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Stand der Technik
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Einspritzvorrichtung mit einer
Kraftstoffpumpe, einem Druckregler, einem Injektor, einem Luftsteller
und einer Dampfblasen-Abscheidevorrichtung in einer kompakten Bauweise.
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Einspritzvorrichtungen
sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt.
Insbesondere aus Kosten- und Bauraumgründen erfordern Kleinbrennkraftmaschinen,
welche nur einen oder nur zwei Zylinder und einen kleinen Hubraum
aufweisen, eigenständige Lösungen. Einsatzgebiete
derartiger Kleinbrennkraftmaschinen sind beispielsweise Zweiräder,
Dreiräder oder Rasenmäher usw. Bekannte Einspritzvorrichtungen
umfassen üblicherweise in einem Tank eine Hochdruckpumpe
mit einem Druckregler, wobei die Hochdruckpumpe Kraftstoff mit einem
vorbestimmten Druck in eine Leitung, z. B. ein Rail o. ä.,
fördert. Am Ende der Leitung ist ein Injektor angeordnet,
welcher gesteuert durch eine Steuereinrichtung Kraftstoff in ein
Saugrohr oder direkt in einen Brennraum einspritzt. Derartige Einspritzeinrichtungen
sind jedoch sehr aufwendig und insbesondere teuer, so dass sie Kleinbrennkraftmaschinen
ebenfalls sehr teuer machen.
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Aus
der
EP 1 340 906 B1 ist
eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit elektronischer Steuerung
bekannt, bei der ein Injektor nahe einem Pumpenkolben angeordnet
ist. Ferner ist hierbei ein Vordruckventil zum Ausüben
eines Vordrucks auf den Kraftstoff in einer Anfangsphase eines Druckhubes
des Kolbens in der Rückleitung des Kraftstoffs zum Tank
vorgesehen. Das Vordruckventil evakuiert dabei einen Teil des in
einer Druckkammer befindlichen Kraftstoffs in die Rückleitung.
Hierdurch kann insbesondere die Bildung von Dampfblasen im Injektor
reduziert werden. Allerdings ist der Aufbau relativ kompliziert
und die Vorrichtung nimmt einen großen Bauraum ein.
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Alternativ
ist es auch möglich, eine Saugstrahlpumpe zum Befüllen
eines Topfes, welcher einer Kraftstoffpumpe vorgeschaltet ist, zu
verwenden. Hierbei wird der Kraftstoff mittels der Saugstrahlpumpe
aus dem Tank betrieben und in den Topf geleitet. Die Saugstrahlpumpe
wird durch einen von der Druckseite der Kraftstoffpumpe ausgehenden
Rücklaufstrom angetrieben. Hierbei wird der Flüssigkeitspegel
im Topf gegenüber einem Flüssigkeitspegel im Tank
angehoben, so dass beim Ansaugen des Kraftstoffs aus dem Topf ein
höherer Vordruck in der Ansaugleitung herrscht. Dadurch
wird die Gefahr einer Dampfblasenbildung in der Zuleitung zur Kraftstoffpumpe
reduziert. Allerdings ist diese Lösung ebenfalls sehr aufwendig
und teuer.
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Von
daher sind die bekannten Lösungen zur Vermeidung von Dampfblasen
aufgrund ihrer Herstellkosten nicht für einen Einsatz in
kostengünstigen Kleinfahrzeugen geeignet.
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Vorteile der Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Einspritzvorrichtung mit den
Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist demgegenüber den
Vorteil auf, dass sie einen sehr kompakten Aufbau aufweist. Ferner
kann die erfindungsgemäße Einspritzvorrichtung
besonders einfach und kostengünstig hergestellt werden
und die Bildung von Dampfblasen in der Kraftstoffzuleitung vermieden
werden. Dadurch kann die erfindungsgemäße Einspritzvorrichtung
insbesondere bei Kleinbrennkraftmaschinen, z. B. bei Zweirädern
oder Rasenmähern o. ä., verwendet werden. Dies
wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die
Einspritzvorrichtung eine Kraftstoffpumpe, einen Druckregler. zur Regelung
eines Einspritzdrucks, einen Injektor, einen Luftsteller und eine
Dampfblasen-Abscheidevorrichtung umfasst. Die Kraftstoffpumpe, der
Druckregler, der Injektor und der Luftsteller sind dabei integraler Bestandteil
eines Einspritzmoduls. Das Einspritzmodul ist dabei sehr kompakt
und kleinbauend und kann komplett vormontiert werden. Dadurch muss
die Dampfblasen-Abscheidevorrichtung lediglich an den entsprechenden
Anschluss des Einspritzmoduls angeschlossen werden. Die vier integralen
Bauteile des Einspritzmoduls sind dabei vorzugsweise in einem gemeinsamen
Gehäuse des Einspritzmoduls angeordnet. Die Dampfblasen-Abscheidevorrichtung
stellt dabei sicher, dass im Einspritzmodul die Entstehung von Dampfblasen
verhindert wird, so dass Beschädigungen des Einspritzmoduls
und die Zumessung von falschen Mengen an Kraftstoffvermieden werden können.
