EP3332111B1 - Elektromagnetisch betätigbares saugventil für eine hochdruckpumpe sowie hochdruckpumpe - Google Patents

Elektromagnetisch betätigbares saugventil für eine hochdruckpumpe sowie hochdruckpumpe Download PDF

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EP3332111B1
EP3332111B1 EP16732303.9A EP16732303A EP3332111B1 EP 3332111 B1 EP3332111 B1 EP 3332111B1 EP 16732303 A EP16732303 A EP 16732303A EP 3332111 B1 EP3332111 B1 EP 3332111B1
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EP
European Patent Office
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armature
suction valve
valve according
pin
body element
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EP16732303.9A
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EP3332111A1 (de
Inventor
Gabriel CICHON
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M59/00—Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps
    • F02M59/20—Varying fuel delivery in quantity or timing
    • F02M59/36—Varying fuel delivery in quantity or timing by variably-timed valves controlling fuel passages to pumping elements or overflow passages
    • F02M59/366—Valves being actuated electrically
    • F02M59/368—Pump inlet valves being closed when actuated
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M37/00—Apparatus or systems for feeding liquid fuel from storage containers to carburettors or fuel-injection apparatus; Arrangements for purifying liquid fuel specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines
    • F02M37/0011—Constructional details; Manufacturing or assembly of elements of fuel systems; Materials therefor
    • F02M37/0023—Valves in the fuel supply and return system
    • F02M37/0029—Pressure regulator in the low pressure fuel system
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/04—Fuel-injection apparatus having means for avoiding effect of cavitation, e.g. erosion

Definitions

  • the invention relates to an electromagnetically operated suction valve for a high-pressure pump in a fuel injection system, in particular in a common-rail injection system, with the features of the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a high-pressure pump for a fuel injection system, in particular a common-rail injection system, with such a suction valve.
  • An electromagnetically actuated suction valve for filling a pump working space of a high pressure pump with fuel is an example of the published patent application DE 10 2014 200 695 A1 out. It comprises a liftable valve tappet, which is acted upon in the closing direction by the spring force of a spring. Further, an electromagnet is provided for acting on a mechanically coupled to the valve stem anchor. The armature is acted upon in the direction of the valve stem by the spring force of a further spring, which is dimensioned such that it holds open the suction valve in the absence of energization of the electromagnet. To close the suction valve, the electromagnet is energized.
  • the armature then performs a lifting movement against the spring force of the other spring, so that the valve stem is relieved and is pulled by the spring force acting in the closing direction spring in a valve seat.
  • the energization of the electromagnet is stopped.
  • the additional spring returns the armature to its initial position, whereby it strikes the valve tappet and lifts it out of the valve seat.
  • armature and valve tappets move highly dynamically. This can lead to the formation of local negative pressure range. If the negative pressure reaches a critical limit, cavitation occurs. This means that gas bubbles form, which implode on renewed increase in pressure and can lead to damage to the moving components due to cavitation erosion.
  • a particularly critical area with regard to cavitation is the contact area between the armature and the valve tappet.
  • the armature of the suction valve has a central bore, which is closed towards the valve tappet by an actuating body resting against the valve tappet. In the central bore protrudes from the side opposite the actuating body side into a bearing element, via which the armature is mounted.
  • a connection between pressure chambers formed on both sides of the armature is formed along the outer jacket of the armature.
  • the present invention has for its object to provide an electromagnetically operated suction valve for a high-pressure pump in a fuel injection system, which is less subject to wear due to a reduced risk of cavitation and therefore has a long service life.
  • the electromagnetically actuated suction valve is specified with the features of claim 1.
  • Advantageous developments of the invention can be found in the dependent claims.
  • a high pressure pump is proposed with such a suction valve.
  • electromagnetically actuated intake valve comprises an electromagnet for acting on a liftable armature, which is acted upon in the direction of a liftable valve stem by the spring force of a compression spring, so that when energized electromagnet the armature is mechanically coupled to the valve stem and holds it in an open position.
  • the armature is penetrated by a central bore which connects pressure chambers formed on both sides of the armature.
  • a pin-shaped displacement element provided, which dips at least during a stroke movement of the armature in the central bore of the armature.
