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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.
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. Der
Druckregler ist dabei integraler Bestandteil des Injektors. Die
Kraftstoffpumpe umfasst einen Pumpraum, in welchem der Kraftstoff
unter Druck setzbar ist und das Einspritzmodul umfasst ferner einen
integrierten Ansaugraum. Der Ansaugraum ist mit dem Pumpraum dabei über
eine freie Verbindungsleitung verbunden. Erfindungsgemäß wird
unter dem Begriff "freie Verbindungsleitung" eine frei durchströmbare
Leitung oder Bohrung verstanden, in welcher kein Ventil oder Ähnliches
angeordnet ist und Kraftstoff somit frei vom Ansaugraum zum Pumpenraum
oder umgekehrt strömen kann. Die freie Verbindungsleitung
ist vorzugsweise eine Bohrung mit konstantem Durchmesser. Somit
kann erfindungsgemäß die Teilezahl der Einspritzvorrichtung
reduziert werden, da auf ein Rückschlagventil zwischen
dem Ansaugraum und dem Pumpraum verzichtet werden kann. Das Einspritzmodul
kann dabei komplett vormontiert werden, so dass es lediglich an
die notwendigen Anschlüsse angeschlossen werden muss und in
ein Fahrzeug direkt eingebaut werden kann. Die Bauteile des Einspritzmoduls
sind dabei vorzugsweise in einem gemeinsamen Gehäuse des
Einspritzmoduls angeordnet. 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 ein Gesamthub eines Kolbens der Kraftstoffpumpe einen Ausschiebeteilhub
und einen Druckerzeugungsteilhub. Der Ausschiebeteilhub und der
Druckerzeugungsteilhub bilden zusammen den Gesamthub des Kolbens.
Der Ausschiebeteilhub ist dabei vorzugsweise gleich oder größer
als der Druckerzeugungsteilhub. Durch diese Maßnahme ist
sichergestellt, dass, falls Kraftstoffdampf oder andere Gase im
Pumpraum vorhanden sind, diese mittels des Ausschiebeteilhubs aus dem
Pumpraum herausgeschoben werden können und für
den Druckerzeugungsteilhub dann nur noch flüssiger Kraftstoff
im Pumpraum vorhanden ist. Ferner ist durch das Vorschalten des
Ausschiebeteilhubs vor dem Druckerzeugungsteilhub sichergestellt, dass
der Kolben der Kraftstoffpumpe eine vorbestimmte Geschwindigkeit
aufweist und so ausreichend Schwung für den Druckerzeugungsteilhub
mitbringt.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist
zwischen dem Pumpraum und einem Rückführraum ein
erstes Rückschlagventil angeordnet, und über den
Rückführraum wird eine Verbindung zum Tank hergestellt. Das
Rückschlagventil verhindert dabei, dass Kraftstoffdampf
vom Rückführraum unbeabsichtigt in den Pumpraum
gelangen kann.
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Vorzugsweise
ist in Axialrichtung des Einspritzmoduls eine Pumpraum-Mündung
einer Verbindungsleitung zwischen dem Pumpraum und dem Rückführraum
und näher zum Injektor angeordnet als eine Mündung
der freien Verbindungsleitung zwischen dem Ansaugraum und dem Pumpraum.
Hierdurch wird sichergestellt, dass eine Steuerkante des Kolbens
zuerst die freie Verbindungsleitung zwischen Pumpraum und Ansaugraum
verschließt und anschließend erst die Verbindungsleitung
zwischen Pumpraum und Rückführraum. Hierdurch
kann noch Kraftstoffdampf über das erste Rückschlagventil
in den Rückführraum ausgeschoben werden und wenn die
Steuerkante des Kolbens die Verbindungsleitung zwischen Pumpraum
und Rückführraum überfahren hat, beginnt
erst ein Druckaufbau im Pumpraum. Dieser Aufbau stellt sicher, dass
während der Druckaufbauphase kein Kraftstoffdampf oder
andere Gase im Pumpraum vorhanden sind, da diese mit Sicherheit ausgeschoben
werden können.
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Gemäß einer
alternativen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst die
Einspritzvorrichtung ferner einen Ringraum, in welchen eine Kraftstoffzufuhrleitung
und eine Kraftstoffrückführleitung münden.
Der Ringraum ist somit ein kombinierter Ansaug- und Rückführraum.