Somit weist die erfindungsgemäße Einspritzvorrichtung
ein kompaktes Einspritzmodul und zusätzlich eine Dampfblasen-Abscheidevorrichtung auf,
so dass ein störungsfreier Betrieb der kraftstofffördernden
Bauteile gewährleistet ist und die Bildung von Dampfblasen
vermieden werden kann.
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Die
Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Besonders
bevorzugt ist die Dampfblasen-Abscheidevorrichtung ebenfalls ein
integraler Bestandteil des Einspritzmoduls. Somit umfasst das kompakte
Einspritzmodul fünf Bauteile, nämlich die Kraftstoffpumpe,
den Druckregler, den Injektor; den Luftsteller und die Dampfblasen- Abscheidevorrichtung.
Hierdurch kann ein Platzbedarf für das Einspritzmodul minimiert
werden und das komplette Einspritzmodul kann im voraus montiert
werden.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist
die Dampfblasen-Abscheidevorrichtung ein Zyklon, welcher dafür
sorgt, dass ein Druck im Ansaugbereich des Kraftstoffs über
einem Druck im Tank liegt. Hierdurch kann eine Dampfblasenbildung
im Ansaugbereich der Einspritzvorrichtung vermieden werden.
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Weiter
bevorzugt umfasst der Zyklon einen rotationssymmetrischen, insbesondere
einen zylindrischen oder einen kegelförmigen Innenraum.
Hierdurch kann eine verlässliche Strömung von
Kraftstoff an der Innenwand des Zyklons sichergestellt werden.
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Um
möglichst geringe Strömungsverluste aufzuweisen,
ist eine Kraftstoffzuleitung und/oder eine Kraftstoffableitung tangential
am Zyklon angeordnet und mündet tangential an der Innenwand
des Zyklons.
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Um
eine sichere Ableitung von Dampf bzw. gasförmigen Bestandteilen
aus dem Zyklon bereitzustellen, ist oberhalb des Zyklons vorzugsweise
eine Dampfableitung angeordnet. Die Dampfableitung ist dabei besonders
bevorzugt mittig zu einem rotationssymmetrischen Innenraum des Zyklons
angeordnet.
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Vorzugweise
ist die Dampfableitung des Zyklons, welche den Dampf aus dem Zyklon
ableitet, mit einer Luftzufuhrleitung der Einspritzvorrichtung verbunden.
Dadurch wird der Dampf, welcher üblicherweise brennbar
ist, mit der zugeführten Luft vermischt und in den Brennraum
geführt und kann mitverbrannt werden.
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Um
einen möglichst kompakten Aufbau bereitzustellen, ist die
Kraftstoffableitung vorzugsweise benachbart zu oder im Boden des
Zyklons angeordnet. Dadurch wird sichergestellt, dass nur flüssiger Kraftstoff
aus dem Zyklon über die Kraftstoffableitung angesaugt wird.
Vorzugsweise ist die Kraftstoffableitung dabei im Zentrum des Zyklons
im Zyklonboden angeordnet.
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Vorzugsweise
ist der Tank im Fahrzeug an einer höheren Position als
der Zyklon angeordnet. Hierdurch kann ebenfalls ein höheres
Druckniveau im Zyklon realisiert werden.
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Besonders
bevorzugt ist vor der Dampfableitung des Zyklons ein feinmaschiges
Gewebe angeordnet. Dieses feinmaschige Gewebe überspannt dabei
den gesamten Querschnitt der Dampfableitung und stellt einen Spritzschutz
dar. Dadurch können Kraftstoffspritzer, welche beim schlagartigen Aussieden
des Kraftstoffs erzeugt werden können, nicht in die Dampfableitung
und somit nicht in den Luftfilter gelangen.
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Weiter
bevorzugt ist vor der Dampfableitung ein Kugelventil angeordnet.
Das Kugelventil umfasst eine Kugel und einen den Querschnitt der
Ableitung überspannenden, topfförmigen Käfig,
in welchen die Kugel angeordnet ist. Die Kugel weist dabei ein geringeres
spezifisches Gewicht als der Kraftstoff auf, so dass die Kugel auf
dem Kraftstoff schwimmt. Dadurch kann die Kugel, wenn die Kraftstoffoberfläche im
Zyklon dicht vor der Dampfableitung ist, aufschwimmen und gegebenenfalls
den Querschnitt der Dampfableitung reduzieren bzw. ganz verschließen. Bei
einem geringen Dampfvolumen im Zyklon wird somit der Querschnitt
zunehmend verschlossen, so dass ebenfalls vermeiden werden kann,
dass Kraftstoffspritzer in die Ableitung und somit in den Luftfilter gelangen
können.