  • the displacement element that is immersed in the central bore of the armature when the suction valve is switched leads to a targeted volume displacement. This is a pressure compensation can be produced, which counteracts the formation of local negative pressure zones and thus reduces the risk of cavitation.
  • the volume within the armature decreases and fuel is displaced from the bore into the pressure space below the armature.
  • This is the pressure chamber which is arranged on the side facing the valve tappet side of the armature, or the pressure chamber whose volume increases due to the stroke of the armature. The volume displaced into the pressure space prevents the pressure in this pressure space from falling below a critical limit.
  • a defined amount of fuel can be displaced from the pressure chamber located above the armature into the bore and thus into the lying below the armature pressure chamber via a free flow cross-section between the displacer and armature.
  • the setting of the additionally displaced quantity can be specifically adjusted via the free flow cross section.
  • a defined free flow cross section therefore preferably remains between the armature and the displacement element.
  • the volume displacement counteracts in particular the cavitation in the contact area between the armature and valve tappet. This reduces the load on the armature and the valve tappet so that they can be manufactured from less wear-resistant materials or a wear reserve is negligible. In addition, expensive heat treatments of the components to increase the wear resistance can be omitted. This has the consequence that the manufacturing costs can be reduced.
  • the displacement element has a relation to the inner diameter of the bore of the armature reduced Outer diameter. This leads to the formation of a circumferential annular gap between the displacer and the armature, which defines the remaining free flow cross-section.
  • the displacement element can have at least one longitudinal groove and / or flattening on the outer peripheral side.
  • the remaining between the displacer and the armature free flow cross section can therefore also be defined by an axially extending flow channel.
  • the pin-shaped displacer element forms a throttle point together with the armature. This means that the remaining free flow cross section between the armature and the displacement element corresponds at least in one section to a throttle cross section.
  • the armature is at least partially received in a valve body of the suction valve.
  • the valve body can be used in this case to guide the armature.
  • the valve body may define a first end position of the armature.
  • an adjusting element can be inserted between the armature and the valve body, so that the valve body only indirectly defines the first end position. If such an adjustment element is provided, this is preferably annular and axially supported on an annular shoulder of the valve body. Since the guide of the armature is effected via the valve body, the remaining between the armature and displacer free flow cross-section can be designed arbitrarily.
  • the armature can also be guided via the pin-shaped displacement element.
  • the radial gap between the displacer and the armature is designed as narrow as possible.
  • the intended for targeted volume displacement free flow cross section between the displacement element and the armature can then be ensured via an axially extending flow channel.
  • at least one longitudinal groove and / or flattening can be provided on the outer circumference side on the displacement element-as already described above.
  • the pin-shaped displacement element is preferably mounted stationary, so that the armature moves relative to the displacement element.
  • the pin-shaped displacement element can be firmly connected to a pole core of the electromagnet.
  • the pin-shaped displacement element can be pressed into a central recess of the pole core.
  • the pole core itself can also form the pin-shaped displacement element.
  • the pole core may have a pin-shaped projection which serves as a displacement element and which is formed on an end face of the pole core facing the armature.
  • the armature loading pressure spring is supported directly on the pole core.
  • the support of the compression spring preferably takes place directly at the anchor.
  • the compression spring can be at least partially embedded in the pole core and / or in the armature. In this way, a compact construction in the axial direction is also achieved.
  • the compression spring at least partially surrounds the pin-shaped displacement element.
  • About the displacement element can be effected in this case, a guide of the compression spring.
  • the pole core is connected via a sleeve to the valve body.
  • the axial distance between the pole core and the valve body is adjustable. If, in addition, the second end position of the armature is predetermined by the pole core, the stroke of the armature can be adjusted via the axial distance.
  • the further proposed high-pressure pump for a fuel injection system is characterized in that it comprises a suction valve according to the invention.
  • the suction valve is preferably integrated in a housing part of the high-pressure pump, so that the housing part forms a valve seat of the suction valve.
  • the advantages of the invention come particularly well, since the contact area between the armature and the valve stem is additionally burdened by pressure pulsations from a low pressure area serving as inlet for the suction valve.
