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Stand der Technik
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Einspritzvorrichtung mit einer
Kraftstoffpumpe, einem Druckregler, einem Injektor und einem Luftsteller
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
oder Dreiräder, oder Rasenmäher usw. Bekannte
Einspritzvorrichtungen umfassen üblicherweise in einem
Tank eine Kraftstoffpumpe mit einem Druckregler, wobei die Kraftstoffpumpe
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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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.
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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 und einen Luftsteller
umfasst, welche integrale Bestandteile eines Einspritzmoduls sind.
Das Einspritzmodul ist ein kompaktes, kleinbauendes Bauteil, in
welchem die Kraftstoffpumpe, der Druckregler, der Injektor und der Luftsteller
angeordnet sind. Die Einspritzvorrichtung umfasst genau einen Aktuator,
welcher gleichzeitig die Kraftstoffpumpe und den Luftsteller betätigt.
Dadurch kann insbesondere jeweils 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 gemeinsame Aktuator erstens die Funktion des Pumpenantriebs
und zweitens die Funktion des Stellantriebs für den Luftsteller.
Der gemeinsame Aktuator kann eine gleichzeitige oder aufeinanderfolgende Betätigung
der Kraftstoffpumpe und des Luftstellers durchführen, wobei
der Aktuator eine Spule, einen ersten Anker und einen zweiten Anker
umfasst. Hierbei ist der erste Anker der Kraftstoffpumpe zugeordnet
und der zweite Anker dem Luftsteller, und beide Anker können
mittels der gemeinsamen Spule aktiviert werden. Weiter umfasst die
erfindungsgemäße Einspritzvorrichtung am ersten
Anker einen ersten Arbeitsspalt und am zweiten Anker einen zweiten
Arbeitsspalt sowie eine ortsfeste Dichtung. Die ortsfeste Dichtung
ist dabei an einem Bereich zwischen dem Luftsteller und der Kraftstoffpumpe
angeordnet, um eine Dichtungsfunktion zwischen den Medien des Luftstellers
(Luft) und der Kraftstoffpumpe (Kraftstoff) bereitzustellen. Dies
hat insbesondere den großen Vorteil, dass eine stationäre
Dichtung zur Trennung der beiden Medienströme verwendet
werden kann. Somit kann die Dichtung sehr einfach und kostengünstig
ausgestaltet werden und weist zudem eine verbesserte Lebensdauer
und geringere Ausfallwahrscheinlichkeit auf. Neben der Kompaktheit
des Einspritzmoduls ist ein weiterer großer Vorteil, dass auch
andere Bauteile für das Einspritzmodul minimiert werden
können.
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Die
Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Vorzugsweise
umfasst der Aktuator ein erstes Rückstellelement für
den ersten Anker und ein zweites Rückstellelement für
den zweiten Anker, welche unterschiedliche Federkonstanten aufweisen,
so dass bei einer Bestromung der Spule der erste und zweite Arbeitsspalt
nacheinander geschlossen werden.
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Weiter
bevorzugt ist der erste Anker mit dem ersten Arbeitsspalt dem Luftsteller
zugeordnet und der zweite Anker mit dem zweiten Arbeitsspalt der Kraftstoffpumpe
zugeordnet. Dabei wird vorzugsweise der erste Arbeitsspalt vor dem
zweiten Arbeitsspalt geschlossen.
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Um
einen möglichst einfachen und kostengünstigen
Aufbau aufzuweisen, ist die stationäre Dichtung vorzugsweise
ein O-Ring.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist
die Dichtung zwischen dem ersten Anker und dem zweiten Anker an
einem ortsfesten Gehäusebauteil angeordnet und dichtet
dort ab.
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Besonders
bevorzugt weist das ortsfeste Gehäuse beim Bauteil dabei
eine im wesentliche topfförmige Gestalt auf und die Dichtung
ist an einem zum ersten Anker gerichteten Bodenbereich des Gehäusebauteils
angeordnet. Besonders bevorzugt wird eine Höhe des ersten
Arbeitsspalts dabei durch eine Höhe der Dichtung bestimmt.
