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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.
Weiter kann erfindungsgemäß eine Saugpulsation
der Pumpe reduziert werden und insbesondere die Erzeugung 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 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. Ferner
umfasst die Einspritzvorrichtung einen Ansaugraum, welcher integraler
Bestand des Einspritzmoduls ist. Der Ansaugraum ist über
ein erstes Rückschlagventil mit einem Pumpraum der Kraftstoffpumpe
verbunden. Ein Volumen des Pumpraums ist dabei kleiner, vorzugsweise
um ein Vielfaches kleiner, als ein Volumen des Ansaugraums. Besonders
bevorzugt ist das Volumen des Pumpraums um den Faktor 10 oder mehr
kleiner als das Volumen des Ansaugraums. Im Ansaugraum ist ein gasgefüllter
Bereich und ein flüssigen Kraftstoff enthaltender Kraftstoffbereich
vorgesehen. Der gasgefüllte Bereich übernimmt
dabei die Aufgabe, eine Ansaugpulsation der Kraftstoffpumpe im Ansaugraum
zu dämpfen. Ferner steigen eventuell in der Kraftstoffzuleitung vorhandene
Dampfblasen zum gasgefüllten Bereich des Ansaugraums auf,
da der Ansaugraum zwischen einer Mündung der Kraftstoffzuleitung
und der Kraftstoffpumpe angeordnet ist. 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 die Einspritzvorrichtung ferner einen Rückführraum,
welcher über ein zweites Rückschlagventil mit
dem Pumpraum verbunden ist. Der Rückführraum weist
dabei vorzugsweise ein Volumen auf, welches größer,
vorzugsweise 10 mal größer als das Volumen des
Pumpraums ist. Der Rückführraum übernimmt
die Aufgabe, dass, falls sich Dampfblasen im Pumpraum gebildet haben oder
Dampfblasen in den Pumpraum angesaugt wurden, diese über
das zweite Rückschlagventil in den Rückführraum,
insbesondere zu Beginn der Druckphase in der Kraftstoffpumpe, abgeführt
werden können. Hierbei bildet ein Ende eines Kolbens der
Kraftstoffpumpe eine Steuerkante, welche im weiteren Verlauf der
Bewegung des Kolbens zum Druckaufbau im Pumpraum einen Anschluss
des zweiten Rückschlagventils schließt. Damit
beginnt die eigentliche Druckaufbauphase in der Pumpkammer etwas verzögert.
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Besonders
bevorzugt umfasst der Rückführraum ebenfalls einen
gasgefüllten Bereich. Hierdurch kann durch Vorsehen von
zwei gasgefüllten Bereichen, einmal im Rückführraum
und einmal im Ansaugraum, eine weitere Reduzierung der Saugpulsation der
Kraftstoffpumpe erreicht werden.
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Dadurch
können, falls Dampfblasen in den Rückführraum
gefördert wurden, diese sich im gasgefüllten Bereich
des Rückführraums sammeln.
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Vorzugsweise
ist der Rückführraum hydraulisch mit dem Ansaugraum
verbunden. Besonders bevorzugt ist der Rückführraum
und der Ansaugraum als ein gemeinsamer, ringförmiger Raum
vorgesehen. Hierdurch wird ein besonders einfacher Aufbau ermöglicht
und der gemeinsame Raum weist zwei gasgefüllte Bereiche
auf, einen am Rückführbereich und einen am Ansaugbereich.
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Weiter
bevorzugt ist der Rückführraum mit einem Tank
verbunden. Dadurch kann es ermöglicht werden, dass die
aus der Pumpkammer abgeschiedenen Dampfblasen zurück in
den Tank geführt werden. Um hierbei einen gasgefüllten
Bereich im Rückführraum aufrecht zu erhalten,
ist vorzugsweise ein Anschluss des Tanks etwas unterhalb eines in
Vertikalrichtung liegenden obersten Bereichs des Rückführraums
angeordnet.