  • Fig. 1 electromagnetically actuated suction valve is used to fill a high pressure element space 19 of a high-pressure pump with fuel.
  • the suction valve is integrated in a housing part 17 of the high-pressure pump, which at the same time forms a valve seat 18.
  • the suction valve comprises a hubbeweglichen with the valve seat 18 liftable valve stem 3, which is acted upon in the closing direction by the spring force of a closing spring 21.
  • the closing spring 21 is designed as a helical compression spring, which surrounds the valve stem 3 in regions and on the one hand on the housing part 17, on the other hand supported on a pressed onto the valve stem 3 spring plate 22.
  • annular low pressure chamber 20 is further formed, which is bounded by a valve body 14 of the suction valve and serves as an inlet.
  • the valve body 14 at the same time receives an armature 2 which can be moved in a stroke via the valve body 14 is guided.
  • the armature 2 is acted upon in the direction of the valve stem 3 by the spring force of a compression spring 4, which is greater than the spring force of the valve lifter 3 loading closing spring 21, so that the spring force of the compression spring 4 keeps the suction valve open.
  • an electromagnet 1 To close the suction valve, an electromagnet 1 must be energized.
  • the energization of the electromagnet 1 leads to the construction of a magnetic field whose magnetic force pulls the armature 2 - against the spring force of the compression spring 4 - in the direction of a pole core 15 which defines the upper end position of the armature 2.
  • the lower end position is predetermined by an annular body 23 which is supported on a shoulder 24 of the valve body 14.
  • the pole core 15 is fixedly connected via a sleeve 16 to the valve body 14.
  • a pin-shaped displacement element 8 is pressed in the pole core 15. This dips into a central bore 5 of the armature 2 when the magnetic force of the electromagnet 1 pulls the armature 2 in the direction of the pole core 15.
  • the displacement element 8 reduces the volume of the bore 5, while the volume of a pressure chamber 7 arranged below the armature 2 increases. From the bore 5 in the pressure chamber 7 displaced fuel causes the pressure in the pressure chamber 7 does not fall below a cavitation critical range.
  • an orifice 13 is formed via an annular gap 10 between the displacer 8 and the armature 2, which has a free flow cross-section 9, via a targeted amount of fuel from a located above the armature 2 pressure chamber 6 in the bore 5 and thus in the pressure chamber 7 is discharged below the armature 2. Because with the stroke of the armature 2, the volume of the located above the armature 2 pressure chamber 6 decreases and the pressure in the pressure chamber 6 increases. Via the targeted volume displacement, a pressure compensation can be effected, which significantly reduces the risk of cavitation in the pressure chamber 7, in particular in the contact region B of the armature 2 with the valve tappet 3.
  • the Fig. 2a shows the suction valve in the closed position, in which the armature 2 rests on the valve stem 3.
  • the volume of the pressure chamber 6 located above the armature 2 is maximum, while that of the pressure chamber 7 located below the armature 2 is minimal is.
  • the immersion depth of the displacer 8 in the central bore 5 of the armature 2 corresponds in this case to the stroke h of the armature 2. However, this is not necessarily the case. For example, even at rest, d. H. when the suction valve is closed, the displacement element 8 engage in the bore 5, so that the immersion depth can also be greater than the stroke h of the armature 2.
  • FIGS. 3a and 3b an alternative embodiment of a suction valve according to the invention can be seen.
  • flattenings 11 on the displacement element 8 form axially extending flow channels 12, which define the remaining between the armature 2 and the displacement element 8 free flow cross-section.
  • This is also designed here as a throttle cross section 13 to dissipate at a stroke of the armature 2, a defined amount of fuel from the pressure chamber 6 in the pressure chamber 7.
  • the outer diameter of the displacement element 8 is designed to guide the armature 2, so that the guiding function of the valve body 14 is eliminated.
  • the radial gap 25 between the valve body 14 and the armature 2 can be made large accordingly, in order to additionally bring about a pressure equalization.

Landscapes

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  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisch betätigbares Saugventil für eine Hochdruckpumpe in einem Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere in einem Common-Rail-Einspritzsystem, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere ein Common-Rail-Einspritzsystem, mit einem solchen Saugventil.