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Gemäß einer
alternativen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die Dichtung
an einem topfförmigen, ortsfesten Gehäusebauteil
an dessen radialem Mantelbereich angeordnet. Hier ist vorzugsweise
eine Nut im Mantelbereich zur Aufnahme der Dichtung vorgesehen.
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Vorzugsweise
umfasst die Kraftstoffpumpe eine Pumpkammer und ferner ein erstes,
ein zweites und ein drittes Rückschlagventil, welche an
Zuleitungen bzw. Ableitungen der Pumpkammer angeordnet sind. Hierbei
ist das erste Rückschlagventil zwischen einem Zuleitungsbereich
für Kraftstoff und der Pumpkammer angeordnet. Das zweite
Rückschlagventil ist zwischen der Pumpkammer und dem Injektor
angeordnet und das dritte Rückschlagventil ist zwischen der
Pumpkammer und einem Ableitungsbereich bzw. Rückleitungsbereich
von Überdruckspitzen angeordnet. Die Verwendung der Pumpkammer
ermöglicht dabei einen besonders kompakten und somit platzsparenden
und kostengünstigen Aufbau. Die Pumpenkammer ist vorzugsweise
auf einer gemeinsamen Achse mit dem ersten und zweiten Anker angeordnet
werden. Die Pumpkammer weist dabei vorzugsweise ein Volumen auf,
welches einem Volumen einer maximalen einspritzbaren Kraftstoffmenge
bei maximalem Einspritzdruck entspricht. Weiter bevorzugt sind der
Ansaugbereich und der Rücklaufbereich miteinander verbunden
und bilden einen gemeinsamen größeren Raum. Hierdurch
können insbesondere auch Druckschwankungen aufgrund des vergrößerten
Raumvolumens, insbesondere während der Ansaugphase der
Kraftstoffpumpe, vermieden werden.
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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
schematische Ansicht der Einspritzvorrichtung gemäß dem
ersten Ausführungsbeispiel, und
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3 eine
schematische Ansicht einer Einspritzvorrichtung gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf die 1 und 2 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 her bewegbaren Kolben 4, eine Steuereinheit 5 und
einen Tank 6. Der Tank 6 ist über eine
Kraftstoffzuleitung 6a mit einem Einspritzmodul 2 verbunden.
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 sind
ferner eine Zündkerze 9, ein Einlassventil 10 und
ein Auslassventil 11 angeordnet. Das Bezugszeichen 12 bezeichnet
eine Bypassleitung für Luft, welche Luft vom Saugrohr 8 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 das Einspritzmodul 2.
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Die
erfindungsgemäße Einspritzvorrichtung ist somit
als Einspritzmodul 2 mit einer Kraftstoffpumpe 20a,
einem Druckregler 20b, einem Injektor 20c und
einem Luftsteller 20d vorgesehen, 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 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. Dadurch kann die erfindungsgemäße
Einspritzvorrichtung 2 beispielsweise in Kleinmotoren von
Zweirädern oder Rasenmähern verwendet werden.
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2 zeigt
das Einspritzmodul 2 im Detail. Im Einspritzmodul 2 sind
die Kraftstoffpumpe 20a, der Druckregler 20b,
der Injektor 20c und der Luftsteller 20d integriert.
Hierzu ist ein mehrteiliges Gehäuse 25 vorgesehen.
Ein gemeinsamer Aktuator betätigt dabei gleichzeitig die
Kraftstoffpumpe 20a und den Luftsteller 20d. Der
gemeinsame Aktuator umfasst dabei eine Spule 21, einen
ersten Anker 22 und einen zweiten Anker 23. Wie
aus 2 ersichtlich ist, ist der erste Anker 22 Teil
des Luftstellers 20d, wobei der Anker 22 an einem
Ende als Ventilglied 22a ausgebildet ist, welches an einem
Ventilsitz 12a einer Bypassleitung 12 die Bypassleitung 12 freigeben
bzw. verschließen kann. Dem Luftsteller 20d ist ferner
eine erste Rückstellfeder 28 zugeordnet. Der Aktuator
umfasst ferner einen zweiten Anker 23, welcher in diesem
Ausführungsbeispiel ein Teil der Kraftstoffpumpe 20a ist.