Hierbei sei angemerkt, dass der Ringraum nicht zwingend ringförmig
ausgebildet sein muss, sondern jede beliebige Form annehmen kann.
Eine ringförmige Ausgestaltung des Ringraums hat jedoch
den Vorteil, dass die Einspritzvorrichtung sehr kompakt ausgestaltet
werden kann. Ferner ist eine Verbindungsleitung vorgesehen, welche
den Ringraum mit dem Pumpraum verbindet. Die Verbindungsleitung
weist dabei eine gemeinsame Stichleitung zum Pumpraum und eine Verzweigung zum
Ringraum auf. Die Verzweigung zum Ringraum umfasst einen ersten
Leitungsbereich und einen zweiten Leitungsbereich. Der erste Leitungsbereich ist
dabei unterhalb des zweiten Leitungsbereichs angeordnet und beide
Leitungsbereiche münden in den Ringraum. Über
die Verbindungsleitung zwischen dem Ringraum und dem Pumpraum erfolgt
somit ein Ansaugen von Kraftstoff als auch ein Ausschieben von eventuell
vorhandenen Gasen im Pumpraum. Erst nachdem eine Steuerkante des
Kolbens eine Mündung der Verbindungsleitung überschritten
hat, beginnt ein Druckaufbau im Pumpraum. Beim Ausschieben von eventuell
vorhandenen Gasen werden die Gase über die gemeinsame Stichleitung
dann über den zweiten Leitungsbereich in den Ringraum abgeführt,
da der zweite Leitungsbereich über den ersten Leitungsbereich
angeordnet ist.
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Damit
der Ringraum ein möglichst großes Volumen aufweist,
in der Ringraum vorzugsweise mit einem Federraum, in welchem eine
Rückstellfeder für einen Anker der Kraftstoffpumpe
angeordnet ist, verbunden.
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Weiter
bevorzugt ist der erste Leitungsbereich der Verzweigung der Verbindungsleitung
zwischen dem Pumpraum und dem Ringraum auf Höhe eines Bodens
des Ringraums angeordnet. Dadurch wird sichergestellt, dass während
einer Ansaugphase über den ersten Leitungsbereich ausschließlich flüssiger
Kraftstoff, welcher vollständig ausgegast ist (Dicksaft),
angesaugt wird. Hierdurch wird sichergestellt, dass keine bzw. nur
eine minimale Menge an dampfförmigem Kraftstoff in den
Pumpraum angesaugt wird.
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Besonders
bevorzugt ist die Verbindungsleitung zwischen dem Pumpraum und dem
Ringraum derart ausgebildet, dass die gemeinsame Stichleitung in
der Mitte der Verzweigung zwischen dem ersten und zweiten Leitungsbereich
der Verzweigung mündet.
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Weiter
bevorzugt umfasst die Einspritzvorrichtung einen zentralen Gehäuseblock,
in welchem der Pumpraum ausgebildet ist. Verbindungsleitungen zum
Ansaugraum und/oder Rückführraum oder zum Ringraum
können dabei einfach mittels Bohrungen bereitgestellt werden.
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Die
Einspritzvorrichtung umfasst vorzugsweise 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 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 dem Luftsteller zugeordnet und der zweite Anker
der Kraftstoffpumpe, und beide Anker können mittels der
gemeinsamen Spule aktiviert werden.
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Um
einen möglichst kompakten Aufbau bereitzustellen, ist vorzugsweise
der erste Anker ein Teil des Luftstellers und der zweite Anker ist
ein Teil der Kraftstoffpumpe. Insbesondere ist der erste Anker ein Ventilglied
des Luftstellers und der zweite Anker ist ein Kolben der Kraftstoffpumpe.
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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 der Einspritzvorrichtung gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel.
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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 herbewegbaren 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
Injektor mit integriertem Druckregler, 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 12z der Bypassleitung 12 mündet
im Saugrohr 8 hinter der Drosselklappe 7.
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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, einem Druckregler,
einem Injektor und einem Luftsteller 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 (in 2 nur
schematisch gezeigt) vorgesehen. Der Druckregler 20b ist
dabei Bestandteil des Injektors 20c. Ein gemeinsamer Aktuator
betätigt dabei gleichzeitig die Kraftstoffpumpe 20a und
den Luftsteller 20d. Der gemeinsame Aktuator umfasst 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 ein Ventilglied 22a ausgebildet hat, welches an einem
Ventilsitz 12a der 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 fest mit einem Kolben 26 der
Kraftstoffpumpe 20a verbunden. Alternativ können
sich der zweite Anker 23 und der Kolben 26 ohne
feste Verbindung lediglich berühren. Der zweite Anker 23 ist
ein zylindrisches Bauteil und wird im Inneren der Spule 21 mittels
eines Führungselements 19 geführt. Das
Führungselement 19 weist neben einer Führungsfunktion
auch eine Abstützfunktion für die erste Rückstellfeder 28 auf.