    • Stand der Technik
  • Ein elektromagnetisch betätigbares Saugventil zur Befüllung eines Pumpenarbeitsraums einer Hochdruckpumpe mit Kraftstoff geht beispielhaft aus der Offenlegungsschrift DE 10 2014 200 695 A1 hervor. Es umfasst einen hubbeweglichen Ventilstößel, der in Schließrichtung von der Federkraft einer Feder beaufschlagt ist. Ferner ist ein Elektromagnet zur Einwirkung auf einen mit dem Ventilstößel mechanisch koppelbaren Anker vorgesehen. Der Anker ist in Richtung des Ventilstößels von der Federkraft einer weiteren Feder beaufschlagt, die derart dimensioniert ist, dass sie das Saugventil bei fehlender Bestromung des Elektromagneten geöffnet hält. Zum Schließen des Saugventils wird der Elektromagnet bestromt. Der Anker führt daraufhin eine Hubbewegung entgegen der Federkraft der weiteren Feder aus, so dass der Ventilstößel entlastet wird und von der Federkraft der in Schließrichtung wirkenden Feder in einen Ventilsitz gezogen wird. Um das Saugventil erneut zu öffnen, wird die Bestromung des Elektromagneten beendet. Die weitere Feder stellt den Anker in seine Ausgangslage zurück, wobei er am Ventilstößel anschlägt und diesen aus dem Ventilsitz hebt.
  • Beim Öffnen und Schließen eines elektromagnetisch betätigbaren Saugventils der vorstehend genannten Art bewegen sich Anker und Ventilstößel hoch dynamisch. Dabei kann es zur Ausbildung lokaler Unterdruckbereich kommen. Erreicht der Unterdruck eine kritische Grenze, entsteht Kavitation. Das heißt, dass sich Gasblasen ausbilden, die bei erneutem Druckanstieg implodieren und durch Kavitationserosion zu Schäden an den beweglichen Bauteilen führen können. Ein hinsichtlich Kavitation besonders kritischer Bereich stellt der Kontaktbereich zwischen dem Anker und dem Ventilstößel dar. Der Anker des Saugventils weist eine zentrale Bohrung auf, die zum Ventilstößel hin durch einen am Ventilstößel anliegenden Betätigungskörper verschlossen ist. In die zentrale Bohrung ragt von der dem Betätigungskörper gegenüberliegenden Seite her ein Lagerelement hinein, über das der Anker gelagert ist. Eine Verbindung zwischen beidseits des Ankers ausgebildeten Druckräumen ist entlang des Außenmantels des Ankers gebildet.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektromagnetisch betätigbares Saugventil für eine Hochdruckpumpe in einem Kraftstoffeinspritzsystem anzugeben, das aufgrund eines verringerten Kavitationsrisikos weniger verschleißbehaftet ist und demzufolge eine hohe Lebensdauer besitzt.
  • Zur Lösung der Aufgabe wird das elektromagnetisch betätigbare Saugventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 angegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Ferner wird eine Hochdruckpumpe mit einem solchen Saugventil vorgeschlagen.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Das für eine Hochdruckpumpe in einem Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere in einem Common-Rail-Einspritzsystem, vorgeschlagene elektromagnetisch betätigbare Saugventil umfasst einen Elektromagneten zur Einwirkung auf einen hubbeweglichen Anker, der in Richtung eines hubbeweglichen Ventilstößels von der Federkraft einer Druckfeder beaufschlagt ist, so dass bei unbestromtem Elektromagneten der Anker mit dem Ventilstößel mechanisch gekoppelt ist und diesen in einer Offenstellung hält. Erfindungsgemäß ist der Anker von einer zentralen Bohrung durchsetzt, die beidseits des Ankers ausgebildete Druckräume verbindet. Ferner ist ein stiftförmiges Verdrängerelement vorgesehen, das zumindest bei einer Hubbewegung des Ankers in die zentrale Bohrung des Ankers eintaucht.
  • Das beim Schalten des Saugventils in die zentrale Bohrung des Ankers eintauchende Verdrängerelement führt zu einer gezielten Volumenverdrängung. Hierüber ist ein Druckausgleich herstellbar, welcher der Ausbildung lokaler Unterdruckzonen entgegenwirkt und somit die Kavitationsgefahr mindert.