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Weiter
bevorzugt umfasst die Einspritzvorrichtung eine Druckrückführleitung,
welche Kraftstoff aus einem Druckraum der Kraftstoffpumpe zur Dampfblasen-Abscheidevorrichtung
zurückführt. Dadurch kann ein Druckniveau in der
Dampfblasen-Abscheidevorrichtung erhöht werden.
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Weiter
bevorzugt ist in einem Druckspeicherraum ein kompressibles Druckpuffermedium
angeordnet. Dieses Druckpuffermedium dient dazu, die erfolgte Druckerhöhung
im Druckspeicherraum zu halten. Als Druckpuffermedium kann beispielsweise ein
in einer Blase angeordnetes kompressibles Medium, z. B. Luft, dienen.
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Vorzugsweise
umfasst die Einspritzvorrichtung genau einen Aktuator, welcher gleichzeitig
die Kraftstoffpumpe und den Luftsteller betätigt. Dadurch kann
insbesondere ein separater Aktuator für den Luftsteller
bzw. die Kraftstoffpumpe entfallen, so dass die Bauteileanzahl signifikant
reduziert wird. Hierdurch ergibt sich selbstverständlich
auch eine Kostenreduktion. Somit übernimmt der einzige
Aktuator der Einspritzvorrichtung erstens die Funktion des Pumpenantriebs
und zweitens die Funktion des Stellantriebs für den Luftsteller.
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Der
einzige Aktuator der Einspritzvorrichtung ist vorzugsweise ein Magnetaktuator
mit genau einer Spule und genau einem Anker. Hierdurch kann ein besonders
einfacher und kostengünstiger Aufbau realisiert werden.
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Besonders
bevorzugt ist der Anker als Plungerkolben ausgebildet, wobei der
Plungerkolben einen ersten Endbereich und einen zweiten Endbereich
aufweist. Der erste Endbereich ist dabei der Kraftstoffpumpe zugeordnet
und der zweite Endbereich ist dem Luftsteller zugeordnet. Hierdurch wird weiter
auch eine einfache gleichzeitige Betätigung der Kraftstoffpumpe
und des Luftstellers bei einfachem Aufbau des Kolbens der Kraftstoffpumpe
erreicht.
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Weiter
betrifft die vorliegende Erfindung eine Brennkraftmaschine, welche
genau einen Zylinder oder genau zwei Zylinder sowie eine erfindungsgemäße
Kraftstoffeinspritzvorrichtung umfasst. Besonders bevorzugt umfasst
die Brennkraftmaschine einen Kraftstofftank, welcher oberhalb des
Einspritzmoduls angeordnet ist. Dadurch kann insbesondere die Kraftstoffpumpe
sehr klein ausgelegt werden.
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Zeichnung
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Nachfolgend
werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter
Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben.
In der Zeichnung ist:
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1 eine
schematische Ansicht eines Kleinmotors mit einer Einspritzvorrichtung
gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung,
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2 eine
detaillierte Ansicht eines Einspritzmoduls mit einer Dampfblasen-Abscheidevorrichtung
gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
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3 eine
Draufsicht der Dampfblasen-Abscheidevorrichtung von 2,
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4 ein
Diagramm, welches eine Druckhöhe über einem Radius
der Dampfblasen-Abscheidevorrichtung von 3 zeigt,
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5 eine
schematische Schnittansicht einer Einspritzvorrichtung mit Dampfblasen-Abscheidevorrichtung
gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, und
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6 eine
schematische Schnittansicht einer Einspritzvorrichtung mit Dampfblasen-Abscheidevorrichtung
gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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Bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 ein
Kleinmotor 1 mit einer erfindungsgemäßen
Einspritzvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel
im Detail beschrieben.
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1 zeigt
schematisch den Aufbau des Kleinmotors 1, welcher als Einzylindermotor
ausgebildet ist. Der Kleinmotor 1 umfasst einen Zylinder 3, einen
darin hin- und herbewegbaren Kolben 4, eine Steuereinheit 5 und
einen Tank 6. Der Tank 6 ist über eine
Kraftstoffzuleitung 6a mit einem Einspritzmodul 2 verbunden.
In der Kraftstoffzuleitung 6a ist ferner eine Dampfblasen-Abscheidevorrichtung 70 angeordnet,
um Dampfblasen in der Kraftstoffzuleitung zu entfernen. Eine Kraftstoffrückleitung 6b geht
von dem Einspritzmodul 2 zurück zum Tank 6.
Wie aus 1 schematisch ersichtlich ist,
ist der Tank 6 über dem Einspritzmodul 2 angeordnet.
Dadurch läuft der Kraftstoff durch die Kraftstoffzuleitung 6a aufgrund der
Schwerkraft zum Einspritzmodul 2. Das Einspritzmodul 2 ist
sehr schematisch dargestellt und umfasst eine Kraftstoffpumpe, einen
Druckregler, einen Injektor und einen Luftsteller, so dass das Einspritzmodul 2 sehr
kompakt aufgebaut ist.
