DE102020209574A1

DE102020209574A1 - Electromagnetically actuated inlet valve and high-pressure pump with inlet valve

Info

Publication number: DE102020209574A1
Application number: DE102020209574.4A
Authority: DE
Inventors: Marcus Buehler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-07-29
Filing date: 2020-07-29
Publication date: 2022-02-03

Abstract

Es wird ein elektromagnetisch betätigbares Einlassventil (24) für eine Hochdruckpumpe, insbesondere eines Kraftstoffeinspritzsystems, vorgeschlagen. Das Einlassventil (24) weist ein Ventilglied (34) auf, das zwischen einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung bewegbar ist. Es ist ein elektromagnetischer Aktor (60) vorgesehen, durch den das Ventilglied (34) bewegbar ist, wobei der elektromagnetische Aktor (60) eine Magnetspule (64) und einen zumindest mittelbar auf das Ventilglied (34) wirkenden beweglichen Magnetanker (68) aufweist. Der Magnetanker (68) ist durch Bestromung der Magnetspule (64) vom Ventilglied (34) wegbewegbar um eine Bewegung des Ventilglieds (34) in seine Schließstellung zu ermöglichen. Der Magnetanker (68) ist in einem fluidgefüllten Steuerraum (80) angeordnet. Es ist ein Drucksensor (94) vorgesehen, durch den die durch die Bewegung des Magnetankers (68) bei Bestromung der Magnetspule (64) in dem Steuerraum (80) bewirkte Druckänderung erfasst wird.An electromagnetically actuable inlet valve (24) for a high-pressure pump, in particular a fuel injection system, is proposed. The inlet valve (24) has a valve member (34) which can be moved between an open position and a closed position. An electromagnetic actuator (60) is provided, by means of which the valve member (34) can be moved, the electromagnetic actuator (60) having a magnet coil (64) and a movable magnet armature (68) which acts at least indirectly on the valve member (34). The magnet armature (68) can be moved away from the valve member (34) by energizing the magnet coil (64) in order to enable the valve member (34) to be moved into its closed position. The magnet armature (68) is arranged in a fluid-filled control chamber (80). A pressure sensor (94) is provided, which detects the change in pressure caused by the movement of the magnet armature (68) when the magnet coil (64) is energized in the control chamber (80).

Description

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.The invention relates to an electromagnetically actuable inlet valve for a high-pressure pump, in particular a fuel injection system, according to the preamble of claim 1. The invention also relates to a high-pressure pump with such an inlet valve.

Stand der TechnikState of the art

Ein elektromagnetisch betätigbares Einlassventil für eine Hochdruckpumpe eines Kraftstoffeinspritzsystems, ist durch die DE 10 2015 212 390 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 eine Magnetspule und einen zumindest mittelbar auf das Ventilglied wirkenden beweglichen Magnetanker auf. Bei unbestromter Magnetspule wird der Magnetanker durch eine Rückstellfeder zum Ventilglied hin beaufschlagt und hält dieses in seiner Öffnungsstellung. Das Ventilglied wird durch eine Schließfeder zu seiner Schließstellung hin beaufschlagt, wobei die Kraft der Schließfeder geringer ist als die Kraft der Rückstellfeder. Wenn eine Förderung durch die Hochdruckpumpe erfolgen soll so wird die Magnetspule bestromt, so dass der Magnetanker gegen die Kraft der Rückstellfeder vom Ventilglied wegbewegt wird und dieses durch die Schließfeder in seine Schließstellung bewegt wird. Zur Beendigung der Förderung wird die Bestromung der Magnetspule beendet, so dass der Magnetanker durch die Rückstellfeder zum Ventilglied hin bewegt wird und dieses wieder in seine Öffnungsstellung bewegt wird. Bei Bestromung der Magnetspule kommt der Magnetanker an einem ersten Anschlag zur Anlage und bei nicht bestromter Magnetspule kommt der Magnetanker durch die Rückstellfeder bewirkt an einem zweiten Anschlag zur Anlage. Bei Beendigung der Bestromung der Magnetspule kommt der Magnetanker am Ventilglied zur Anlage.An electromagnetically operable inlet valve for a high-pressure pump of a fuel injection system is through the DE 10 2015 212 390 A1 known. The high-pressure pump has at least one pump element with a pump piston that is driven in a stroke movement and delimits a pump working chamber. The pump work chamber can be connected to an inlet for the fuel via the inlet valve. The intake valve includes a valve member which cooperates with a valve seat for control and which is movable between an open position and a closed position. In its closed position, the valve member comes into contact with the valve seat. Furthermore, the intake valve includes an electromagnetic actuator, by which the valve member can be moved. The electromagnetic actuator has a magnet coil and a movable magnet armature that acts at least indirectly on the valve member. When the magnet coil is de-energized, the magnet armature is acted upon by a return spring towards the valve member and holds it in its open position. The valve member is urged towards its closed position by a closing spring, the force of the closing spring being less than the force of the restoring spring. If delivery is to take place through the high-pressure pump, the magnet coil is energized so that the magnet armature is moved away from the valve member against the force of the return spring and the valve member is moved into its closed position by the closing spring. To end the delivery, the energization of the magnet coil is stopped, so that the magnet armature is moved towards the valve member by the return spring and this is moved back into its open position. When the magnet coil is energized, the magnet armature comes into contact with a first stop, and when the magnet coil is not energized, the magnet armature comes into contact with a second stop, caused by the return spring. When the energization of the magnet coil ends, the magnet armature comes into contact with the valve member.