  • Taucht das Verdrängerelement in die zentrale Bohrung des Ankers ein, verkleinert sich das Volumen innerhalb des Ankers und Kraftstoff wird aus der Bohrung in den Druckraum unterhalb des Ankers verdrängt. Hierbei handelt es sich um den Druckraum, der auf der dem Ventilstößel zugewandten Seite des Ankers angeordnet ist, bzw. den Druckraum, dessen Volumen sich aufgrund des Hubs des Ankers vergrößert. Das in den Druckraum verdrängte Volumen verhindert, dass der Druck in diesem Druckraum unter eine kritische Grenze fällt.
  • Zusätzlich kann über einen frei bleibenden Strömungsquerschnitt zwischen Verdrängerelement und Anker eine definierte Menge Kraftstoff aus dem oberhalb des Ankers gelegenen Druckraum in die Bohrung und damit in den unterhalb des Ankers liegenden Druckraum verdrängt werden. Die Einstellung der zusätzlich verdrängten Menge ist über den freien Strömungsquerschnitt gezielt einstellbar.
  • Vorzugsweise verbleibt demnach zwischen dem Anker und dem Verdrängerelement ein definierter freier Strömungsquerschnitt.
  • Die Volumenverdrängung wirkt insbesondere der Kavitation im Kontaktbereich zwischen Anker und Ventilstößel entgegen. Damit sinkt die Belastung von Anker und Ventilstößel, so dass diese aus weniger verschleißfesten Werkstoffen gefertigt sein können bzw. ein Verschleißvorhalt vernachlässigbar ist. Darüber hinaus können aufwendige Wärmebehandlungen der Bauteile zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit entfallen. Dies hat zur Folge, dass die Fertigungskosten gesenkt werden können.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besitzt das Verdrängerelement einen gegenüber dem Innendurchmesser der Bohrung des Ankers reduzierten Außendurchmesser. Dies führt zur Ausbildung eines umlaufenden Ringspalts zwischen dem Verdrängerelement und dem Anker, der den verbleibenden freien Strömungsquerschnitt definiert.
  • Alternativ oder ergänzend kann das Verdrängerelement außenumfangseitig mindestens eine Längsnut und/oder Abflachung aufweisen. Der zwischen dem Verdrängerelement und dem Anker verbleibende freie Strömungsquerschnitt kann demnach auch durch einen axial verlaufenden Strömungskanal definiert werden.
  • Um eine definierte Menge Kraftstoff über den verbleibenden freien Strömungsquerschnitt zwischen dem Anker und dem Verdrängerelement abzuführen, wirkt vorzugsweise das stiftförmige Verdrängerelement eine Drosselstelle ausbildend mit dem Anker zusammen. Das heißt, dass der verbleibende freie Strömungsquerschnitt zwischen dem Anker und dem Verdrängerelement zumindest in einem Abschnitt einem Drosselquerschnitt entspricht.
  • Vorteilhafterweise ist der Anker zumindest abschnittsweise in einem Ventilkörper des Saugventils aufgenommen. Der Ventilkörper kann in diesem Fall zur Führung des Ankers eingesetzt werden. Alternativ oder ergänzend kann der Ventilkörper eine erste Endlage des Ankers definieren. Zur Einstellung des Hubs des Ankers kann zwischen dem Anker und dem Ventilkörper ein Einstellelement eingelegt sein, so dass der Ventilkörper lediglich mittelbar die erste Endlage definiert. Sofern ein solches Einstellelement vorgesehen ist, ist dieses bevorzugt ringförmig ausgebildet und an einem ringförmigen Absatz des Ventilkörpers axial abgestützt. Da die Führung des Ankers über den Ventilkörper bewirkt wird, kann der zwischen Anker und Verdrängerelement verbleibende freie Strömungsquerschnitt beliebig ausgelegt werden.