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Der
Kleinmotor 1 umfasst ferner eine Drosselklappe 7,
welche in einem Saugrohr 8 angeordnet ist. Am Zylinder 3 ist
ferner eine Zündkerze 9, ein Einlassventil 10 und
ein Auslassventil 11 angeordnet. Das Bezugszeichen 12 bezeichnet
eine Bypassleitung für Luft, welche vom Saugrohr 8 Luft
von einem Bereich in Strömungsrichtung der Luft vor der
Drosselklappe 7 abzweigt und direkt zum in das Einspritzmodul 2 integrierten
Luftsteller führt. Ein Auslass der Bypassleitung 12 liegt
dabei unmittelbar benachbart zum Injektor des Einspritzmoduls 2.
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Der
Kleinmotor 1 umfasst ferner eine Abgasleitung 13,
welche durch das Auslassventil 11 freigegeben bzw. verschlossen
wird. Ferner ist ein Sauerstoffsensor 14 an der Abgasleitung 13 vorgesehen, welcher
mit der Steuereinheit 5 verbunden ist und die Steuereinheit 5 ist
ferner mit einem Kühlwassersensor 15, einem Öltemperatursensor 16 und
einer Sensoreinheit 17 für die Erfassung einer
Drosselposition, einer Temperatur im Saugrohr 8 und eines
Drucks im Saugrohr 8 verbunden. Die Steuereinheit 5 steuert dabei
anhand der erhaltenen Signale die Einspritzvorrichtung 2.
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Die
erfindungsgemäße Einspritzvorrichtung umfasst
somit ein Einspritzmodul 2 mit einer Kraftstoffpumpe 20a,
einem Druckregler 20b, einem Injektor 20c und
einem Luftsteller 20d, welche in einem gemeinsamen Gehäuse
angeordnet sind, und kann besonders kompakt und kleinbauend ausgelegt
werden. Ferner kann die erfindungsgemäße Einspritzvorrichtung
sehr kostengünstig hergestellt werden und insbesondere
schon im voraus als komplettes Einspritzmodul 2 vormontiert
werden, so dass es lediglich in den Kleinmotor 1 als Kompaktbaugruppe eingebaut
werden muss. Durch die Integration der vier Einzelteile Kraftstoffpumpe,
Druckregler, Injektor und Luftsteller ist somit eine einfache und
kostengünstige Herstellbarkeit gewährleistet.
Die Kraftstoffpumpe und der Luftsteller werden dabei von einem gemeinsamen
Aktuator betätigt. Zusätzlich ist eine Dampfblasen-Abscheidevorrichtung 70 vorgesehen. Dadurch
kann die erfindungsgemäße Einspritzvorrichtung 2 beispielsweise
in Kleinmotoren für Zweiräder oder Rasenmäher
verwendet werden.
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2 zeigt
im Detail die Einspritzvorrichtung mit der Dampfblasen-Abscheidevorrichtung 70.
Wie aus 2 ersichtlich ist, umfasst das
Einspritzmodul den Injektor 20c, welcher als nach außen öffnender Injektor
Kraftstoff in das Saugrohr 8 einspritzen kann. Ferner umfasst
das Einspritzmodul 2 eine Pumpe 20a mit einer
Pumpenkammer 27, einer Membran 26 und einem als
Anker 22 ausgebildeten Kolben. Der Anker 22 weist
ein erstes Ende 22a und ein zweites Ende 22b auf.
Das erste Ende 22a ist dabei mit einer Druckkammer 28 verbunden.
Die Pumpenkammer 27 ist über ein erstes Rückschlagventil 29 mit
der Druckkammer 28 verbindbar. Ferner ist zwischen einer
Kraftstoffableitung 74 aus der Dampfblasen-Abscheidevorrichtung 70 und
der Pumpenkammer 27 ein zweites Rückschlagventil 30 angeordnet.
Ein drittes Rückschlagventil 31 ist zwischen der
Druckkammer 28 und einer Leitung 32, welche zu
der Kraftstoffableitung 74 aus der Dampfblasen-Abscheidevorrichtung 70 führt,
angeordnet. Das dritte Rückschlagventil 31 hat
hierbei die Funktion eines Druckreglers 20b, da das dritte
Rückschlagventil 31 den Druck in der Druckkammer 28 regelt.
Ferner ist die Druckkammer 28 über ein viertes
Rückschlagventil 33 mit einem Vorraumbereich 19 des
Injektors 20c verbunden. Die Membran 26 ist dabei
fest am Anker 22 fixiert und bewegt sich mit dem Anker 22 gemeinsam. Der
Anker 22 ist Teil eines Aktors des Einspritzmoduls 2,
wobei der Aktor ferner noch eine Spule 21 umfasst. Das
Bezugszeichen 25 bezeichnet ein Gehäuse der Pumpe 20a und
das Bezugszeichen 26 bezeichnet eine Rückstellfeder
für den Anker 22. Die Rückstellfeder 24 ist
dabei in der Druckkammer 28 angeordnet.