Hierbei ist der zweite Anker 23 der Kolben der Kraftstoffpumpe 20a.
Der zweite Anker 23 ist ein zylindrisches Bauteil und weist
an einem in Richtung des Luftstellers 20d gerichteten Ende
eine Hülse 23a auf, welche neben einer Führungsfunktion
auch eine Abstützfunktion für eine zweite Rückstellfeder 24 zur
Rückstellung des zweiten Ankers 23 aufweist. Die
Spule 21 betätigt dabei, wenn sie bestromt wird,
sowohl den ersten Anker 22 als auch den zweiten Anker 23.
Nach Wegfall der Bestromung der Spule 21 stellen die erste
Rückstellfeder 28 bzw. die zweite Rückstellfeder 24 die
beiden Anker wieder in die in 2 gezeigten
Ausgangspositionen zurück. Die in 2 gezeigte
Position ist dabei eine Position am Ende eines Ansaughubes der Kraftstoffpumpe 20a.
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Das
Einspritzmodul 2 umfasst ferner ein mehrteiliges Gehäuse 25,
umfassend ein erstes Gehäuseteil 25a, ein zweites
Gehäuseteil 25b, ein drittes Gehäuseteil 25c und
ein viertes Gehäuseteil 25d. Das vierte Gehäuseteil 25d ist
dabei zwischen der Kraftstoffpumpe 20a und dem Luftsteller 20d angeordnet.
Dabei weist das vierte Gehäuseteil 25d eine im
Wesentliche topfförmige Form auf und weist an einem inneren
Bodenbereich zusätzlich noch einen Anschlag 26 auf.
Der Anschlag 26 ist dabei fest am inneren Boden des vierten
Gehäuseteils 25d befestigt und dient als Anschlag
für die Hülse 23a des zweiten Ankers.
Alternativ kann der Anschlag 26 auch am Anker 23a befestigt
werden. Wie ferner aus 2 ersichtlich ist, ist an einer äußeren
Grundfläche des vierten Gehäuseteils 25d die
erste Rückstellfeder 28 angeordnet und stützt
sich gegen diesen äußeren Grundbereich ab. Wie
in 2 dargestellt, ist das vierte Gehäuseteil 25d dabei
innerhalb der Spule 21 ortsfest angeordnet und über
eine Hülse 34 mit dem zweiten Gehäuseteil 25b verbunden.
Im zweiten Gehäuseteil 25b sind Anschlüsse
für die Kraftstoffzuleitung 6a sowie für
eine Kraftstoffrückleitung 6b angeordnet. Die
Kraftstoffzuleitung 6a mündet dabei in einem Ansaugbereich 32 und
die Kraftstoffrückleitung 6b geht von einem Rücklaufbereich 33 im
Gehäuse aus ab. Hierbei sind der Ansaugbereich 32 und
der Rücklaufbereich 33 miteinander verbunden und
bilden einen großvolumigen Raum 40, welcher insbesondere
Druckschwankungen, welche z. B. bei der Ansaugphase der Kraftstoffpumpe 20a auftreten können,
vollständig oder zumindest teilweise ausgleichen kann.
Hierbei sei angemerkt, dass es auch möglich ist, dass der
Ansaugbereich 32 getrennt vom Rücklaufbereich 33 vorgesehen
ist. Ferner kann die Kraftstoffrückleitung 6b nicht
zurück in einen Tank führen, sondern alternativ
mit der Kraftstoffzuleitung 6a verbunden sein.