  • Alternativ kann der Anker aber auch über das stiftförmige Verdrängerelement geführt sein. In diesem Fall ist der Radialspalt zwischen dem Verdrängerelement und dem Anker möglichst eng ausgelegt. Der zur gezielten Volumenverdrängung vorgesehene freie Strömungsquerschnitt zwischen dem Verdrängungselement und dem Anker kann dann über einen axial verlaufenden Strömungskanal sichergestellt werden. Hierzu kann außenumfangseitig am Verdrängerelement - wie zuvor bereits beschrieben - mindestens eine Längsnut und/oder Abflachung vorgesehen sein. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, über einen ausreichend groß dimensionierten Radialspalt zwischen dem Anker und dem Ventilkörper Kraftstoff zu verdrängen, da das Verdrängerelement zusätzlich die Führung des Ankers übernimmt.
  • Das stiftförmige Verdrängerelement ist vorzugsweise ortsfest montiert, so dass sich der Anker relativ zum Verdrängerelement bewegt. Hierzu kann das stiftförmige Verdrängerelement mit einem Polkern des Elektromagneten fest verbunden sein. Beispielsweise kann das stiftförmige Verdrängerelement in eine zentrale Ausnehmung des Polkerns eingepresst sein. Alternativ kann auch der Polkern selbst das stiftförmige Verdrängerelement ausbilden. Zum Beispiel kann der Polkern einen als Verdrängerelement dienenden stiftförmigen Ansatz aufweisen, der auf einer dem Anker zugewandten Stirnfläche des Polkerns ausgebildet ist.
  • Vorteilhafterweise ist die den Anker belastende Druckfeder unmittelbar am Polkern abgestützt. Andernends erfolgt die Abstützung der Druckfeder bevorzugt unmittelbar am Anker. Zur Lagefixierung kann die Druckfeder zumindest abschnittsweise in den Polkern und/oder in den Anker eingelassen sein. Auf diese Weise wird zudem eine in axialer Richtung kompakt bauende Anordnung erreicht.
  • Ferner wird vorgeschlagen, dass die Druckfeder das stiftförmige Verdrängerelement zumindest abschnittsweise umgibt. Über das Verdrängerelement kann in diesem Fall eine Führung der Druckfeder bewirkt werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Polkern über eine Hülse mit dem Ventilkörper verbunden. Über die Hülse ist der axiale Abstand zwischen dem Polkern und dem Ventilkörper einstellbar. Wird zudem die zweite Endlage des Ankers durch den Polkern vorgegeben, kann über den axialen Abstand der Hub des Ankers eingestellt werden.
  • Die ferner vorgeschlagene Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere ein Common-Rail-Einspritzsystem, zeichnet sich dadurch aus, dass sie ein erfindungsgemäßes Saugventil umfasst. Das Saugventil ist dabei bevorzugt in ein Gehäuseteil der Hochdruckpumpe integriert, so dass das Gehäuseteil einen Ventilsitz des Saugventils ausbildet. In dieser Anwendung eines erfindungsgemäßen Saugventils kommen die Vorteile der Erfindung besonders gut zum Tragen, da der Kontaktbereich zwischen dem Anker und dem Ventilstößel durch Druckpulsationen aus einem als Zulauf für das Saugventil dienenden Niederdruckbereich zusätzlich belastet wird.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
    • Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch ein in eine Hochdruckpumpe integriertes, elektromagnetisch betätigbares Saugventil gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
    • Fig. 2a, b jeweils einen schematischen Längsschnitt durch das Saugventil der Fig. 1 in vergrößerter Darstellung und in unterschiedlichen Betriebszuständen sowie
    • Fig. 3a, b jeweils einen schematischen Längsschnitt durch ein elektromagnetisch betätigbares Saugventil gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in vergrößerte Darstellung und in unterschiedlichen Betriebszuständen.
    Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
  • Das in der Fig. 1 dargestellte elektromagnetisch betätigbare Saugventil dient der Befüllung eines Hochdruck-Elementraums 19 einer Hochdruckpumpe mit Kraftstoff. Das Saugventil ist hierzu in ein Gehäuseteil 17 der Hochdruckpumpe integriert, das zugleich einen Ventilsitz 18 ausbildet.