Die Ansteuerung des Aktors des Einlassventils erfolgt durch eine elektronische Steuereinrichtung in Abhängigkeit von Betriebsparametern einer Brennkraftmaschine, die durch die Hochdruckpumpe mit Kraftstoff versorgt wird, wobei die Hochdruckpumpe Kraftstoff in einen Speicher fördert. Durch entsprechende Ansteuerung des Aktors des Einlassventils durch die Steuereinrichtung kann die von der Hochdruckpumpe in den Speicher geförderte Kraftstoffmenge variabel an den Bedarf der Brennkraftmaschine angepasst werden. Hierbei ist es erforderlich, dass die Steuereinrichtung Informationen über die tatsächliche Fördermenge der Hochdruckpumpe erhält. Hierzu wird beispielsweise der Druckverlauf im Speicher ausgewertet, aus dem erkannt werden kann ob eine Förderung durch die Hochdruckpumpe erfolgt ist. Dies lässt jedoch nur ungenaue Rückschlüsse über das Schaltverhalten des Einlassventils zu.The actuator of the intake valve is controlled by an electronic control device as a function of operating parameters of an internal combustion engine that is supplied with fuel by the high-pressure pump, with the high-pressure pump delivering fuel to a reservoir. The amount of fuel delivered by the high-pressure pump into the accumulator can be variably adapted to the requirements of the internal combustion engine by appropriate activation of the actuator of the inlet valve by the control device. In this case, it is necessary for the control device to receive information about the actual flow rate of the high-pressure pump. For this purpose, for example, the pressure profile in the accumulator is evaluated, from which it can be recognized whether the high-pressure pump has delivered. However, this only allows imprecise conclusions about the switching behavior of the intake valve.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

Vorteile der ErfindungAdvantages of the Invention

Das erfindungsgemäße Einlassventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass durch den Drucksensor Schaltvorgänge und/oder der Schaltzustand des Einlassventils direkt detektiert werden können. Die Bewegung des Magnetankers bei Bestromung der Magnetspule führt zu einem deutlich identifizierbaren Signal des Drucksensors aus dem abgeleitet werden kann ob und wann das Einlassventil geschlossen ist und somit eine Förderung erfolgt ist.The intake valve according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that switching processes and/or the switching state of the intake valve can be detected directly by the pressure sensor. The movement of the magnet armature when the magnet coil is energized leads to a clearly identifiable signal from the pressure sensor, from which it can be derived whether and when the inlet valve is closed and thus delivery has taken place.

In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Einlassventils angegeben. Durch die Ausbildung gemäß Anspruch 2 ist eine sichere Funktion des Drucksensors erreicht, da keine Beeinflussung durch den elektromagnetischen Aktor vorhanden ist. Die Ausbildung gemäß Anspruch 5 ermöglicht eine vorteilhafte Anordnung des Drucksensors.Advantageous refinements and developments of the intake valve according to the invention are specified in the dependent claims. The embodiment according to claim 2 ensures that the pressure sensor functions reliably, since there is no influence from the electromagnetic actuator. The embodiment according to claim 5 enables an advantageous arrangement of the pressure sensor.