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Das
dritte Gehäuseteil 25c ist ebenfalls im Wesentlichen
topfförmig ausgebildet und definiert eine Pumpkammer 27,
in welcher Kraftstoffmittels des zweiten Ankers 23 unter
Druck setzbar ist. Dabei sind im dritten Gehäuseteil 25 ein
erstes Rückschlagventil 29, ein zweites Rückschlagventil 30 und
ein drittes Rückschlagventil 31 angeordnet. Die
drei Rückschlagventile weisen dabei den gleichen Aufbau auf
und unterscheiden sich lediglich in unterschiedlichen Federstärken
Ihrer Rückstellfedern. Das erste Rückschlagventil 29 verbindet
den Ansaugbereich 32 mit der Pumpkammer 27. Das
zweite Rückschlagventil 30 verbindet die Pumpkammer
mit einer Kammer im Injektor 20c. Das dritte Rückschlagventil 31 verbindet
die Pumpkammer 27 mit einem Rücklaufbereich 33,
von welchem aus die Kraftstoffrückleitung 6b abgeht.
Das dritte Rückschlagventil 31 bildet dabei den
Druckregler 20b, um einen gegebenenfalls in der dritten
Pumpkammer 27 entstehenden Überdruck abzubauen.
Das zweite Rückschlagventil 30 ist weiter derart
ausgelegt, dass es ab einem vorbestimmten Druck in der Pumpkammer 27 öffnet,
so dass Kraftstoff zum Injektor 20c strömen kann.
Der Injektor 20c öffnet ab einem vorbestimmten
Druck gegen eine Rückstellkraft einer Feder automatisch
oder
kann alternativ über eine nicht gezeigte Steuereinrichtung
geöffnet werden. Der Injektor 20c spritzt dabei
Kraftstoff in das Saugrohr 8 ein. Die Pumpkammer 27,
der erste Anker 22 und der zweite Anker 23 liegen
dabei auf einer gemeinsamen Achse X-X.
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Wie
weiter aus 2 ersichtlich ist, ist dem ersten
Anker 22 ein erster Arbeitsspalt S1 zugeordnet und dem
zweiten Anker 23 ein zweiter Arbeitsspalt S2 zugeordnet.
Der erste Arbeitsspalt S1 wird durch eine Unterlegscheibe 35 definiert.
Die Unterlegscheibe 35 ist zwischen einem Gehäuse
des Luftstellers 20d und dem Gehäusebauteil 25d angeordnet.
An der radialen Innenseite der Unterlegscheibe 35 ist ferner
eine Dichtung 36 in Form eines O-Ringes vorgesehen. Die
Dichtung 36 dichtet dabei den Luftsteller 20d von
den anderen Bereichen des Einspritzmoduls, welcher mit dem Kraftstoff
in Kontakt kommen, ab. Die Dichtung 36 ist dabei ortsfest
angeordnet, so dass sie keinen dynamischen Belastungen unterliegt.
Auch ist die Dichtung 36 derart vorgesehen, dass sie keine
großen Druckunterschiede zwischen der Luft im Luftsteller 20d und
dem Kraftstoff erfahren muss, da sich die Pumpkammer 27 der Kraftstoffpumpe 20a im
topfförmigen Gehäusebauteil 25c befindet.
Somit kann die Dichtung 36 sehr einfach und kostengünstig
aufgebaut werden. Es sei angemerkt, dass die Dichtung 36 alternativ
auch an der radialen Außenseite der Unterlegscheibe 35 angeordnet
sein kann.
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Die
Funktion des erfindungsgemäßen Einspritzmoduls 2 ist
dabei wie folgt. Eine Ansaugphase der Kraftstoffpumpe 20a wird
durch das zweite Rückstellelement 24 eingeleitet,
wobei die Ruhestellung des zweiten Rückstellelements 24 das
Ende der Ansaugphase definiert. Während der Ansaugphase
ist das erste Rückschlagventil 29 geöffnet
und das zweite und dritte Rückschlagventil 30, 31 sind
jeweils geschlossen. Dadurch kann Kraftstoff über das geöffnete
erste Rückschlagventil 29 in die Pumpkammer 27 strömen.