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Gemäß einer
alternativen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist der Rückführraum
mit dem Luftsteller verbunden. Dadurch werden Dampfblasen, welche
in den Rückführraum gefördert wurden, über
die Bypassluftleitung zum Saugrohr geführt. Da bei jedem
Einspritzvorgang gleichzeitig der Luftsteller und die Kraftstoffpumpe
bzw. der Injektor betätigt werden, gelangt der sich im
Rückführraum angesammelte Kraftstoffdampf über
den Luftsteller ins Saugrohr, so dass eine über den Injektor
in das Saugrohr eingespritzte Menge an Kraftstoff reduziert werden
kann.
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Um
zu verhindern, dass flüssiger Kraftstoff in den Luftsteller über
die Verbindungsleitung zwischen dem Rückführraum
und dem Luftsteller gelangt, ist in der Verbindungsleitung vorzugsweise
ein Schwimmerventil angeordnet. Das Schwimmerventil umfasst einen
Schwimmkörper, welcher auf dem Kraftstoff aufschwimmt.
Der Schwimmkörper ist dabei mit Spiel in der Verbindungsleitung
geführt und kann an einem Schwimmventilsitz die Leitung
abdichten. Als Schwimmkörper ist beispielsweise eine Kugel
oder ein Schwimmkörper mit einem separaten Dichtelement
verwendbar.
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Vorzugsweise
mündet eine Abführleitung vom Luftsteller im Saugrohr
an einer Stelle, welche in Strömungsrichtung im Saugrohr
vor einer abdichtenden Drosselklappe liegt. Dadurch wird verhindert, dass
bei stehendem Motor ein Abdampfen des Kraftstoffs aus dem Rückführraum über
die Verbindungsleitung zum Luftsteller und von dort über
das Saugrohr zum Motor in die Umgebung gelangt.
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Weiter
bevorzugt mündet die Verbindungsleitung zwischen dem Rückführraum
und dem Luftsteller in einen Bereich des Luftstellers derart, dass eine
Mündung der Verbindungsleitung durch ein Schließglied
des Luftstellers freigegeben bzw. geschlossen wird. Somit hat das
Schließglied des Luftstellers neben dem Freigeben und Verschließen
des Luftstellers noch die Funktion des Freigebens und Verschließens
der Verbindungsleitung. Dadurch wird ein Abdampfen des Kraftstoffs
in die Umgebung verhindert, falls die Drosselklappe nicht vollständig
dicht ist.
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Besonders
bevorzugt ist die Mündung der Verbindungsleitung dabei
parallel zu einer Luftzuleitung zum Luftsteller. Hierdurch kann
ein einfacher und kostengünstiger Aufbau des Luftstellers
erreicht werden und die Verbindungsleitung und der Luftsteller gleichzeitig
geöffnet und verschlossen werden. Alternativ mündet
die Mündung der Verbindungsleitung in einem Winkel von
90° zur Luftzuleitung des Luftstellers. Dadurch kann auf
einfache Weise ein zeitlich unterschiedliches Öffnen und
Verschließen der Mündung und des Luftstellers
erreicht werden.
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Weiter
bevorzugt sind ein Zulauf vom Tank zum Ansaugraum und das erste
Rückschlagventil zwischen dem Ansaugraum und dem Pumpraum
an in Axialrichtung der Einspritzvorrichtung versetzt zueinander
angeordneten Positionen angeordnet. Dadurch wird verhindert, dass
evtl. auftretende Druckwellen, welche aus der Kraftstoffzuleitung übertragen werden,
sich nicht direkt durch das geöffnete erste Rückschlagventil
in den Pumpraum fortpflanzen können. Ferner kann dadurch
verhindert werden, dass evtl. aus der Kraftstoffzuleitung zugeführte
Dampfblasen nicht direkt von der Pumpe angesaugt werden, sondern
die Möglichkeit haben, vorher im Ansaugraum in Richtung
des gasförmigen Bereichs im Ansaugraum aufzusteigen. Die
versetzte Anordnung ist dabei insbesondere derart gewählt,
dass das erste Rückschlagventil in Horizontalrichtung der
Einspritzvorrichtung tiefer angeordnet ist, als die Mündung
der Kraftstoffzuleitung im Ansaugraum.
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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. Alternativ kann der Luftsteller
auch unabhängig von der Kraftstoffpumpe betätigt
werden.