Zeichnungdrawing

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird 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 mit einem Drucksensor und 3 ein Diagramm mit dem zeitlichen Verlauf des Signals des Drucksensors sowie der Bestromung einer Magnetspule des Einlassventils.An embodiment of the invention is described in more detail below with reference to the attached drawing. Show it 1 a schematic longitudinal section through a high-pressure pump, 2 in an enlarged view an in 1 Section marked II with the inlet valve of the high-pressure pump with a pressure sensor and 3 a diagram with the time profile of the signal from the pressure sensor and the energization of a magnet coil of the inlet valve.

Beschreibung des AusführungsbeispielsDescription of the embodiment

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 bei geschlossenem Einlassventil 24 Kraftstoff aus dem Pumpenarbeitsraum 18 verdrängt und in den Speicher 30 gefördert.In 1 shows a detail of a high-pressure pump that is provided for fuel delivery in a fuel injection system of an internal combustion engine. The high-pressure pump has at least one pump element 10, which in turn has a pump piston 12, which is driven in a stroke movement by a drive ben is guided in a cylinder bore 14 of a housing part 16 of the high-pressure pump and in the cylinder bore 14 a pump working chamber 18 is limited. A drive shaft 20 with a cam 22 or eccentric can be provided as a drive for the pump piston 12, on which the pump piston 12 is supported directly or via a tappet, for example a roller tappet. The pump work chamber 18 can be connected to a fuel inlet 26 via an inlet valve 24 and to a reservoir 30 via an outlet valve 28. During the suction stroke of the pump piston 12, the pump work chamber 18 can be filled with fuel when the inlet valve 24 is open. During the delivery stroke of the pump piston 12 , when the inlet valve 24 is closed, fuel is displaced out of the pump working chamber 18 and pumped into the reservoir 30 .

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.In the housing part 16 of the high pressure pump closes as in 2 shown on the cylinder bore 14 on the side facing away from the pump piston 12 a through bore 32 with a smaller diameter than the cylinder bore 14, which opens on the outside of the housing part 16. The inlet valve 24 has a piston-shaped valve member 34 which has a shank 36 guided displaceably in the through bore 32 and a head 38 which is larger in diameter than the shank 36 and which is arranged in the pump working chamber 18 . A valve seat 40 is formed on the housing part 16 at the transition from the cylinder bore 14 to the through bore 32 , with which the valve member 34 interacts with a sealing surface 42 formed on its head 38 .

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.In a section adjoining the valve seat 40, the through-bore 32 has a larger diameter than in its section guiding the shank 36 of the valve member 34, so that an annular space 44 surrounding the shank 36 of the valve member 34 is formed. One or more feed bores 46 open into the annular space 44 and open out on the other side on the outside of the housing part 16 .

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 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.The shaft 36 of the valve member 34 protrudes from the through bore 32 on the side of the housing part 16 facing away from the pump working chamber 18 and a support element 48 is fastened to this. A valve spring 50 is supported on the support element 48 and on the other hand is supported on an area of the housing part 16 surrounding the shaft 36 of the valve member 34 . The valve spring 50 acts on the valve member 34 in an actuating direction A in its closing direction, with the valve member 34 resting against the valve seat 40 with its sealing surface 42 in its closed position. The valve spring 50 is designed, for example, as a helical compression spring.

Das Einlassventil 24 ist durch einen elektromagnetischen Aktor 60 betätigbar, der insbesondere in den 2 und 3 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 von einem Aktorgehäuse 70 umgeben, das am Gehäuseteil 16 der Hochdruckpumpe befestigbar ist. Das Aktorgehäuse 70 ist aus Kunststoff hergestellt und in diesem ist die Magnetspule 64 aufgenommen. 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.The inlet valve 24 can be actuated by an electromagnetic actuator 60, which is in particular in the 2 and 3 is shown. The actuator 60 is controlled by an electronic control device 62 depending on the operating parameters of the internal combustion engine to be supplied. The electromagnetic actuator 60 has a magnet coil 64 , a magnet core 66 and a magnet armature 68 . The electromagnetic actuator 60 is arranged on the side of the inlet valve 24 facing away from the pump working chamber 18 . The magnetic core 66 and the magnetic coil 64 are surrounded by an actuator housing 70 which can be fastened to the housing part 16 of the high-pressure pump. The actuator housing 70 is made of plastic and the magnetic coil 64 is accommodated in this. The actuator housing 70 can be fastened to the housing part 16 by means of a screw ring 72 that overlaps it and is screwed onto a collar 74 of the housing part 16 that is provided with an external thread.