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Das
zweite Ende 22b des Ankers 22 ist ferner Teil
eines Luftstellers 20d, welcher in der Bypassleitung 12 angeordnet
ist. Der Luftsteller 20d wird somit gemeinsam mit der Pumpe 20a betrieben.
Der Luftsteller 20d gibt dabei die Bypassleitung 12 frei bzw.
verschließt diese. Das zweite Ende 22b des Ankers 22 verschließt
die Bypassleitung 12 dabei an einem Ventilsitz 12a.
Somit betätigt der Aktor, umfassend die Spule 21 und
den Anker 22, jeweils gleichzeitig die Pumpe 20a und
den Luftsteller 20d. In 2 ist dabei
gerade die Ansaugphase der Pumpe 20a beendet, wobei der
Luftsteller 20d verschlossen ist.
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Wie
weiter aus 2 ersichtlich ist, ist die Dampfblasen-Abscheidevorrichtung 70 dieses
Ausführungsbeispiels ein Zyklon mit einem zylindrischen Gehäuse
und einem zylindrischen Innenraum 71. Die Kraftstoffzuleitung 6a mündet
dabei tangential in einen oberen Bereich des zylindrischen Innenraumes 71.
Hierdurch ergibt sich eine Strömung entlang des inneren
Wandbereichs des zylindrischen Gehäuses, wobei die Zyklonströmung 72 durch
den Ansaugvorgang der Pumpe 20a in Rotation versetzt wird.
Die Kraftstoffabteilung 74 geht ebenfalls tangential von einem
unteren Bereich des zylindrischen Gehäuses 71 ab
(vgl. 3). Durch die Rotation im zylindrischen Innenraum 71 des
Zyklons entstehen im Rotationszentrum starke Unterdrücke,
welche dort zu einem schlagartigen Aussieden von leicht flüchtigen Komponenten
des Kraftstoffs führen. Diese Dampfblasen werden aufgrund
ihrer geringen Dichte gegenüber dem flüssigen
Kraftstoff durch den radialen Druckgradienten in den Wirbelkern
getrieben, wo sie sich sammeln. Wie aus 2 ersichtlich
ist, ist oberhalb des Wirbelkerns eine Dampfableitung 73 im
zylindrischen Gehäuse angeordnet, durch welche der Dampf
in einen Luftfilter abgeleitet wird, um dann mit der angesaugten
Verbrennungsluft an der Verbrennung teilzunehmen. Da sich die Kraftstoffableitung 74 in
Bodennähe des Zyklons befindet, wird sichergestellt, dass
ausschließlich flüssiger Kraftstoff durch die
Pumpe 20a angesaugt wird. Insbesondere diese Ansaugung
durch die Pumpe 20a führt zu einer verstärkten
Rotation im zylindrischen Gehäuse. Trotz des intermittierenden
Ansaugprinzips der Pumpe 20a kann die Flüssigkeitsrotation
im zylindrischen Gehäuse auch in der Druckphase der Pumpe 20a aufgrund
der Massenträgheit des rotierenden flüssigen Kraftstoffs
für längere Zeit aufrechterhalten bleiben. Hierdurch
wird sichergestellt, dass jederzeit Dampfblasen aus dem Kraftstoff
entfernt werden können.
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Es
sei ferner angemerkt, dass vor der Dampfableitung 73 ein
feinmaschiges Gewebe 75 angeordnet ist, um zu verhindern,
dass Kraftstoffspritzer, welche beim schlagartigen Aussieben des Kraftstoffs
erzeugt werden können, nicht durch die Dampfableitung 73 in
den Luftfilter gelangen können.
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4 zeigt
schematisch eine Druckverteilung im Inneren des zylindrischen Innenraums 71 während
des Betriebs der Dampfblasen-Abscheidevorrichtung 70. Wie
aus dem Diagramm von 4 ersichtlich ist, wird mit
einem größeren Radius r, ausgehend von der Mitte
(r = 0) der Dampfblasen-Abscheidevorrichtung 70 ein Druck
p zunehmend größer. Hierbei ist insbesondere das
Druckniveau nahe dem Zentrum des zylindrischen Gehäuses,
d. h., nahe dem Rotationszentrum, relativ gering, so dass die Gasblasenausscheidung
dort stattfinden kann. Beispielsweise beträgt ein Druck
p in einem Punkt des Radius von r = 2 mm 0,4·105 Pa. Am äußersten Rand,
d. h., bei einem Radius von r = 15 mm beträgt der Druck
ca. 1·105 Pa.
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Somit
ist die Dampfblasen-Abscheidevorrichtung 70 ein einfach
und kostengünstig herstellbares Bauteil, welches beispielsweise
als Kunststoff-Spritzgussteil vorgesehen sein kann. Somit kann sichergestellt
werden, dass in der Kraftstoffabteilung 74 sowie dem Einspritzmodul 2 keine.
Dampfblasen entstehen, welche den Betrieb der Einspritzvorrichtung
beeinträchtigen könnten.
