zusammenwirkenden hubbeweglichen Ventilstößel auf, der in Richtung des Ventilsitzes von der Federkraft einer Schließfeder beaufschlagt ist. Die Schließfeder ist dabei einerseits an einem mit dem Ventilstößel verbundenen Federteller, andererseits an einem Absatz des Pumpenzylinderkopfs abgestützt, der mit dem Federteller anschlagbildend zusammenwirkt. Erfindungsgemäß weist mindestens eine am Federteller und/oder am Absatz ausgebildete ringförmige Anschlagfläche eine gewölbte, gestufte und/oder genutete Kontur auf.
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Dadurch, dass mindestens eine Anschlagfläche eine gewölbte, gestufte und/oder genutete Kontur aufweist, verringert sich der Kontaktbereich zwischen dem Federteller und dem Absatz des Pumpenzylinderkopfes. Zugleich wird der Gefahr entgegengewirkt, dass es zu hydraulischen Klebeeffekten im Anschlagbereich kommt. Das heißt, dass das Saugventil ohne Verzögerung schließt, so dass eine Verringerung der maximalen Fördermenge der Hochdruckpumpe nicht zu befürchten ist.
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Aufgrund der fehlenden oder zumindest auf ein Minimum reduzierten hydraulischen Haftung des Federtellers am Absatz des Pumpenzylinderkopfes kann ferner eine Verringerung der Schaltzeiten erzielt werden.
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Die gewölbte, gestufte und/oder genutete Anschlagfläche kann am Federteller oder am Absatz des Pumpenzylinderkopfes ausgebildet sein. Darüber hinaus können der Federteller und der Absatz jeweils eine gewölbte, gestufte und/oder genutete Anschlagfläche aufweisen.
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Bevorzugt weist die mindestens eine am Federteller und/oder am Absatz ausgebildete ringförmige Anschlagfläche eine konvex gewölbte Kontur auf. Eine konvex gewölbte Kontur erleichtert beim Öffnen des Saugventils die Verdrängung von Kraftstoff aus dem Anschlagbereich. Beim Schließen begünstigt die konvex gewölbte Kontur ein Nachströmen von Kraftstoff, so dass hydraulische Klebeeffekte nicht auftreten können. Sofern beide Anschlagflächen jeweils eine konvex gewölbte Kontur aufweisen, sind diese bevorzugt spiegelbildlich ausgeführt, so dass sich der Federteller und der Absatz nur im Bereich einer ringförmigen Linie berühren. Die ringförmige Linie kann dabei durchgehend ausgeführt sein oder Unterbrechungen aufweisen. Letzteres gilt auch, wenn nur eine Anschlagfläche eine konvex gewölbte Kontur aufweist.
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Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die gewölbte, gestufte und/oder genutete Kontur der mindestens einen am Federteller und/oder am Absatz ausgebildeten ringförmigen Anschlagfläche von radial innen nach radial außen abfällt. Das heißt, dass beim Anschlagen des Federtellers am Absatz des Pumpenzylinderkopfes radial innen in Bezug auf den gemeinsamen Kontaktbereich kein mit Kraftstoff gefüllter Bereich verbleibt, sondern der Kraftstoff vollständig verdrängt wird. Dies trägt ebenfalls dazu bei, dass die Gefahr eines hydraulischen Klebens des Federtellers am Absatz auf ein Minimum reduziert wird.
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Das Abfallen der Anschlagfläche von radial innen nach radial außen kann dabei über eine gewölbte und/oder gestufte Kontur erfolgen.
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Vorzugsweise ist bzw. sind in der Anschlagfläche mindestens eine Stufe und/oder mindestens eine Nut ausgebildet. Sofern eine Stufe vorgesehen ist, ist diese bevorzugt umlaufend ausgebildet, so dass eine Anschlagfläche mit einer reduzierten Abmessung in radialer Richtung geschaffen wird. Sofern eine Nut vorgesehen ist, ist diese bevorzugt ebenfalls umlaufend ausgeführt, so dass die Anschlagfläche um die Breite der Nut reduziert wird. Alternativ oder ergänzend können mehrere Nuten vorgesehen sein, die vorzugsweise radial verlaufen und weiterhin vorzugsweise in gleichem Winkelabstand zueinander angeordnet sind. Durch radial verlaufende Nuten wird die ringförmige Anschlagfläche in einzelne Segmente unterteilt und insgesamt reduziert. Zudem erleichtern radial verlaufende Nuten das Nachströmen von Kraftstoff, wenn sich der Federteller beim Schließen des Saugventils vom Absatz des Pumpenzylinderkopfes wegbewegt. Auf diese Weise wird ein schnelles Schließen des Saugventils gefördert.