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Vorzugsweise
umfasst der in den Injektor integrierte Druckregler ein nach außen öffnendes
Ventilelement und ein das Ventilelement vorspannendes Federelement,
um den Einspritzdruck zu regeln. Mit anderen Worten ist der Injektor
als nach außen öffnender Injektor vorgesehen,
welcher bei Anliegen eines vorbestimmten Drucks öffnet,
wobei die Federkraft des Federelements überwunden wird.
Eine Einspritzung wird dabei beendet, sobald ein am Injektor anliegender
Druck wieder unter den Betätigungsdruck sinkt, so dass
das nach außen öffnende Ventilelement durch das
Federelement wieder in die Ausgangsposition zurückgestellt
wird.
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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 ein Unterdruck und
damit die Gasblasenbildung beim Ansaugen reduziert 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,
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3 eine
schematische Ansicht der Einspritzvorrichtung gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel,
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4 eine
schematische Ansicht der Einspritzvorrichtung gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel,
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5 eine
schematische Ansicht der Einspritzvorrichtung gemäß einem
vierten Ausführungsbeispiel, und
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6 eine
schematische Ansicht der Einspritzvorrichtung gemäß einem
fünften Ausführungsbeispiel.
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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.
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 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 ein Ventilglied 22a ausgebildet
bat, 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 axial mit einem Kolben 26 der
Kraftstoffpumpe 20a verbunden. 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 weder 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
hydraulisch miteinander verbunden. Im Gehäuseblock 25a ist
ferner ein Pumpraum 31 ausgebildet. Der Pumpraum 31 ist über
Bohrungen mit dem Ansaugraum 30, dem Rückführraum 32 bzw.
dem Injektor 20c, genauer einer Druckkammer 42 des
Injektors 20c, verbunden. Hierbei ist zwischen dem Ansaugraum 30 und
dem Pumpraum 32 ein erstes Rückschlagventil 33 angeordnet,
zwischen dem Pumpraum 31 und dem Druckraum 42 ein
zweites Rückschlagventil 34, und zwischen dem
Pumpraum 31 und dem Rückführraum 32 ein
drittes Rückschlagventil 35, angeordnet. Der Pumpraum 31 ist
dabei Teil der Kraftstoffpumpe 20b. Wie aus 2 ersichtlich
ist, ist ein 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 axial 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.
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Wie
aus 2 ersichtlich ist, ist das dritte Rückschlagventil 35 in
Axialrichtung X-X des Einspritzmoduls 2 an einer Position
näher zur Spule 21 angeordnet, als das erste Rückschlagventil 33.
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Das
dritte Rückschlagventil 35 dient dabei zu Beginn
der Druckphase dazu, dass eventuell vorhandene Gasblasen aus dem
Pumpraum 31 in den Rückführraum 32 gefördert
werden können. Das Ende des Kolbens 26 bildet
dabei eine Steuerkante 26a, welche im weiteren Verlauf
der Bewegung des Kolbens 26 den Anschluss für
das dritte Rückschlagventil 35 verschließt,
so dass dann die eigentliche Druckaufbauphase für den im
Pumpraum 31 befindlichen Kraftstoff beginnt. Das zweite
Rückschlagventil 34 ist weiter derart ausgelegt,
dass es ab einem geringen Überdruck im Pumpraum 31 öffnet,
so dass Kraftstoff in den Dreckraum 42 des Injektors 20c strömen
kann. Der Injektor 20c, welcher gleichzeitig auch den Druckregler 20b zur
Regelung des Einspritzdrucks umfasst, öffnet dann ab einem
vorbestimmten Druck im Druckraum 42 gegen die Kraft eines
Federelements 41, wobei das Ventilelement 40 ein
nach außen öffnendes Ventilelement ist. Der Injektor 20c spritzt
dabei Kraftstoff in das Saugrohr 8 ein.