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Die
Funktion der erfindungsgemäßen Einspritzvorrichtung
ist dabei wie folgt. Die Rückstellfeder 24 stellt
den Anker 22, welcher gleichzeitig als Kolben wirkt, in
die in 2 gezeigte Ausgangsposition zurück. Hierbei
wird Kraftstoff über die Kraftstoffableitung 74 aus
der Dampfblasen-Abscheidevorrichtung 70 über das
offene zweite Rückschlagventil 30 in die Pumpenkammer 27 angesaugt.
Anschließend wird durch Bestromung der Spule 21 der
Aktuator betätigt, so dass sich der Anker 22 in
Richtung des Injektors 20c bewegt. Dadurch erfolgt eine
Druckerhöhung in der Pumpenkammer 27, so dass
bei einem vorbestimmten Druckniveau das erste Rückschlagventil 29 öffnet.
Dadurch erfolgt auch eine Druckerhöhung in der Druckkammer 28,
wobei die Druckkammer 28 über einen Bypass 22c im
Anker 22 mit einem Raum 34 vor dem dritten Rückschlagventil 31 verbunden
ist. Das dritte Rückschlagventil 3f dient dabei
als Druckregler 20b. Wenn in der Druckkammer 28 ein
vorbestimmter Druck erreicht wird, öffnet das vierte Rückschlagventil 33,
so dass unter Druck stehender Kraftstoff zum Injektor 20c zugeführt
werden kann, welcher dann ab einem bestimmten Druckniveau nach außen öffnet
und Kraftstoff in das Saugrohr 8 einspritzt. Bei geöffnetem
dritten Rückschlagventil 31 kann das Medium dann über
die Leitung 32 in die Kraftstoffableitung 74 strömen
und dort wieder angesaugt werden. Da der Kraftstoff nach dem Abströmen über
das dritte Rückschlagventil 31 unter einem relativ
hohen Druck steht, welcher dann in die Kraftstoffableitung 74 zugeführt
wird, wird weiterhin ein hohes Druckniveau in dem Einspritzmodul 2 sichergestellt,
so dass eine Dampfblasenbildung vermieden werden kann.
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Nach
erfolgter Einspritzung wird die Bestromung der Spule 21 wieder
aufgegeben, so dass die Rückstellfeder 24 den
Anker 22 wieder in die in 2 gezeigte
Ausgangsposition zurückstellt, wobei gleichzeitig Kraftstoff über
das geöffnete zweite Rückschlagventil 30 aus
der Kraftstoffableitung 74 angesaugt wird. Die anderen
Rückschlagventile 29, 31 und 33 werden
geschlossen. Durch den Ansaugvorgang wird auch wieder die Zyklonströmung 72 im Zyklon
angefacht. Somit kann erfindungsgemäß ein störungsfreier
Betrieb der Einspritzvorrichtung sichergestellt werden, wobei insbesondere
die Dampfblasen-Abscheidevorrichtung 70 sehr einfach und kostengünstig
bereitgestellt werden kann.
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf 5 eine Einspritzvorrichtung
gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung im Detail beschreiben, wobei gleiche bzw. funktional
gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel
bezeichnet sind.
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Das
zweite Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem
ersten Ausführungsbeispiel, wobei im Unterschied zum ersten
Ausführungsbeispiel beim zweiten Ausführungsbeispiel
die Dampfblasen-Abscheidevorrichtung 70 integraler Bestandteil
des Einspritzmoduls 2 ist. Somit umfasst das Einspritzmodul 2 als
integrale Bestandteile die Kraftstoffpumpe 20a, den Druckregler 20b,
den Injektor 20c, den Luftsteller 20d und die
Dampfblasen-Abscheidevorrichtung 70. Hierdurch kann ein
besonders kompakter Aufbau bereitgestellt werden, welcher insbesondere
für Kleinmotoren für Kleinfahrzeuge geeignet ist.
Wie aus 5 ersichtlich ist, geht der
Auslass des zylindrischen Gehäuses 71 nicht mehr
in eine Kraftstoffableitung 74, sondern ist direkt vor
dem zweiten Rückschlagventil 30 angeordnet. Somit
haben die Dampfblasen-Abscheidevorrichtung 70 und die Kraftstoffpumpe 20a eine
gemeinsame Wand 25a des Gehäuses 25.
Das zweite Rückschlagventil ist in dieser gemeinsamen Wand 25a angeordnet.
Die Leitung 32 vom Druckbegrenzer 20b mündet
dabei ebenfalls unmittelbar vor dem zweiten Rückschlagventil 30.
Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem vorhergehenden
Ausführungsbeispiel, so dass auf die dort gegebene Beschreibung
verwiesen werden kann.
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf die 6 eine Einspritzvorrichtung
gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel
der Erfindung im Detail beschrieben. Gleiche bzw. funktional gleiche
Teile sind dabei mit den gleichen Bezugszeichen wie in den vorhergehenden
Ausführungsbeispielen bezeichnet.