Das Bezugszeichen 29 bezeichnet ein nicht-magnetisches
Element, um den Eisenkreis der Spule 21 zu unterbrechen.
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. eine zweite Rückstellfeder 24 für
den zweiten Anker die beiden Anker wieder in die in 2 gezeigten Ausgangspositionen
zurück. Die zweite Rückstellfeder stützt
sich dabei an einem Gehäuseblock 25a und einer
Stirnseite des zweiten Ankers 23 ab.
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Wie
aus 2 ersichtlich ist, sind am Gehäuse 25 die
Kraftstoffzuleitung 6a sowie die Kraftstoffrückleitung 6b angeordnet.
Die Kraftstoffzuleitung 6a mündet dabei in einen
Ansaugraum 30. Die Kraftstoffrückleitung 6b geht
von einem Rückführraum 32 aus. Das Volumen
des Ansaugraums 30 und des Rückführraums 32 sind
dabei ungefähr gleich. Alternativ können der Ansaugraum 30 und
der Rückführraum 32 auch einen gemeinsamen
Raum bilden. Im Gehäuseblock 25a ist ferner ein
Pumpraum 31 ausgebildet. Der Pumpraum 31 ist über
eine erste Bohrung 33 mit dem Ansaugraum 30 und über
eine zweite Bohrung 34 mit dem Rückführraum 32 verbunden.
Hierbei ist zwischen dem Ansaugraum 30 und dem Pumpraum 32 kein
Rückschlagventil o. ä. angeordnet. Die Bohrung 33 bildet
somit eine freie Verbindungsleitung zwischen Pumpraum 31 und
Ansaugraum 30. Zwischen dem Pumpraum 31 und dem Rückführraum 32 ist
ein erstes Rückschlagventil 35, angeordnet. Der
Pumpraum 31 ist dabei Teil der Kraftstoffpumpe 20b.
Wie aus 2 ersichtlich ist, ist der Kolben 26 der
Kraftstoffpumpe derart im Gehäuseblock 25a angeordnet,
dass er ein im Pumpraum 31 befindliches Fluid unter Druck
setzen kann. Der Kolben 26 ist dabei fest mit dem zweiten
Anker 23 verbunden. Die in 2 gezeigte
Position ist dabei eine Position am Ende eines Ansaughubes der Kraftstoffpumpe 20a.
Der Pumpraum 31, der erste Anker 22 und der zweite
Anker 23 liegen dabei auf einer gemeinsamen Achse X-X.
Wie aus 2 ersichtlich ist, ist eine
Pumpraum-Mündung der zweiten Bohrung 34 in Axialrichtung
X-X des Einspritzmoduls 2 an einer Position näher
zum Injektor 20c angeordnet, als die Pumpraum-Mündung
der ersten Bohrung 33.
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Wie
weiter aus 2 ersichtlich ist, umfasst der
Injektor 20c ein Ventilglied 40, welches ein nach außen öffnendes
Ventilglied ist. Das Ventilglied 40 ist in einem Düsenraum 41 angeordnet
und umfasst einen Ventilsitz 40a sowie einen Federhaltebereich 40b.
Eine Rückstellfeder 42 ist zwischen dem Federhaltebereich 40b und
einem Bodenbereich 41a des Düsenraums 41 angeordnet.
Die Rückstellfeder stellt das Ventilglied 40 immer
in die in 2 gezeigte Ausgangsposition
zurück und gibt ferner einen Öffnungsdruck vor,
mit welchem das Ventilglied 41 geöffnet werden
kann. Ein Druck im Düsenraum 41 wirkt dabei über
eine Druckfläche 40c des Ventilglieds 40.
Ein zweites Rückschlagventil 36 ist in einer Verbindung
zwischen dem Pumpraum 31 und dem Düsenraum 41 angeordnet.