Der Magnetanker 68 ist zumindest im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet und über seinen Außenmantel in einer Aufnahme in Form einer Bohrung 76 in einem Trägerelement 78 in Richtung seiner Längsachse 69 verschiebbar geführt. Die Bohrung 76 im Trägerelement 78 verläuft zumindest annähernd koaxial zur Durchgangsbohrung 32 im Gehäuseteil 16 der Hochdruckpumpe und somit zum Ventilglied 34. An die Bohrung 76 schließt sich im Trägerelement 78 zum Einlassventil 24 hin eine weitere Bohrung 77 mit kleinerem Durchmesser als die Bohrung 76 an. Durch den Magnetanker 68 wird in der Bohrung 76 zum Magnetkern 66 hin ein Steuerraum 80 begrenzt, der mit Kraftstoff gefüllt ist.The magnet armature 68 is at least essentially cylindrical and is guided via its outer casing in a receptacle in the form of a bore 76 in a carrier element 78 in the direction of its longitudinal axis 69 so that it can be displaced. The bore 76 in the carrier element 78 runs at least approximately coaxially to the through bore 32 in the housing part 16 of the high-pressure pump and thus to the valve member 34. The bore 76 in the carrier element 78 towards the inlet valve 24 is followed by a further bore 77 with a smaller diameter than the bore 76. The magnet armature 68 delimits a control chamber 80 in the bore 76 toward the magnet core 66 and is filled with fuel.

Der Magnetanker 68 weist eine zumindest annähernd koaxial zur Längsachse 69 des Magnetankers 68 angeordnete zentrale Sackbohrung 81 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 Sackbohrung 84 aufweist, in die die Rückstellfeder 82 hineinragt. Die Sackbohrung 84 bildet eine Aufnahme für die Rückstellfeder 82 und die Sackbohrung 84 ist mit dem Steuerraum 80 verbunden und bildet somit einen Teil des Steuerraums 80. In der Bohrung 84 des Magnetankers 66 kann ein Abstützelement 85 für die Rückstellfeder 82 eingefügt, beispielsweise eingepresst sein. Der Magnetanker 68 weist eine oder mehrere Durchgangsöffnungen 91 auf um einen Durchtritt von Kraftstoff bei der Bewegung des Magnetankers 68 in der Bohrung 76 zu ermöglichen.The magnet armature 68 has a central blind bore 81 which is arranged at least approximately coaxially to the longitudinal axis 69 of the magnet armature 68 and into which a restoring spring 82 which is arranged on the side of the magnet armature 68 facing away from the valve member 34 and is supported on the magnet armature 68 protrudes. At its other end, the restoring spring 82 is supported at least indirectly on the magnet core 66, which has a central blind hole 84 into which the restoring spring 82 protrudes. The blind bore 84 forms a receptacle for the return spring 82 and the blind bore 84 is connected to the control chamber 80 and thus forms part of the control chamber 80. In the bore 84 of the magnet armature 66, a support element 85 for the return spring 82 can be inserted, for example pressed. The magnet armature 68 has one or more through-openings 91 in order to allow fuel to pass through when the magnet armature 68 moves in the bore 76 .