  • Das Saugventil umfasst einen mit dem Ventilsitz 18 zusammenwirkenden hubbeweglichen Ventilstößel 3, der in Schließrichtung von der Federkraft einer Schließfeder 21 beaufschlagt ist. Die Schließfeder 21 ist als Schraubendruckfeder ausgebildet, die den Ventilstößel 3 bereichsweise umgibt und einerseits am Gehäuseteil 17, andererseits an einem auf den Ventilstößel 3 aufgepressten Federteller 22 abgestützt ist.
  • Im Gehäuseteil 17 ist ferner ein ringförmiger Niederdruckraum 20 ausgebildet, der von einem Ventilkörper 14 des Saugventils begrenzt wird und als Zulauf dient. Der Ventilkörper 14 nimmt zugleich einen Anker 2 auf, der über den Ventilkörper 14 hubbeweglich geführt ist. Der Anker 2 ist in Richtung des Ventilstößels 3 von der Federkraft einer Druckfeder 4 beaufschlagt, die größer als die Federkraft der den Ventilstößel 3 belastenden Schließfeder 21 ist, so dass die Federkraft der Druckfeder 4 das Saugventil geöffnet hält.
  • Um das Saugventil zu schließen, muss ein Elektromagnet 1 bestromt werden. Die Bestromung des Elektromagneten 1 führt zum Aufbau eines Magnetfelds, dessen Magnetkraft den Anker 2 - entgegen der Federkraft der Druckfeder 4 - in Richtung eines Polkerns 15 zieht, der die obere Endlage des Ankers 2 definiert. Die untere Endlage ist durch einen Ringkörper 23 vorgegeben, der an einem Absatz 24 des Ventilkörpers 14 abgestützt ist. Der Polkern 15 ist über eine Hülse 16 mit dem Ventilkörper 14 fest verbunden.
  • Wie insbesondere den Figuren 2a und 2b zu entnehmen ist, ist in den Polkern 15 ein stiftförmiges Verdrängerelement 8 eingepresst. Dieses taucht in eine zentrale Bohrung 5 des Ankers 2 ein, wenn die Magnetkraft des Elektromagneten 1 den Anker 2 in Richtung des Polkerns 15 zieht. Dabei verkleinert das Verdrängerelement 8 das Volumen der Bohrung 5, während sich das Volumen eines unterhalb des Ankers 2 angeordneten Druckraums 7 vergrößert. Aus der Bohrung 5 in den Druckraum 7 verdrängter Kraftstoff bewirkt, dass der Druck im Druckraum 7 nicht unter einen kavitationskritischen Bereich abfällt. Zugleich wird über einen Ringspalt 10 zwischen dem Verdrängerelement 8 und dem Anker 2 eine Drosselstelle 13 ausgebildet, die einen freien Strömungsquerschnitt 9 besitzt, über den eine gezielte Menge Kraftstoff aus einem oberhalb des Ankers 2 gelegenen Druckraum 6 in die Bohrung 5 und damit in den Druckraum 7 unterhalb des Ankers 2 abgeführt wird. Denn mit dem Hub des Ankers 2 verkleinert sich das Volumen des oberhalb des Ankers 2 gelegenen Druckraums 6 und der Druck im Druckraum 6 steigt an. Über die gezielte Volumenverdrängung kann ein Druckausgleich bewirkt werden, der die Kavitationsgefahr im Druckraum 7, insbesondere im Kontaktbereich B des Ankers 2 mit dem Ventilstößel 3, deutlich mindert.
  • Die Fig. 2a zeigt das Saugventil in Schließstellung, in der der Anker 2 am Ventilstößel 3 anliegt. Das Volumen des oberhalb des Ankers 2 gelegenen Druckraums 6 ist maximal, während das des unterhalb des Ankers 2 gelegenen Druckraums 7 minimal ist. Hat der Anker 2 - wie in der Fig. 2b dargestellt - nach einem Hub h entlang einer Längsachse A seine obere Endlage erreicht, verhält es sich umgekehrt.
  • Die Eintauchtiefe des Verdrängerelements 8 in die zentrale Bohrung 5 des Ankers 2 entspricht vorliegend dem Hub h des Ankers 2. Dies ist jedoch nicht zwingend der Fall. Beispielsweise kann auch bereits in Ruhestellung, d. h. bei geschlossenem Saugventil, das Verdrängerelement 8 in die Bohrung 5 eingreifen, so dass die Eintauchtiefe auch größer als der Hub h des Ankers 2 sein kann.