Das Rückschlagventil 36 stützt sich mit
einer Feder gegen die Druckfläche 40c des Ventilglieds 40 ab
und öffnet, wenn ein Druck im Pumpenraum 31 höher
als ein Druck im Düsenraum 41 ist. Zum Halten
der Feder und der Kugel des zweiten Rückschlagventils 36 ist
ein käfigartiges Bauteil vorgesehen. Der Druckregler 20b ist
somit in den Injektor 20c integriert und umfasst die Rückstellfeder 42 sowie
den Federhaltebereich 40b des Ventilglieds 40,
gegen welchen sich die Rückstellfeder 42 abstützt.
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Wie
weiter in 2 gezeigt, ist eine Verbindungsleitung 34 zwischen
dem Pumpraum 31 und dem Rückführraum 32 in
Axialrichtung X-X des Einspritzmoduls 2 unterhalb der ersten
Verbindungsleitung 33 angeordnet. Eine Einbauposition des
Einspritzmoduls 2 ist dabei derart gewählt, dass
eine vertikale Richtung mit der Längsrichtung X-X des Einspritzmoduls übereinstimmt.
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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
sind das erste Rückschlagventil 35 und das zweite
Rückschlagventil 36 geschlossen. Nachdem eine
Steuerkante 26a des Kolbens 26 während
der Rückstellbewegung, d. h., Aufwärtsbewegung
des Kolbens 26, hinter die Mündung der ersten
Verbindungsleitung 33 bewegt wurde, beginnt Kraftstoff
aus dem Ansaugraum 30 über die erste Verbindungsleitung 33 in
den Pumpraum 31 einzuströmen. Das erste und zweite Rückschlagventil 35, 36 bleiben
dabei jeweils weiterhin geschlossen. Sollten sich Gase im Pumpenraum 31 befinden,
sammeln diese sich unterhalb der Druckfläche an der Steuerkante 26a des
Kolbens 26. Mit Beginn der Druckphase wird der Kolben 26 in Richtung
des Pfeils A nach unten bewegt, wenn die Spule 21 bestromt
wird. Dadurch werden eventuell vorhandene Gase über die
erste Verbindungsleitung 33 zurück in den Ansaugraum 30 bzw.
das nun geöffnete erste Rückschlagventil 35 in
den Rückführraum 32 ausgeschoben. Nach Überfahren
der Mündung der ersten Verbindungsleitung 33 im
Pumpraum 31 durch den Kolben 26 werden die Gase
nur noch über das geöffnete erste Rückschlagventil 35 in
den Rückführraum 32 ausgeschoben. Somit
wird der erste Teil des Kolbenhubes zum Ausschieben vom eventuell vorhandenen
Kraftstoffdämpfen bzw. anderen Gasen verwendet. Da der
Kolbenhub für das Entgasen relativ groß ist, können
auch große Gasmengen aus dem Pumpraum 31 ausgeschoben
werden. Nachdem der Kolben 26, genauer die Steuerkante 26a des
Kolbens, die Verbindungsleitung 34 überfahren
hat, beginnt erst der eigentliche Druckaufbau im Druckraum 31.
Sobald der Druck im Druckraum 31 dann größer als
ein Druck im Düsenraum 41 wird, öffnet
das zweite Rückschlagventil 36, so dass Kraftstoff
vom Pumpraum 31 in den Düsenraum 41 strömen
kann. Wenn nun der Druck im Düsenraum 41 größer
ist als eine Rückstellkraft der Rückstellfeder 42, öffnet
das Ventilglied 40 nach außen, so dass Kraftstoff
in das Saugrohr 8 eingespritzt werden kann. Wenn durch die
Einspritzung der Druck im Düsenraum 41 wieder unterhalb
des Öffnungsdrucks sinkt, schließt die Rückstellfeder 42 das
Ventilglied 40 wieder. Die Bestromung der Spule 21 wird
beendet und die zweite Rückstellfeder 24 kehrt
die Bewegungsrichtung des Kolbens 26 wieder um und die
Ansaugphase beginnt wieder, sobald die Steuerkante 26a die Pumpraum-Mündung
der ersten Verbindungsleitung 33 überfahren hat.