In der Bohrung 76 ist durch die Durchmesserverringerung zur weiteren Bohrung 77 hin eine Ringschulter 88 gebildet. Zwischen der Ringschulter 88 und dem Magnetanker 68 kann ein Anschlagelement 90 angeordnet sein, durch das die Bewegung des Magnetankers 68 zum Einlassventil 24 hin begrenzt ist. Das Anschlagelement 90 ist hülsenförmig ausgebildet und durch dieses ragt der Magnetanker 68 zum Einlassventil 24 hindurch und kommt zumindest mittelbar am Ventilglied 34 zur Anlage. Der Magnetkern 66 und das Trägerelement 78 sind über ein hülsenförmiges Verbindungselement 92 miteinander verbunden, das auf dem Magnetkern 66 und auf dem Trägerelement 78 mittels jeweils einer Schweißverbindung 93 befestigt ist.An annular shoulder 88 is formed in the bore 76 as a result of the reduction in diameter toward the further bore 77 . Between the ring shoulder 88 and the magnet armature 68, a stop element 90 can be arranged, by which the movement of the magnet armature 68 towards the intake valve 24 is limited. The stop element 90 is designed in the form of a sleeve and the magnet armature 68 protrudes through this to the inlet valve 24 and comes into contact at least indirectly with the valve member 34 . The magnet core 66 and the carrier element 78 are connected to one another via a sleeve-shaped connecting element 92 which is fastened to the magnet core 66 and to the carrier element 78 by means of a welded connection 93 in each case.

Bei Bestromung der Magnetspule 64 wird der Magnetanker 68 gegen die Kraft der Rückstellfeder 82 bewegt bis dieser in Anlage am Magnetkern 66 gelangt. Der Magnetkern 66 bildet somit einen ersten Anschlag für den Magnetanker 68. Wenn die Magnetspule 64 unbestromt ist so wird der Magnetanker 68 durch die Rückstellfeder 82 in Anlage am Anschlagelement 90 gebracht, das somit einen zweiten Anschlag für den Magnetanker 68 bildet. Wenn sich der Magnetanker 68 in Anlage am Magnetkern 66 als erstem Anschlag befindet so liegt der Magnetanker 68 nicht mehr am Ventilglied 34 an, sondern ist mit Abstand zu diesem angeordnet. Bei Beendigung der Bestromung der Magnetspule 64 bewegt sich der Magnetanker 68 durch die Rückstellfeder 82 bewirkt zum Ventilglied 34 hin, kommt an diesem zur Anlage und weiter bewegen sich dann Magnetanker 68 und Ventilglied 34 zusammen bis der Magnetanker 68 am Anschlagelement 90 anliegt.When the magnet coil 64 is energized, the magnet armature 68 is moved against the force of the return spring 82 until it comes into contact with the magnet core 66 . The magnet core 66 thus forms a first stop for the magnet armature 68. When the magnet coil 64 is de-energized, the magnet armature 68 is brought into contact with the stop element 90 by the return spring 82, which thus forms a second stop for the magnet armature 68. When the magnet armature 68 is in contact with the magnet core 66 as the first stop, the magnet armature 68 is no longer in contact with the valve member 34 but is arranged at a distance from it. When the energization of the magnet coil 64 ends, the magnet armature 68 moves toward the valve member 34, caused by the return spring 82, comes into contact with it and then the magnet armature 68 and valve member 34 move further together until the magnet armature 68 rests against the stop element 90.