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Der
Ansaugraum 30 weist, wie aus 3 ersichtlich
ist, an seinem in Vertikalrichtung oben liegenden Ende einen gasgefüllten
Bereich 30a auf. Dieser gasgefüllte Bereich 30a dient
als Dämpfungspolster, um Druckwellen, welche aus der Kraftstoffzuleitung 6a zum
Ansaugraum 30 zurückgeführt werden, zu
dämpfen. Das Bezugszeichen 30b bezeichnet dabei
einen mit flüssigem Kraftstoff gefüllten Bereich
des Ansaugrohrs. Ferner ist, wie aus 2 ersichtlich
ist, eine Mündung der Kraftstoffzuleitung 6a im
Ansaugraum 30 an einer Position angeordnet, welche in Vertikalrichtung
näher an der Spule 21 liegt als das erste Rückschlagventil 33.
Dadurch wird verhindert, dass Druckwellen oder Dampfblasen aus der Kraftstoffzuleitung 6a unmittelbar
in den Pumpraum 31 weitergeleitet werden bzw. angesaugt
werden. Dampfblasen aus der Kraftstoffzuleitung können
dabei problemlos nach oben ausgasen, und Druckwellen werden vom
Gehäuseblock 25a zuerst zurückgeworfen
und dann über den gasförmigen Bereich 30a mitgedämpft.
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In ähnlicher
Weise ist im Rückführraum 32 ein gasgefüllter
Bereich 32a vorgesehen. In diesem Ausführungsbeispiel
bilden der Rückführraum 32 und der Ansaugraum 30 einen
gemeinsamen, im Wesentlichen ringförmigen Raum, in dessen
Mitte der Gehäuseblock 25a bzw. die Spule 21 angeordnet
ist. Eine Hälfte dieses gemeinsamen Raums bildet dabei den
Ansaugraum 30 und die andere Hälfte den Rückführraum 32.
Das gemeinsame Volumen des Ansaugraums und des Rückführraums 32 ist
dabei ein Vielfaches des Volumens des Pumpraums 31, beispielsweise
das zehnfache des Gesamtvolumens. Die Kraftstoffrückleitung 6b ist
dabei, wie aus 2 ersichtlich ist, nicht am obersten
Ende des Rückführraums 32 angeordnet,
sondern etwas unterhalb, um zu verhindern, dass das gasförmige
Dämpfungspolster im Rückführraum 32 unmittelbar
zurück in den Tank geleitet wird.
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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 33 geöffnet
und das zweite und dritte Rückschlagventil 34, 35 sind
jeweils geschlossen. Dadurch kann Kraftstoff über das geöffnete
erste Rückschlagventil 33 in den Pumpraum 31 strömen.
Anschließend erfolgt eine Bestromung der Spule 21,
so dass der zweite Anker 23 in Richtung des Pfeils A bewegt
wird, um das sich im Pumpraum 31 befindliche Fluid unter
Druck zu setzen. Dadurch schließt das erste Rückschlagventil 33 und
solange noch ein geringes Druckniveau im Pumpraum 31 herrscht,
bleibt das zweite Rückschlagventil 34 ebenfalls
geschlossen. Zu Beginn der Druckphase ist das dritte Rückschlagventil 35 geöffnet,
um eventuell im Pumpraum 31 vorhandene Gase in in den Rückführraum 32 auszuschieben.
Sobald die Steuerkante 26a des Kolbens 26 den
Anschluss für das dritte Rückschlagventil 35 vollständig
verschlossen hat, beginnt ein Druckaufbau im Pumpraum 31.
Ab einem vorbestimmten Druckniveau öffnet dann das zweite
Rückschlagventil 34, so dass das unter Druck stehende Fluid
in den Druckraum 42 des Injektors 20c strömen kann
und von dort ab einem bestimmten Druckniveau selbstständig
eingespritzt wird. 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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Eine
Saugpulsation der Kraftstoffpumpe 20a wird nun, wie oben
beschrieben, durch den gasförmigen Bereich 30a,
welcher wie ein Dämpfungskissen im Ansaugraum 30 wirkt,
gedämpft. Ferner kann auch ein durch das zyklische Ansaugen
der Kraftstoffpumpe 20a entstehender störender
Kraftstoffdampf in der Zuleitung daran gehindert werden, bis in den
Pumpraum 31 vorzudringen. Sollten Dampfblasen in der Kraftstoffzuleitung 6a entstehen,
können diese aufgrund des großen Volumens des
Ansaugraums 30 im Ansaugraum 30 nach oben entweichen und
werden somit nicht durch die Kraftstoffpumpe 20a angesaugt.