Da während des Rückhubs des Kolbens 26 im
ersten Hubteil ein Unterdruck im Pumpraum 31 entsteht,
gast unabhängig von Temperaturverhältnissen Kraftstoffdampf
bzw. Luft aus dem flüssigen Kraftstoff aus. Erst nach Überfahren
der Pumpraum-Mündung der ersten Verbindungsleitung 33 beginnt
dann der eigentliche Ansaugprozess. Erfindungsgemäß liegen
somit stets große Gas- bzw. Dampfmengen im Pumpraum 31 vor,
so dass eine eventuell zusätzliche Dampfblasenbildung während eines
heißen Betriebszustandes nicht zu signifikanten Änderungen
des Förderverhaltens führt. Dadurch kann sichergestellt
werden, dass immer eine konstante Kraftstoffmenge in das Saugrohr
eingespritzt werden kann.
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Mit
der Betätigung der Kraftstoffpumpe 20a wird bei
einer Bestromung der Spule 21 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. Dadurch kann Luft über den Auslass 12z zum
Saugrohr 8 strömen.
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Nach
erfolgter Einspritzung wird die Bestromung der Spule 21 beendet,
so dass die Rückstellfedern 24 und 28 den
ersten und zweiten Anker 22, 23 wieder in ihre
Ausgangspositionen zurückstellen. Dadurch wird der Luftsteller 20d wieder
verschlossen und während der Rückstellung des
zweiten Ankers 23 wird der Kolben 26 mit zurückgezogen,
so dass wieder die Ansaugphase beginnt. Es sei angemerkt, dass die
Rückstellkräfte der Rückstellfedern 24 und 28 derart
ausgelegt sind, dass bei einem nur geringen Bestromen der Spule 21 der
Luftsteller 20d auch separat betätigt werden kann,
ohne die Kraftstoffpumpe zu betätigen.
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Ferner
weist 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. In dem Ausführungsbeispiel
wurde als Aktuator dabei 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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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf 3 eine Einspritzvorrichtung 1 gemäß einem zweiten
Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind 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 dazu beim
zweiten Ausführungsbeispiel das Einspritzmodul 2 einen
Ringraum 50 aufweist, welcher ein kombinierter Ansaug-
und Rückführraum ist. Der Ringraum 50 ist
ringförmig um einen Gehäuseblock 25a,
in welchem der Pumpraum 31 angeordnet ist, vorgesehen.
Zwischen dem Pumpraum 31 und dem Ringraum 50 ist
eine Verbindungsleitung 51 vorgesehen, welche den Pumpraum 31 mit
dem Ringraum 50 verbindet. Die Verbindungsleitung 51 umfasst
eine gemeinsame Stichleitung 52, welche vom Pumpraum 31 aus
ausgeht, und eine Verzweigung 53. Die Verzweigung 53 umfasst
einen ersten Leitungsbereich 53a und einen zweiten Leitungsbereich 53b.
Der erste Leitungsbereich 53a ist dabei unterhalb des zweiten
Leitungsbereichs 53b angeordnet. Die gemeinsame Stichleitung 52 geht ungefähr
von der Mitte der Verzweigung 53 aus (vgl. 3).
Der erste Leitungsbereich 53a ist dabei derart zum Ringraum 50 hin
geöffnet, dass eine Mündung des ersten Leitungsbereichs 53a auf
Höhe eines Bodenbereichs 50a des Ringraums 50 liegt.
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Der
Ringraum 50 ist über eine Kraftstoffzuleitung 6a und
eine Kraftstoffrückleitung 6b mit einem Tank (nicht
gezeigt) verbunden. Dabei ist eine Einmündung der Kraftstoffrückleitung 6b an
einer Position am Tank angeordnet, welche höher liegt als
ein Anschluss für die Kraftstoffzuleitung 6a.
Dadurch wird sichergestellt, dass Kraftstoff über die Kraftstoffzuleitung 6a zum
Ringraum 50 zugeführt wird.
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Ferner
ist über den zweiten Leitungsbereich 53b eine
Verbindung mit einem Federraum 55 hergestellt, wobei im
Federraum 55 die zweite Rückstellfeder 24 für
den zweiten Anker 23 und den Kolben 26 angeordnet
ist. Hierdurch kann eine Volumenvergrößerung des
Ringraums 50, welcher den gemeinsamen Ansang- und Rückführraum
bildet, erreicht werden, so dass ein tatsächliches Volumen
des Ringraums 50 entsprechend kleiner dimensioniert werden
kann.