Erfindungsgemäß ist am Einlassventil 24 ein Drucksensor 94 angeordnet, der mit der Steuereinrichtung 62 verbunden ist. Der Drucksensor 94 ist innerhalb des Aktorgehäuses 70 angeordnet und erfasst den im Steuerraum 80 herrschenden Druck. Der Drucksensor 94 ist vorzugsweise am Boden der Sackbohrung 84 des Magnetkerns 66 angeordnet. Durch den Drucksensor 94 werden Druckänderungen im Steuerraum 80 erfasst, die durch die Bewegung des Magnetankers 68 bei Bestromung der Magnetspule 64 verursacht werden. In 3 ist mit durchgezogener Linie der zeitliche Verlauf des Drucks im Steuerraum 80 und damit des Signals S des Drucksensors 94 dargestellt. Außerdem ist in 3 mit gestrichelter Linie der zeitliche Verlauf der Bestromung I der Magnetspule 64 dargestellt. Mit kurzem zeitlichem Abstand nach Beginn der Bestromung der Magnetspule 64 erhöht sich durch die Bewegung des Magnetankers 68 zum Magnetkern 66 hin der Druck im Steuerraum 80, was ein Signal S1 des Drucksensors 94 erzeugt. Durch die Durchgangsöffnungen 91 des Magnetankers 68 ist zwar ein Durchtritt von Kraftstoff aus dem Steuerraum 80 zum Ventilglied 34 hin möglich, wobei jedoch wegen dem begrenzten Querschnitt der Durchgangsbohrungen 91 eine Drosselung vorhanden ist, wenn der Abstand zwischen Magnetanker 68 und Magnetkern 66 geringer wird und das Zuströmen von Kraftstoff zu den Durchgangsöffnungen 91 reduziert wird, durch die der Druckanstieg im Steuerraum 80 verursacht wird. Der Magnetanker 68 gelangt in seiner Endlage in Anlage am Magnetkern 66 als erstem Anschlag. Mit kurzem zeitlichem Abstand nach Beendigung der Bestromung der Magnetspule 64 gelangt der Magnetanker 68 in Anlage am Ventilglied 34. Mit weiterem zeitlichem Abstand nach der Anlage am Ventilglied 34 gelangt der Magnetanker 68 in Anlage am Anschlagelement 90.According to the invention, a pressure sensor 94 is arranged on inlet valve 24 and is connected to control device 62 . The pressure sensor 94 is arranged within the actuator housing 70 and detects the pressure prevailing in the control chamber 80 . The pressure sensor 94 is preferably arranged at the bottom of the blind hole 84 of the magnet core 66 . The pressure sensor 94 detects changes in pressure in the control chamber 80 which are caused by the movement of the magnet armature 68 when the magnet coil 64 is energized. In 3 the time profile of the pressure in the control chamber 80 and thus of the signal S of the pressure sensor 94 is shown with a solid line. In addition, 3 the time course of the energization I of the magnetic coil 64 is shown with a dashed line. A short time after the start of energizing the magnet coil 64, the pressure in the control chamber 80 increases due to the movement of the magnet armature 68 toward the magnet core 66, which generates a signal S1 of the pressure sensor 94. Although it is possible for fuel to pass through the through openings 91 in the magnet armature 68 from the control chamber 80 to the valve member 34, the limited cross section of the through bores 91 means that there is a throttling when the distance between the magnet armature 68 and the magnet core 66 decreases and that Inflow of fuel is reduced to the through-openings 91, through which the pressure rise in the control chamber 80 is caused. In its end position, the magnet armature 68 comes into contact with the magnet core 66 as the first stop. A short time after the end of the energization of the magnet coil 64, the magnet armature 68 comes into contact with the valve member 34. With a further time interval after the contact with the valve member 34, the magnet armature 68 comes into contact with the stop element 90.

Das Signal des Drucksensors 94 wird durch die Steuereinrichtung 62 ausgewertet. Aus dem Signal S1 des Drucksensors 94 kann ermittelt werden ob der Magnetanker 68 in Anlage am Magnetkern 66 als erstem Anschlag gelangt ist und somit das Einlassventil 24 geschlossen war und eine Förderung in den Speicher 30 erfolgt ist. Wenn das Signal S1 nicht vorhanden ist oder mit zu geringer Höhe vorhanden ist so kann hieraus gefolgert werden, dass das Einlassventil 24 nicht geschlossen war oder zu kurz geschlossen war und keine oder eine nicht ausreichende Förderung in den Speicher 30 erfolgt ist. Der Schließzeitpunkt des Einlassventils 24 fällt zumindest annähernd mit dem Maximum des Signals S1 zusammen.The signal from the pressure sensor 94 is evaluated by the control device 62 . From the signal S1 of the pressure sensor 94 it can be determined whether the magnet armature 68 has come into contact with the magnet core 66 as the first stop and thus the inlet valve 24 was closed and delivery into the accumulator 30 took place. If the signal S1 is not present or is present at a level that is too low, it can be concluded from this that the inlet valve 24 was not closed or was closed for too short a time and no or insufficient delivery to the accumulator 30 took place. The closing time of intake valve 24 coincides at least approximately with the maximum of signal S1.