Da ferner auch im Rückführraum 32 ein
Dampfpolster 32a vorgesehen ist, ergibt sich eine Speicherwirkung
im Rückführraum 32, so dass eine Unterdruckbildung
und eine Pulsationsausbreitung in die Kraftstoffzuleitung reduziert
wird. Somit wird die Neigung zur Dampfblasenbildung verringert.
Das Kraftstoffvolumen im Rückführraum 32 reduziert
ferner ebenfalls die Neigung zur Bildung von Dampfblasen im Pumpraum 31.
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Somit
kann erfindungsgeräß eine kompakte Einspritzvorrichtung
bereitgestellt werden, bei der eine Gefahr der Bildung von Dampfblasen
reduziert ist und insbesondere vermieden werden kann, dass Dampfblasen über
den Injektor 20c in das Saugrohr 8 eingespritzt
werden und dadurch die notwendig eingespritzte Kraftstoffmenge durch
das Miteinspritzen von Dampfblasen falsch ist.
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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 keine Kraftstoffrückleitung
zum Tank vorgesehen ist. Statt dessen ist, wie aus 3 ersichtlich
ist, eine Verbindungsleitung 50 zwischen dem Rückführraum 32 und
dem Luftsteller 20d, genauer einem Raum 12b, im
Bereich des Luftstellers vorgesehen. Ferner ist ein Schwimmerventil 51 vorgesehen,
welches in der Verbindungsleitung 50 angeordnet. Das Schwimmerventil 51 umfasst
eine Schwimmerkugel 52, welche durch eine steigende Flüssigkeitssäule
gegen einen Ventilsitz 53 in der Verbindungsleitung 50 gedrückt
werden kann. Dadurch kann die Verbindungsleitung 50 verschlossen werden.
Das Schwimmerventil 51 verhindert dabei, dass flüssiger
Kraftstoff in den Luftsteller 20d gelangt und blockiert
somit die Verbindungsleitung 50 zwischen dem Rückführraum 32 und
dem Luftsteller 20d. Die Schwimmerkugel 52 weist
dabei einen derartigen Durchmesser auf, dass sie im Bereich des Rückführraums 32 unterhalb
der Verbindungsleitung 50 mit Spiel angeordnet ist, so
dass Dampfblasen problemlos an der Schwimmerkugel 52 vorbeigeführt werden
können.
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Wenn
nur eine geringe Bildung von Dampfblasen vorhanden ist, steigt der
Kraftstoffspiegel im Rückführraum 32 an,
so dass die Schwimmerkugel 52 den Ventilsitz 53 verschließt.
Dadurch gelangt kein Kraftstoffdampf über den Luftsteller 20d zum Saugrohr 8,
so dass das Einspritzmodul Kraftstoff nur noch über den
Injektor 20c einspritzt.
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Die
Anordnung des Schwimmerventils 51 in Axialrichtung X-X
des Einspritzmoduls 2 ist dabei derart gewählt,
dass sichergestellt ist, dass im Ansaugraum 30, welcher
parallel zum Rückführraum 32 angeordnet
ist, über ein gasförmiges Volumen im Bereich 30a verbleibt.
Dadurch wird die Dämpfungsfunktion im Ansaugraum 30 aufrechterhalten.
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Da
das Einspritzmodul 2 gleichzeitig die Kraftstoffpumpe 20a und
den Luftsteller 20d betätigt, kann ein evtl. vorhandener
Kraftstoffdampf über die Verbindungsleitung 50 und
die Ableitung 12z des Luftstellers 20d in das
Saugrohr 8 gefördert werden. Dadurch kann eine
Einspritzmenge von Kraftstoff über den Injektor 20c reduziert
werden.
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4 zeigt
einen Ausschnitt einer alternativen Ausgestaltung des Schwimmerventils 51 gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Wie aus 4 ersichtlich
ist, ist das Schwimmerventil 51 als Schwimmkörper 54 mit
einem separaten Dichtelement 55 ausgebildet. Ansonsten
entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem zweiten Ausführungsbeispiel,
so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.