Anschließend erfolgt eine Bestromung der Spule 21,
so dass der zweite Anker 23 in Richtung des Pfeils A bewegt
wird, um das sich in der Pumpkammer 27 befindliche Fluid
unter Druck zu setzen. Dadurch schließt das erste Rückschlagventil 29,
und solange noch ein geringes Druckniveau in der Pumpkammer 27 herrscht,
bleiben das zweite und das dritte Rückschlagventil 30, 31 ebenfalls
geschlossen. Dieser Zustand ist in 2 gezeigt.
Durch die Bestromung der Spule 21 wird auch der erste Anker 22 angezogen
und in Richtung des Pfeils B bewegt, so dass der Luftsteller 20d öffnet.
Ab einem vorbestimmten Druckniveau in der Pumpenkammer 27 öffnet
dann das zweite Rückschlagventil 30, so dass unter
Druck stehendes Fluid zum Injektor 20c strömen kann
und von dort bei Bedarf eingespritzt werden kann. Sollte ein Druck
in der Pumpkammer 27 zu groß werden, d. h., größer
als ein Referenzwert, öffnet das dritte Rückschlagventil 31,
um derartige Druckspitzen abzubauen. Somit übernimmt das
dritte Rückschlagventil 31 die Funktion des Druckreglers 20b.
Gleichzeitig mit der Betätigung der Kraftstoffpumpe 20a wird
bei einer Bestromung der Spule 21 daher auch der erste
Anker 22 des Luftstellers 20d in Richtung des
Pfeils B angezogen. Hierdurch öffnet der Luftsteller 20d,
so dass Luft durch die Bypassleitung 12 strömen
kann. Wenn die Rückstellkraft des ersten Rückstellelements 28 kleiner
als die des zweiten Rückstellelements 24 gewählt
ist, öffnet der Luftsteller 20d, bevor die Kraftstoffpumpe
in die Druckphase übergeht.
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Wie
aus 2 ersichtlich ist, ist dabei ein möglicher
Hub des ersten Ankers 22 und des zweiten Ankers 23 begrenzt.
Der erste Anker 22 kann einen maximalen Hub, entsprechend
dem ersten Arbeitsspalt S1 ausführen, bis der erste Anker 22 an
die nach außen gerichtete Grundfläche des vierten
Gehäuseteils 25d stößt. Die
Höhe des Spaltes S1 wird dabei durch die Dicke der Unterlegscheibe 35 bestimmt.
Am zweiten Anker 22 ist der zweite Arbeitsspalt S2 vorgesehen,
welcher größer als der Arbeitsspalt S1 des ersten
Ankers 22 ist. Somit ist jedem Anker ein eigener Arbeitsspalt
zugeordnet. Hierbei ist jeder dieser Arbeitsspalte ein Teil des
Magnetkreises der Spule 21. Um nun trotz dieser magnetischen Koppelung
der Anker 22, 23 keinen oder einen nur sehr geringen
Zeitverlust während eines Kraftaufbaues im zweiten Arbeitsspalt
S2 (und gegebenenfalls im dritten, vierten usw. Arbeitsspalt) zu
haben, wird die erste Rückstellfeder 28 derart
ausgelegt, dass in Betriebszuständen des Kleinmotors 1,
in welchem keine Verzögerung beim Kraftaufbau im zweiten
Arbeitsspalt S2 auftreten darf, diese Verzögerung minimiert oder
komplett verhindert wird. Ein derartiger Betriebszustand ist beispielsweise
ein Lastbetrieb des Kleinmotors 1. Im Unterschied zu diesem
Betriebszustand ist in einem Leerlaufbetriebszustand gewünscht,
dass der Luftsteller 20d nicht ständig geöffnet
ist. Somit ist die Rückstellkraft des ersten Rückstellelements 28 derart
zu wählen, dass die Rückstellkraft bei niedrigen
Drehzahlen ausreicht, um zwischen einzelnen Ansteuerungen der Spule 21 im Leerlaufbetrieb
des Kleinmotors den Luftsteller 20d wieder zu schließen.