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Die 6 zeigt
eine schematische Ansicht einer als Einspritzmodul 2 ausgebildeten
Einspritzvorrichtung im Schnitt in einem Zustand, in welchem gerade
die Ansaugphase beendet ist.
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Wie
aus 6 ersichtlich ist, umfasst das Einspritzmodul 2 eine
Kraftstoffpumpe 20a, welche einen Kolben 23, einen
mit dem Kolben 23 fest verbundenen Anker 22, eine
Spule 21 sowie eine Membran 26 umfasst. Die Membran 26 ist
an einem ersten Ende 23a des Kolbens 23 angeordnet.
Der Anker 22 ist an einem zweiten Ende 23b des
Kolbens 23 fest mit dem Kolben 23 verbunden. Eine
Rückstellfeder 24 ist zwischen einem Gehäuseteil 25 und
dem Anker 22 angeordnet und spannt den Anker 22 gegen einen
Ventilsitz 12a in der Bypassleitung 12 vor. Hierzu
ist der Anker 22 an seinem zur Bypassleitung 12 gerichteten
Ende 22a konisch ausgebildet und bildet somit einen Teil
des Luftstellers 20d. Ferner umfasst das Einspritzmodul 2 eine
Pumpenkammer 27 und eine Druckkammer 28. Die Membran 26 bildet
dabei einen Wandbereich der Pumpenkammer 27. Ferner sind
die Pumpenkammer 27 und die Druckkammer 28 voneinander
getrennt, wobei ein erstes Rückschlagventil 29 am
Trennbereich zwischen der Pumpenkammer 27 und der Druckkammer 28 angeordnet ist.
Das erste Rückschlagventil 29 öffnet
dabei in Richtung von der Pumpenkammer 27 zur Druckkammer 28.
Ferner ist die Pumpenkammer 27 über ein zweites
Rückschlagventil 30 mit der Kraftstoffableitung 74 verbunden,
wobei eine Ansaugung von Kraftstoff über das zweite Rückschlagventil 30 erfolgt. Weiter
umfasst das Einspritzmodul 2 einen Druckregler 20b,
welcher einen Einspritzdruck in der Druckkammer 28 regelt.
In diesem Ausführungsbeispiel umfasst der Druckregler 20b ein
drittes Rückschlagventil 31, welches bei einem
zu hohen Druck in der Druckkammer 28 öffnet und
einen eventuell zu hohen Druck in der Druckkammer 28 abbaut.
Die Druckkammer 28 ist mit einem Injektor 20c verbunden,
welcher in diesem Ausführungsbeispiel ein nach außen öffnendes
Ventil umfasst, welches oberhalb eines vorbestimmten Druckniveaus öffnet
und eine Einspritzung in das Saugrohr 8 vornimmt. Eine
Mündung 12b der Bypassleitung 12 ist
dabei unmittelbar benachbart zur Ausspritzöffnung des Injektors 20 am Saugrohr 8 angeordnet.
Erfindungsgemäß wird hierbei unter dem Begriff
"unmittelbar benachbart" ein Abstand zwischen wenigen 101 mm bis zu 1 cm von der Ausspritzöffnung
des Injektors 20 verstanden.
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Ferner
ist eine Dampfblasen-Abscheidevorrichtung 70 vorgesehen,
welche in einem Bereich zwischen einem höher liegenden
Tank 6 und dem Einspritzmodul 2 angeordnet ist.
Die Dampfblasen-Abscheidevorrichtung 70 ist wieder als
Zyklon mit einem zylindrischen Innenraum 71 ausgebildet. Ein
Zuleitungsanschluss 76 ist in diesem Ausführungsbeispiel
in einem Bodenbereich des Zyklons vorgesehen. Der Zuleitungsanschluss 76 ist
dabei außermittig angeordnet. Ferner ist vor einer Dampfableitung 73 ein
Kugelventil 77 mit einer Kugel 77a und einem Käfig 77b angeordnet.
Das Kugelventil 77 deckt dabei den Anschluss der Dampfableitung 73 ab.
Die Kugel 77a ist aus einem Material hergestellt, welches
auf dem Kraftstoff schwimmt. Sollte nun ein Kraftstoffpegel im Inneren
des zylindrischen Gehäuses 71 bis in den Bereich
des Kugelventils 77 reichen, schwimmt die Kugel 77a auf
und verschließt langsam die Dampfableitung 73.