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Bevorzugt weist bzw. weisen die Stufe und/oder die Nut eine Tiefe von mindestens 10 µm auf. Ist die Tiefe geringer, vermag die Stufe bzw. die Nut hydraulischen Klebeeffekten nicht entgegen zu wirken. Besonders bevorzugt weist bzw. weisen die Stufe und/oder die Nut eine Tiefe von mindestens 50 µm bis 200 µm auf, um ein möglichst schnelles Schließen des Saugventils zu gewährleisten.
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Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass der Federteller den Ventilstößel abschnittsweise umgibt. Diese Anordnung erleichtert die Montage des Saugventils, da der Federteller mit dem Ventilstößel über eine einfache Press- oder Schraubverbindung verbunden werden kann. Vorzugsweise ist daher der Federteller auf den Ventilstößel aufgepresst oder aufgeschraubt.
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Das Saugventil kann sowohl als mechanisches Saugventil, als auch als elektromagnetisch betätigbares Saugventil ausgeführt sein. Ist letzteres der Fall, ist eine Magnetbaugruppe zur elektromagnetischen Betätigung des Saugventils vorgesehen, wobei vorzugsweise die Magnetbaugruppe eine ringförmige Magnetspule, einen Polkern und eine Magnethülse umfasst. Die Magnetbaugruppe kann als vormontierte Einheit an der Pumpe befestigt werden. Beispielsweise kann an der Magnethülse ein sich nach radial außen erstreckender Bund zur Abstützung einer Überwurfmutter ausgebildet sein, die auf einen kragenförmigen Abschnitt des Pumpenzylinderkopfes aufschraubbar ist.
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Die Magnetbaugruppe wirkt vorzugsweise mit einem Anker zusammen, der in Richtung des Ventilstößels von der Federkraft einer Ankerfeder beaufschlagt ist. Die Federkraft der Ankerfeder ist größer als die Federkraft der am Federteller abgestützten Schließfeder, so dass der Federteller über die Ankerfeder gegen den Absatz des Pumpenzylinderkopfes gedrückt wird, wenn die Magnetspule unbestromt ist. Das Saugventil ist somit als stromlos offenes Ventil ausgebildet. Zum Schließen des Ventils wird die Magnetspule bestromt, so dass ein Magnetfeld aufgebaut wird, dessen Magnetkraft den Anker in Richtung des Polkerns bewegt. Dabei löst sich der Anker vom Ventilstößel und die am Federteller abgestützte Schließfeder vermag den Ventilstößel in den Ventilsitz zu ziehen, so dass das Saugventil schließt.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
- 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Hochdruckpumpe im Bereich eines in die Hochdruckpumpe integrierten elektromagnetisch betätigbaren Saugventils,
- 2 einen vergrößerten Ausschnitt der 1 im Bereich eines Hubanschlags zwischen einem Federteller des Saugventils und einem Pumpenzylinderkopf der Hochdruckpumpe,
- 3-5 jeweils eine modifizierte Ausführungsform des Hubanschlags der 2.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Die in der 1 schematisch dargestellte Hochdruckpumpe umfasst ein elektromagnetisch betätigbares Saugventil 2 zur Befüllung eines Elementraums 24 der Hochdruckpumpe mit Kraftstoff. Der Elementraum 24 ist in einer Zylinderbohrung 25 eines Pumpenzylinderkopfes 1 ausgebildet, in der ein Pumpenkolben 26 zur Begrenzung des Elementraums 24 aufgenommen ist. Bei einem Saughub des Pumpenkolbens 26 wird Kraftstoff über das Saugventil 2 in den Elementraum 24 angesaugt und bei einen Förderhub verdichtet. Der verdichtete Kraftstoff wird anschließend über ein Hochdruckventil 27 aus dem Elementraum 24 abgeführt.