Bei hohen Drehzahlen erfolgt im Unterschied zum Leerlaufzustand
eine schnellere Ansteuerung der Spule 21. Dadurch reicht
die Zeit für das erste Rückstellelement 28 nicht
mehr aus, um den Luftsteller 20d wieder vollständig
zu schließen. Dadurch ist der Luftsteller 20d bei
hohen Drehzahlen fast immer vollständig geöffnet.
Für den Betrieb des Kleinmotors 1 ist dieser Zustand
dabei ohne Nachteil bzw. von Vorteil, da über den geöffneten
Bypass 12 zusätzliche Luft kurz vor das Einlassventil 10 geführt werden
kann.
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Somit
ist bei hohen Drehzahlen eine Verzögerung beim Kraftaufbau
am zweiten Arbeitsspalt S2 deutlich geringer, da der erste Arbeitsspalt
S1 nicht erst komplett geschlossen werden muss.
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Somit
weist erfindungsgemäß das Einspritzmodul 2 einen
gemeinsamen Aktuator für die Kraftstoffpumpe 20a und
den Luftsteller 20d auf. Hierdurch ist lediglich eine Spule
und eine einzige elektrische Endstufe mit Verkabelung in die Kraftstoffpumpe 20a und
den Luftsteller 20d notwendig. Ferner kann der Luftsteller 20d in
den Betriebszuständen des Kleinmotors 1, in denen
er benötigt wird, d. h., üblicherweise im Leerlauf, öffnen
und schließen und in Betriebszuständen, in denen
er nicht zwingend benötigt wird, kann sichergestellt werden,
dass trotz des gemeinsamen Aktuators mit der Kraftstoffpumpe 20a eine
Betätigung der Kraftstoffpumpe 20a nicht verzögert
oder anderweitig behindert wird. Ferner kann eine einfache statische
Dichtung zur Abdichtung der beiden Medienströme voneinander
vorgesehen werden, wobei die Dichtung derart am Gehäusebauteil der Einspritzvorrichtung
angeordnet ist, dass sie kein bzw. nur ein sehr geringes Druckgefälle
zwischen den beiden Medien abzudichten hat.
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf 3 eine Einspritzvorrichtung 1 gemäß einem zweiten
Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind dabei mit den gleichen
Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet.
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Das
zweite Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem
ersten Ausführungsbeispiel, wobei im Unterschied zum ersten
Ausführungsbeispiel beim zweiten Ausführungsbeispiel
die Dichtung 36 an einer radialen äußeren
Mantelfläche des Gehäusebauteils 25d angeordnet
ist. Hierbei ist im Gehäusebauteil 25d eine Ringnut 37 vorgesehen,
in welcher die als O-Ring ausgebildete Dichtung 36 angeordnet
ist. Somit kann die Dichtung 36 sicher im ortsfesten Gehäusebauteil 25d gehalten
werden.
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Ferner
umfasst das Einspritzmodul gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel
einen zweiten Dichtring 38, welcher den Ansaugbereich 32 bzw. den
Rücklaufbereich 33 gegenüber der Umgebung abdichtet.
Der zweite Dichtring ist dabei im dritten Gehäuseteil 25c in
einer entsprechend gebildeten Nut angeordnet.
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Ferner
ist im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel beim
zweiten Ausführungsbeispiel das dritte, im Wesentlichen
topfförmige, Gehäusebauteil 25c etwas
länger in Axialrichtung X-X ausgebildet. Dadurch wird ein
Raum 41 definiert, in welchem der zweite Arbeitsspalt S2
zwischen dem zweiten Anker 23 und dem dritten Gehäusebauteil 25c definiert
ist. Der Raum 41 ist über eine Stichleitung 46 mit
dem Rücklaufbereich 33 verbunden.