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5 zeigt
ein Einspritzmodul 2 gemäß einem vierten
Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gleiche bzw. funktional
gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen
bezeichnet.
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Das
vierte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem
zweiten Ausführungsbeispiel, wobei im Unterschied zum zweiten
Ausführungsbeispiel ein Mündungsbereich der Verbindungsleitung 50 zum
Luftsteller 20d anders gestaltet ist. Wie aus 5 ersichtlich
ist, ist eine Mündung 50a der Verbindungsleitung 50 derart
angeordnet, dass sie parallel zu einer Mündung der Bypassleitung 12 für
die Luft des Luftstellers 20d ist. Das Ventilschließglied 22a des
Luftstellers 20d weist einen vergrößerten Durchmesser
auf und verschließt gleichzeitig sowohl die Verbindungsleitung 50 zwischen
dem Rückführraum 32 und dem Raum 12b des
Luftstellers sowie die Zuführleitung 12 (vgl. 5).
Wenn nun die Spule 21 bestromt wird, öffnet das
Ventilschließglied 22a gleichzeitig sowohl die
Zufuhrleitung 12 als auch die Verbindungsleitung 50.
Dadurch wird sichergestellt, dass Kraftstoffdampf nur dann über
den Luftsteller 22d in das Saugrohr 8 gelangen
kann, wenn der Luftsteller 22d betätigt wird.
Eine Betätigung des Luftstellers 22d erfolgt dabei
nur bei Motorbetrieb, denn nur dann wird auch das Dampf-Luft-Gemisch
angesaugt. Bei Motorstillstand bleibt ein evtl. auftretender Kraftstoffdampf
daher in der Verbindungsleitung 50 bzw. im Rückführraum 32,
so dass sichergestellt wird, dass keine Ausgasung von Kraftstoffdampf
bei einem Motorstillstand auftreten kann.
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Somit
wird der verbleibende Kraftstoffdampf über den Luftsteller 20d mitgenutzt
und ferner kann eine Kraftstoffrückleitung zum Tank entfallen.
Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel den vorhergehenden
Ausführungsbeispielen, so dass auf die dort gegebene Beschreibung
verwiesen werden kann.
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6 zeigt
ein Einspritzmodul 2 gemäß einem fünften
Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei wiederum gleiche
bzw. funktional gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie
in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen bezeichnet
sind.
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Das
fünfte Ausführungsbeispiel entspricht dabei im
Wesentlichen dem vierten Ausführungsbeispiel, wobei im
Unterschied dazu eine Mündung 50a der Verbindungsleitung 50 Luftsteller 20d unterschiedlich
ist. Wie aus 6 ersichtlich ist, mündet die
Verbindungsleitung 50 relativ zur Luftzufuhrleitung 12 in
einem Winkel von 90° in den Raum 12b. Da ein Durchmesser
des Ventilglieds 22a des Luftstellers 20d derart
ausgelegt ist, dass es die gesamte Fläche des Raumes 12b überdeckt,
ist eine Seitenfläche 22c des Ventilglieds 22d dafür
verantwortlich, die Mündung 50a der Verbindungsleitung 50 freizugeben
bzw. zu verschließen. Hierbei ist im Gehäuse 25 ein
kleiner Absatz für 25b vorgesehen, so dass die Luftzufuhrleitung 12 und
die Verbindungsleitung 50 zeitlich versetzt geöffnet
werden. Eine Öffnungsreihenfolge ist dabei derart, dass
erst die Luftleitung 12 und anschließend die Verbindungsleitung 50 geöffnet wird.
Somit weist das Ventilglied 22a eine Schieberfunktion auf,
so dass auf einfache Weise ein zeitlich versetztes Öffnen
realisiert werden kann. Hierbei sei angemerkt, dass selbstverständlich
auch auf den Absatz 25b im Gehäuse verzichtet
werden kann und die Mündung im Raum 12b derart
angeordnet ist, dass sie direkt am oberen Bereich des Raums vorgesehen ist.
Dadurch kann ein gleichzeitiges Öffnen der Luftzufuhrleitung 12 und
der Verbindungsleitung 50 realisiert werden. 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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