Insbesondere im ballistischen Betrieb des Magnetankers 68, der eine Kürzung der Bestromungsdauer der Magnetspule 64 beinhaltet, ist es erforderlich ein zuverlässiges Schaltverhalten sicherzustellen. Hierzu kann die Bestromungsdauer so lange gekürzt werden, bis das Signal S1 gerade nicht mehr oder nicht mehr in ausreichender Höhe detektierbar ist und der Magnetanker 68 nicht mehr den ersten Anschlag am Magnetkern 66 erreicht. Anschließend kann die Bestromungsdauer geringfügig erhöht werden und damit ein ballistischer Betrieb des Magnetankers 68 eingestellt wird. Beim ballistischen Betrieb wird die Bestromung der Magnetspule 64 bereits beendet bevor der Magnetanker 68 den Anschlag am Magnetkern 66 erreicht hat, wobei sich der Magnetanker 68 jedoch weiter bewegt bis zum Anschlag am Magnetkern 66. Durch einen ballistischen Betrieb des Magnetankers 68 kann der Energieeinsatz bei der Bestromung der Magnetspule 64 und die Kontaktkraft reduziert werden.In particular, in the ballistic operation of the magnet armature 68, which includes a shortening of the energization duration of the magnet coil 64, it is necessary to ensure reliable switching behavior. For this purpose, the duration of the energization can be shortened until the signal S1 can no longer be detected or can no longer be detected at a sufficient level and the magnet armature 68 no longer reaches the first stop on the magnet core 66 . The duration of the energization can then be slightly increased and ballistic operation of the magnet armature 68 is thus set. In ballistic operation, the energization of the magnet coil 64 is already terminated before the magnet armature 68 has reached the stop on the magnet core 66, whereby the magnet armature 68 continues to move until it hits the stop on the magnet core 66 Energization of the magnetic coil 64 and the contact force can be reduced.

Das Signal S1 des Drucksensors 94 kann auch hinsichtlich des Gradienten des Druckverlaufs ausgewertet werden. Hieraus kann beispielsweise eine Änderung der Bewegungscharakteristik des Magnetankers 68 über die Betriebsdauer des Einlassventils 24 erkannt werden, die durch Verschleiß verursacht sein kann. Zusätzlich kann auch eine negative Druckänderung im Steuerraum 80 durch den Drucksensor 94 erfasst werden, die durch ein Prellen des Magnetankers 68 am Magnetkern 66 verursacht wird und zu einem Signal S2 des Drucksensors 94 führt. Auch im Signal S1 kann ein Prellverhalten erkennbar sein. Aus dem Prellverhalten des Magnetankers 68 kann möglicher Verschleiß des Magnetankers 68 und/oder des Magnetkerns 66 ermittelt werden. Für das Signal S2 sind in 3 zwei verschiedene Verläufe mit durchgezogener Linie und gepunkteter Linie dargestellt.The signal S1 of the pressure sensor 94 can also be evaluated with regard to the gradient of the pressure curve. From this, for example, a change in the movement characteristics of magnet armature 68 over the service life of intake valve 24 can be detected, which can be caused by wear. In addition, a negative pressure change in the control chamber 80 can also be detected by the pressure sensor 94, which is caused by the magnet armature 68 bouncing on the magnet core 66 and results in a signal S2 of the pressure sors 94 leads. A bouncing behavior can also be detected in the signal S1. Possible wear of the magnet armature 68 and/or the magnet core 66 can be determined from the bouncing behavior of the magnet armature 68 . For the signal S2 are in 3 two different gradients are shown with a solid line and a dotted line.

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 82 zum Magnetkern 66 hin als erstem Anschlag 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 zumindest mittelbar an der Stirnseite des Schafts 36 des Ventilglieds 34 an.The function of the electromagnetically actuated intake valve 24 is explained below. During the suction stroke of the pump piston 12, the inlet valve 24 is open, in that its valve member 34 is in its open position, in which it is arranged with its sealing surface 42 away from the valve seat 40. The movement of the valve member 34 into its open position is brought about by the pressure difference prevailing between the fuel inlet 26 and the pump working chamber 18 against the force of the valve spring 50 . The magnetic coil 64 of the actuator 60 can be energized or de-energized. When the magnet coil 64 is energized, the magnet armature 68 is pulled by the resulting magnetic field against the force of the return spring 82 toward the magnet core 66 as the first stop. If the magnet coil 64 is not energized, the magnet armature 68 is pressed towards the inlet valve 24 by the force of the return spring 82 . The magnet armature 68 rests at least indirectly on the end face of the shaft 36 of the valve member 34 .