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Wie
werter aus 3 ersichtlich ist, ist der zweite
Anker 23 aus einem topfförmigen Grundteil 23a und
einer Stange 23b gebildet. Am Ende der Stange 23b ist
ein Scheibenelement 23c vorgesehen, über welches
der zweite Anker 23 mit dem Kolben 42 verbunden
ist. Im Kolben 42 ist eine zentrale Ausnehmung 43 gebildet,
in welcher das Scheibenelement 23c des zweiten Ankers angeordnet
ist. Das Scheibenelement 23c wird dabei durch eine Hinterschneidung 44 am
Kolben gehalten. Ferner sind zwei Rückstellfedern 24 und 45 vorgesehen.
Die Rückstellfeder 24 stellt dabei den Anker 23 in
seine Ausgangsstellung zurück, wobei die Rückstellfeder 24 zwischen
einem Absatz im dritten Gehäusebauteil 25c und
dem Topf 23a des Ankers 23 angeordnet ist. Die
dritte Rückstellfeder 45 ist zwischen dem Anker 23,
genauer dem Topf 23a und dem zum Anker gerichteten Ende
des Kolbens 42, angeordnet. Wie aus 3 ersichtlich
ist, sind die beiden Rückstellfedern 24, 45 parallel
zueinander im Raum 41 angeordnet. Die gewählte
Konstruktion des Ankers 23 mit separatem Kolben 44 ermöglicht
es dabei, dass nach einer Betromung der Spule 21 zuerst
der Anker 23 nach unten bewegt wird, und der Kolben 42 noch
in seiner Position verbleibt. Erst wenn das Scheibenelement 23c des
Ankers 23 gegen die innere Bodenfläche des Kolbens 42 drückt,
wird der Kolben 42 gemeinsam mit dem Anker 23 bewegt,
so dass das im Pumpenraum 27 befindliche Fluid unter Druck
gesetzt wird. Somit kann ein verzögertes Ansprechen der
Kolbenpumpe 20a realisiert werden. Die Rückstellung
des Kolbens 42 erfolgt dann ebenfalls zeitverzögert,
da die zweite Rückstellfeder 24 zuerst den Anker 23 zurückstellt,
welcher dann über die Hinterschneidung 44 am Kolben 42 den
Kolben mitnimmt. Es sei angemerkt, dass die dritte Rückstellfeder 45 auch
derart ausgelegt werden kann, dass sie eine relativ hohe Steifigkeit
und somit eine hohe Federkraft bereitstellt, so dass kurz nach einer
Betätigung des zweiten Ankers 23 der Kolben 42 über
die dritte Rückstellfeder 45 bewegt werden kann.
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Ansonsten
entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem vorhergehenden
Ausführungsbeispiel, so dass auf die dort gegebene Beschreibung
verwiesen werden kann.
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Zu
allen Ausführungsbeispielen sei angemerkt, dass die Einspritzvorrichtung
sehr kompakt und kostengünstig aufgebaut ist und das Einspritzmodul 2 jeweils
als integrale Bestandteile eine Kraftstoffpumpe 20a, einen
Druckregler 20b, einen Injektor 20c und einen
Luftsteller 20d umfassen. Hierbei ist insbesondere ein
gemeinsamer Aktuator für den Luftsteller 20d und
die Kraftstoffpumpe 20a mit zwei Ankern 22, 23 vorgesehen.
In den Ausführungsbeispielen wurde als Aktuator dabei jeweils
ein magnetischer Aktuator durch Bestromung einer Spule beschrieben.
Es sei jedoch angemerkt, dass grundsätzlich auch andere
mögliche Aktuatoren verwendet werden können, z.
B. ein Piezoaktuator. Ferner sei angemerkt, dass das beschriebene
Schließelement 22a des Luftstellers 20d auch
als sich verjüngender, insbesondere konischer, Endbereich
des Ankers 22 ausgeführt sein kann, oder auch
in einer beliebig anderen Weise, beispielsweise als Kugel oder Teilkugel.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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