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Die
Funktion der Einspritzvorrichtung gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel ist dabei wie folgt. 3 zeigt
wieder den Zustand des Einspritzmoduls 2, in welchem eine
Ansaugphase abgeschlossen ist. Wenn nun die Spule 21 bestromt
wird, wird der Kolben 26 (wie durch den Pfeil A angedeutet)
nach unten bewegt. Da zwischen dem Pumpraum 31 und dem
Ringraum 50 über die Verbindungsleitung 51 eine
offene Verbindung hergestellt ist, werden eventuell vorhandene Kraftstoffdämpfe
oder andere Gase über die Verbindungsleitung 51 ausgeschoben.
Dabei werden die Gase hauptsächlich über den zweiten Leitungsbereich 53b,
welcher oberhalb der gemeinsamen Stichleitung 51 angeordnet
ist, zum Ringraum 50 ausgeschoben. Nach Austritt aus dem
zweiten Leitungsbereich 53b in den Ringraum 50 werden
die Gase nach oben in Richtung der Kraftstoffrückführleitung 6b steigen
und zum Tank zurückgeführt. Die Anordnung der
Verzweigung 53 ermöglicht es dabei, dass ein gewisser
Kamineffekt in der Verzweigung 53 entsteht, wobei ein Aufsteigen
der Gase in den zweiten Leitungsbereich 53b begünstigt
wird. Solange die Steuerkante 26b die gemeinsame Stichleitung 52 nicht
vollständig überfahren hat, erfolgt noch kein Druckaufbau
im Pumpraum 31. Dieser erfolgt erst, sobald die gemeinsame
Stichleitung 52 vollständig vom Kolben 26 überfahren
wurde. Sobald ein Druck im Pumpraum 31 höher als
ein Druck im Düsenraum 41 des Injektors 20c ist, öffnet
das Rückschlagventil 36, welches in einer Verbindung
zwischen dem Pumpraum 31 und dem Düsenraum 41 angeordnet ist,
und der Druck im Düsenraum 41 steigt an. Wenn der
Druck im Düsenraum 41 den Öffnungsdruck
erreicht hat, öffnet das Ventilglied 40 und Kraftstoff
wird in die Saugleitung 8 eingespritzt. Sobald der Druck
im Düsenraum 41 wieder unter den Öffnungsdruck
sinkt, schließt der Injektor wieder und die Bestromung
der Spule wird beendet, und der Kolben wird in die in 3 gezeigte
Ausgangsposition zurückgeführt. Während
eines ersten Teilhubs der Rückführung ist dabei
noch keine Verbindung zwischen dem Pumpraum 31 und dem
Ringraum 50 über die Verbindungsleitung 51 hergestellt.
Dadurch entsteht ein Unterdruck in der ersten Ansaugphase im Pumpraum 31,
so dass es zu einer Ausgasung des im Pumpraum 31 befindlichen
Kraftstoffs kommt. Erst wenn die Steuerkante 26a des Kolbens 26 die
gemeinsame Stichleitung 52 erreicht, erfolgt eine Ansaugung
von Kraftstoff über die Verbindungsleitung 51.
Dabei erfolgt eine Ansaugung hauptsächlich über den
ersten Leitungsbereich 53a. Da der erste Leitungsbereich 53a am
tiefsten Punkt des Ringraums 50 mündet, kann sichergestellt
werden, dass ausschließlich flüssiger Kraftstoff über
den ersten Leitungsbereich 53 angesaugt wird. Dadurch wird
eine Mindestmenge von flüssigem Kraftstoff in den Pumpraum 31 angesaugt.
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Da
Blasen in einer Flüssigkeit aufsteigen, werden beim Ausschieben
von Gasen aus dem Pumpraum 31 mehr Blasen ausgestoßen
als beim Ansaugen wieder eingesaugt werden können. Dadurch
wird sichergestellt, dass immer eine ausreichende Füllung
des Pumpraums 31 mit flüssigem Kraftstoff erreicht
wird.
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Bei
dem zweiten Ausführungsbeispiel wird ein Einspritzmodul
erreicht, welches weder ein Rückschlagventil zwischen Pumpraum
und Ansaugraum benötigt noch ein Rückschlagventil
zwischen Pumpraum und Rückführraum. Da bei diesem
Ausführungsbeispiel ein gemeinsamer Ansaug-Rückführraum
vorgesehen ist, kann dieses Einspritzmodul besonders kompakt und
kleinbauend ausgelegt werden. Ferner kann insbesondere eine Anzahl
von bewegten Teilen minimiert werden, so dass dieses Einspritzmodul
besonders robust und langlebig ist.
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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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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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