Im Extremfall verschließt die Kugel 77 die gesamte
Dampfableitung 73. Dadurch wird verhindert, dass Kraftstoff
zum Luftfilter gelangen kann. Wie ferner aus 6 ersichtlich ist,
sind am zylindrischen Gehäuse des Zyklons eine Kraftstoffableitung 74 sowie
eine Leitung 32 angeordnet. Die Kraftstoffableitung 74 verbindet
den Zyklon mit dem Anschluss am zweiten Rückschlagventil 30 und
die Leitung 32 verbindet das dritte Rückschlagventil 31 mit
dem Zyklon, wobei über das dritte Rückschlagventil 31 ein
zu hoher Druck im Druckraum 28 abgebaut werden kann. Im
Zyklon vermischen sich somit die Volumenströme aus dem
Tank 6 und dem Druckraum 28, so dass ein gesamter
Flüssigkeitsdruck im Zyklon höher ist als im Tank 6:
Dies wird auch dadurch noch unterstützt, dass der Tank
höher als der Zyklon angeordnet ist. Somit wird der Pumpenkammer 27 ebenfalls
ein Kraftstoff auf etwas höherem Druckniveau zugeführt.
Es sei angemerkt, dass in der Pumpenkammer 27 ferner ein
Druckspeicherpuffer, wie z. B. eine kompressible, mit Luft gefüllte
Blase angeordnet sein kann, wodurch insbesondere Druckschwankungen
geglättet werden können.
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Die
Leitung 32 sowie die Leitung 74 sind dabei wieder
tangential am zylindrischen Gehäuse des Zyklons angeordnet,
um die Rotation im Zyklon anzufachen. Ein Leitungsquerschnitt in
der Verbindung zwischen der Pumpenkammer 27 und der Druckkammer 28 ist
dabei derart gewählt, dass er groß genug ist,
so dass infolge der dort herrschenden Strömungsgeschwindigkeit
der statische Strömungsdruck nicht unterhalb des Drucks
im Tank 6 fällt. Dadurch wird auch in diesem Bereich
die Bildung von Dampfblasen vermieden.
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Die
Funktion der erfindungsgemäßen Einspritzvorrichtung
ist dabei wie folgt: 6 zeigt den Ansaugzustand des
Einspritzmoduls 2, wobei der Kolben 22 aufgrund
der Rückstellkraft der Rückstellfeder 24 über
den Anker 22 nach oben in Richtung zur Bypassleitung 12 gedrückt
wird. Hierdurch ist die Bypassleitung 12 am Ventilsitz 12a durch
das Ende 22a des Ankers 22 verschlossen. Gleichzeitig
erfolgt eine Ansaugung von Kraftstoff über das geöffnete zweite
Rückschlagventil 30 aus der Kraftstoffableitung 74,
wie durch den Pfeil A angedeutet.
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Wenn
der Zeitpunkt für eine Einspritzung gekommen ist, steuert
die Steuereinheit 5 den aus der Spule 28 und dem
Anker 22 bestehenden gemeinsamen Aktuator für
die Kraftstoffpumpe 20a und den Luftsteller 20d derart
an, so dass die Spule 21 bestromt wird und der Anker 22 gegen
die Federkraft der Rückstellfeder 24 in Richtung
des Pfeils B gezogen wird. Dadurch wird die Bypassleitung 12 am
Ventilsitz 12a geöffnet, so dass Luft über
die Bypassleitung 12 strömen kann. Gleichzeitig
mit der Bewegung des Ankers 22 wird auch der Kolben 23 nach
unten bewegt, so dass die Membran 26 gegen den in der Pumpenkammer 27 angesaugten
Kraftstoff drückt. Wenn ein vorbestimmter Öffnungsdruck
erreicht ist, öffnet das erste Rückschlagventil 29,
so dass Kraftstoff aus der Pumpenkammer 27 in die Druckkammer 28 strömen
kann, wobei das zweite Rückschlagventil 30 geschlossen
wird. Zur Einspritzung des Kraftstoffs in das Saugrohr 8 betätigt
die Steuereinheit 5 dann den Injektor 20c. Sollten
Druckspitzen auftreten, kann Kraftstoff über das dritte
Rückschlagventil 31 in die Dampfblasen-Abscheidevorrichtung 70 gelangen.
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Somit
betätigt der gemeinsame Aktuator, umfassend den Kolben 23 und
den Anker 22, gleichzeitig sowohl die Kraftstoffpumpe 20a als
auch den Luftsteller 20d, welcher durch das Ende 22a des
Ankers 22 und den Ventilsitz 12a in der Bypassleitung 12 gebildet
wird. Somit muss insbesondere nur ein elektrischer Anschluss für
den Aktuator vorgesehen werden, welcher erfindungsgemäß immer
gleichzeitig den Luftsteller 20d und die Kraftstoffpumpe 20a betätigt.
Dadurch wird immer gleichzeitig mit der Kraftstoffeinspritzung auch
eine zusätzliche Luftzufuhr über die Bypassleitung 12 erreicht,
so dass bei der Gemischaufbereitung im Saugrohr 8 auch
eine bessere Vermischung des Kraftstoffs in der zugeführten
Luft erreicht wird. Ferner ermöglicht das Vorsehen der
Dampfblasen-Abscheidevorrichtung und die Verbindung zwischen dem
Druckraum 28 und dem Zyklon sicher das Auftreten von Dampfblasen
im Betrieb.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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