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Der Pumpenzylinderkopf 1 der Hochdruckpumpe bildet einen Ventilsitz 3 für einen hubbeweglichen Ventilstößel 4 des Saugventils 2 aus, der in den Elementraum 24 hinein öffnet. Andernends ist auf den Ventilstößel 4 ein Federteller 6 zur Abstützung einer Schließfeder 5 aufgepresst, die ferner an einem Absatz 7 des Pumpenzylinderkopfes 1 abgestützt ist. Zugleich wirkt auf den Ventilstößel 4 die Federkraft einer Ankerfeder 17, deren Federkraft größer als die der Schließfeder 5 ist, so dass die Ankerfeder 17 das Saugventil 2 geöffnet hält. Aus einem ringförmigen Niederdruckraum 23 vermag dann Kraftstoff in den Elementraum 24 zu strömen. Zum Schließen des Saugventils 2 wird eine Magnetspule 13 einer an die Hochdruckpumpe angebauten Magnetbaugruppe 12 bestromt, so dass ein Magnetfeld aufgebaut wird, dessen Magnetkraft einen Anker 16 entgegen der Federkraft der Ankerfeder 17 in Richtung eines Polkerns 14 zieht. Dabei löst sich der Anker 16 vom Ventilstößel 4, so dass die Schließfeder 5 den Ventilstößel 4 in den Ventilsitz 3 zu ziehen vermag. Zum erneuten Öffnen des Saugventils 2 wird die Bestromung der Magnetspule 13 beendet, so dass die Ankerfeder 17 den Anker 16 in seine Ausgangslage zurückstellt, wobei der Anker 16 am Ventilstößel 4 anschlägt und diesen aus dem Ventilsitz 3 hebt.
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Die Magnetbaugruppe 12 ist mittels einer Überwurfmutter 19 an einem Kragenabschnitt 20 des Pumpenzylinderkopfes 1 befestigt, der hierzu ein Außengewinde 21 aufweist. Andernends ist die Überwurfmutter 19 an einem außenumfangseitigen Bund einer Magnethülse 15 der Magnetbaugruppe 12 abgestützt. Die Magnethülse 15 wiederum steht auf einem Ventilkörper 18 auf, der in den Kragenabschnitt 20 des Pumpenzylinderkopfes 1 eingesetzt ist. Ferner weist die Magnetbaugruppe 12 eine Kunststoffumspritzung 22 auf, welche eine abdichtende und eine isolierende Funktion besitzt.
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Um beim Schließen des Saugventils 2 hydraulischen Klebeeffekten zwischen dem Federteller 6 und dem Absatz 7 de Pumpenzylinderkopfes 1 entgegen zu wirken, weisen der Federteller 6 und der Absatz 7 jeweils eine Anschlagfläche 8, 9 auf, die ballig geformt ist. Hierzu weisen die Anschlagflächen 8, 9 jeweils eine konvex gewölbte Kontur auf (siehe 2). Durch die konvex gewölbte Kontur wird der Kontaktbereich zwischen dem Federteller 6 und dem Absatz 7 auf ein Minimum reduziert. Die Kontur fällt zudem von radial innen nach radial außen ab, so dass beim Schließen des Saugventils der Kraftstoff leicht unter den Federteller 6 strömen kann, um ein schnelles Schließen zu gewährleisten.
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In der 3 ist eine Abwandlung der Ausführungsform der 1 und 2 dargestellt. Die konvex gewölbten Konturen der Anschlagflächen 8, 9 fallen sowohl nach radial außen als auch nach radial innen ab. Das Nachströmen von Kraftstoff beim Schließen des Saugventils 2 bleibt über die konvex gewölbten Konturen der Anschlagflächen 8, 9 gewährleistet.
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Eine weitere Abwandlung zeigt die 4. Hier ist die am Federteller 6 ausgebildete Anschlagfläche 8 durch eine umlaufende Stufe 10 reduziert, die eine Tiefe T aufweist. Der Kontaktbereich beschränkt sich somit auf den radial innen liegenden Bereich der Anschlagfläche 8. Die Anschlagfläche 9 des Absatzes 7 kann in diesem Fall eben ausgeführt sein.
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In der 5, der eine weitere Abwandlung zu entnehmen ist, weist die Anschlagfläche 8 des Federtellers 6 eine umlaufende Nut 11 auf, um den Kontaktbereich mit dem Absatz 7 des Pumpenzylinderkopfes 1 zu reduzieren. Die Anschlagfläche 9 des Absatzes 7 kann wiederum eben ausgeführt sein.
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Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt, sondern schließt weitere Abwandlungen mit ein, da die Stufe 10 und/oder die Nut 11 auch in der Anschlagfläche 9 des Absatzes 7 ausgebildet sein kann bzw. können. Alternativ oder ergänzend können radial verlaufende Nuten 11 vorgesehen sein (nicht dargestellt), welche die Anschlagfläche 8 und/oder die Anschlagfläche 9 in Segmente unterteilen. Zudem können gewölbte, gestufte und/oder genutete Konturen kombiniert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015212387 A1 [0002]