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.During the delivery stroke of the pump piston 12, the actuator 60 determines whether the valve member 34 of the inlet valve 24 is in its open position or closed position. When the magnet coil 64 is de-energized, the magnet armature 68 is moved by the return spring 82 in the direction of adjustment according to arrow B in 2 pressed, the valve member 34 being pressed by the magnet armature 68 against the valve spring 50 in the actuating direction B into its open position. The force of the return spring 82 acting on the magnet armature 68 is greater than the force of the valve spring 50 acting on the valve member 34. In the actuating direction B, the magnet armature 68 acts on the valve member 34 and the magnet armature 68 and the valve member 34 are moved together in the actuating direction B emotional. As long as the magnetic coil 64 is not energized, no fuel can be pumped into the reservoir 30 by the pump piston 12, but fuel displaced by the pump piston 12 is pumped back into the fuel inlet 26. If fuel is to be delivered to reservoir 30 during the delivery stroke of pump piston 12, solenoid 64 is energized, so that magnet armature 68 moves towards magnet core 66 in a direction opposite to direction B, according to arrow A in 2 is pulled. The magnet armature 68 therefore no longer exerts any force on the valve member 34, with the magnet armature 68 being moved in the actuating direction A by the magnetic field and the valve member 34 being moved independently of the magnet armature 68 by the valve spring 50 and between the pump working chamber 18 and the fuel inlet 26 prevailing pressure difference in the actuating direction A is moved into its closed position.

Durch das Öffnen des Einlassventils 24 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 24 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 24 nur während eines kleinen Teils oder gar nicht während des Förderhubs des Pumpenkolbens 12 offen gehalten.By opening the inlet valve 24 during the delivery stroke of the pump piston 12 by means of the electromagnetic actuator 60, the delivery quantity of the high-pressure pump into the accumulator 30 can be variably adjusted. When a small amount of fuel delivery is required, the inlet valve 24 is held open by the actuator 60 during a large part of the delivery stroke of the pump piston 12 and when a large amount of fuel delivery is required, the inlet valve 24 is only opened during a small part or not at all during the delivery stroke of the pump piston 12 is kept open.

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

DE 102015212390 A1 [0002]

Claims

Electromagnetically actuable inlet valve (24) for a high-pressure pump, in particular a fuel injection system, with a valve member (34) which can be moved between an open position and a closed position, with an electromagnetic actuator (60) by which the valve member (34) can be moved, wherein the electromagnetic actuator (60) has a magnet coil (64) and a movable magnet armature (68) which acts at least indirectly on the valve member (34), the magnet armature (68) being able to be moved away from the valve member (34) by energizing the magnet coil (64) by to enable a movement of the valve member (34) into its closed position and wherein the magnet armature (68) is arranged in a fluid-filled control chamber (80), characterized in that a pressure sensor (94) is provided, through which the movement of the magnet armature ( 68) the pressure change caused in the control chamber (80) when the magnetic coil (64) is energized is detected.

inlet valve after claim 1 , characterized in that the pressure sensor (94) is a piezo pressure sensor.

inlet valve after claim 1 or 2 , characterized in that the magnet armature (68) is acted upon by a restoring spring (82) toward the valve member (34), which is arranged in the control chamber (80).

inlet valve after claim 3 , characterized in that the electromagnetic actuator (60) has a magnet core (66) on which the restoring spring (82) is supported and in that the restoring spring (82) forms part of the control chamber (80) in a receptacle (84) of the magnet core (66) is arranged.

inlet valve after claim 4 , characterized in that the pressure sensor (94) is arranged in the receptacle (84).

inlet valve after claim 4 or 5 , characterized in that the movement of the magnet armature (68) when the magnet coil (64) is energized is limited by the magnet core (66) acting as a stop.

Inlet valve according to one of the preceding claims, characterized in that its electromagnetic actuator (60) is controlled by an electronic control device (62) and that the pressure sensor (94) is connected to the control device (62) by which the signals of the pressure sensor (94 ) be evaluated.

Pump, in particular high-pressure fuel pump, having at least one pump element (10) which has a pump piston (12) delimiting a pump working chamber (18), the pump working chamber (18) being able to be connected to an inlet (26) via an inlet valve (24), characterized in that that the inlet valve (24) is designed according to any one of the preceding claims.