  • Den Figuren 3a und 3b ist eine alternative Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Saugventils zu entnehmen. Hier bilden Abflachungen 11 am Verdrängerelement 8 axial verlaufende Strömungskanäle 12 aus, welche den zwischen dem Anker 2 und dem Verdrängerelement 8 verbleibenden freien Strömungsquerschnitt definieren. Dieser ist auch hier als Drosselquerschnitt 13 ausgelegt, um bei einem Hub des Ankers 2 eine definierte Menge Kraftstoff aus dem Druckraum 6 in den Druckraum 7 abzuführen. Im Übrigen ist der Außendurchmesser des Verdrängerelements 8 dazu ausgelegt, den Anker 2 zu führen, so dass die Führungsfunktion des Ventilkörpers 14 entfällt. Der Radialspalt 25 zwischen dem Ventilkörper 14 und dem Anker 2 kann dementsprechend groß ausgelegt werden, um hierüber zusätzlich einen Druckausgleich herbeizuführen.

Claims (10)

  1. Elektromagnetisch betätigbares Saugventil für eine Hochdruckpumpe in einem Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere in einem Common-Rail-Einspritzsystem, umfassend einen Elektromagneten (1) zur Einwirkung auf einen hubbeweglichen Anker (2), der in Richtung eines hubbeweglichen Ventilstößels (3) von der Federkraft einer Druckfeder (4) beaufschlagt ist, so dass bei unbestromtem Elektromagneten (1) der Anker (2) mit dem Ventilstößel (3) mechanisch gekoppelt ist und diesen in einer Offenstellung hält,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (2) von einer zentralen Bohrung (5) durchsetzt ist, die beidseits des Ankers (2) ausgebildete Druckräume (6, 7) verbindet, und ein stiftförmiges Verdrängerelement (8) vorgesehen ist, das zumindest bei einer Hubbewegung des Ankers (2) in die Bohrung (5) eintaucht.
  2. Saugventil nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Verdrängerelement (8) einen gegenüber dem Innendurchmesser der Bohrung (5) reduzierten Außendurchmesser besitzt, so dass ein umlaufender Ringspalt (10) einen freien Strömungsquerschnitt (9) definiert.
  3. Saugventil nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Verdrängerelement (8) außenumfangseitig mindestens eine Längsnut und/oder Abflachung (11) aufweist, so dass mindestens ein axial verlaufender Strömungskanal (12) einen freien Strömungsquerschnitt (9) definiert.
  4. Saugventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass das stiftförmige Verdrängerelement (8) eine Drosselstelle (13) ausbildend mit dem Anker (2) zusammenwirkt.
  5. Saugventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (2) zumindest abschnittsweise in einem Ventilkörper (14) aufgenommen ist, wobei vorzugsweise der Anker (2) über den Ventilkörper (14) geführt ist und/oder der Ventilkörper (14) eine erste Endlage des Ankers (2) definiert.
  6. Saugventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (2) über das stiftförmige Verdrängerelement (8) geführt ist.
  7. Saugventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass das stiftförmige Verdrängerelement (8) mit einem Polkern (15) des Elektromagneten (1) fest verbunden ist oder ein Polkern (15) des Elektromagneten (1) das stiftförmige Verdrängerelement (8) ausbildet.
  8. Saugventil nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfeder (4) am Polkern (15) abgestützt ist und/oder das stiftförmige Verdrängerelement (8) zumindest abschnittsweise umgibt.
  9. Saugventil nach einem der Ansprüche 7 oder 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Polkern (15) über eine Hülse (17) mit dem Ventilkörper (14) verbunden ist und/oder eine zweite Endlage des Ankers (2) definiert.
  10. Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere ein Common-Rail-Einspritzsystem, mit einem Saugventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Saugventil in ein Gehäuseteil (18) der Hochdruckpumpe integriert ist, das vorzugsweise einen Ventilsitz (19) des Saugventils ausbildet.
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