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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.
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. 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 vier 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 genau einen Aktuator, welcher gleichzeitig
die Kraftstoffpumpe und den Luftsteller betätigt. Dadurch kann
insbesondere ein separater Aktuator für den Luftsteller
bzw. die Kraftstoffpumpe entfallen, so dass die Bauteileanzahl signifikant
reduziert wird. Hierdurch ergibt sich selbstverständlich
auch eine Kostenreduktion. Somit übernimmt der einzige
Aktuator der Einspritzvorrichtung erstens die Funktion des Pumpenantriebs
und zweitens die Funktion des Stellantriebs für den Luftsteller.
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Der
einzige Aktuator der Einspritzvorrichtung ist vorzugsweise ein Magnetaktuator
mit genau einer Spule und genau einem Anker. Hierdurch kann ein besonders
einfacher und kostengünstiger Aufbau realisiert werden.
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Besonders
bevorzugt ist der Anker als Plungerkolben ausgebildet, wobei der
Plungerkolben einen ersten Endbereich und einen zweiten Endbereich
aufweist. Der erste Endbereich ist dabei der Kraftstoffpumpe zugeordnet
und der zweite Endbereich ist dem Luftsteller zugeordnet. Hierdurch
wird weiter auch eine einfache gleichzeitige Betätigung der
Kraftstoffpumpe und des Luftstellers bei einfachem Aufbau des Kolbens
der Kraftstoffpumpe erreicht.
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Eine
besonders kompakte Bauweise kann erreicht werden, wenn die Kraftstoffpumpe
vorzugsweise eine Membran zur Druckerzeugung umfasst. Alternativ
umfasst die Kraftstoffpumpe einen Faltenbalg.
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Vorzugsweise
ist bei der Kraftstoffpumpe, welche eine Membran umfasst, die Membran
mit dem ersten Endbereich des Plungerkolbens verbunden. Hierdurch
kann insbesondere in Axialrichtung ein sehr kurzer Aufbau der Einspritzvorrichtung
realisiert werden.
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Vorzugsweise
umfasst die Kraftstoffpumpe eine Pumpkammer, in welcher der Kraftstoff
angesaugt wird, und eine separate Druckkammer, in welche der unter
Druck stehende Kraftstoff zugeführt wird. Zwischen der
Pumpkammer und der Druckkammer ist zur Verbindung eine Blende und/oder
ein Rückschlagventil angeordnet. Hierdurch kann eine Druckregelung
des Druckes zwischen der Pumpkammer und der Druckkammer erfolgen.
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Die
Pumpkammer weist vorzugsweise ein Volumen auf, welches einem Volumen
einer maximal einspritzbaren Kraftstoffmenge bei einem maximalen Einspritzdruck
entspricht.
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Besonders
bevorzugt ist der Aktuator winkelsynchron entsprechend einer Stellung
eines Kolbens bzw. einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine betreibbar.
Hierdurch wird eine verbesserte Genauigkeit eines Einspritzzeitpunkts
erreicht.
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Weiter
bevorzugt umfasst die erfindungsgemäße Einspritzvorrichtung
ferner eine Steuereinheit, welche den Injektor und den Aktuator
steuert, wobei die Steuereinheit derart ausgelegt ist, den Luftsteller während
einer Einspritzphase in seiner Offenstellung zu halten. Hierdurch
wird sichergestellt, dass über den Luftsteller eine ausreichende
Sauerstoffmenge für die Verbrennung des eingespritzten
Kraftstoffs bereitsteht. Vorzugsweise ist die Steuereinheit auch
in das Einspritzmodul integriert.
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Gemäß einer
alternativen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst die
Einspritzvorrichtung eine Kraftstoffpumpe, welche eine gemeinsame Saug-Druck-Kammer
mit einem Kraftstoffzulaufanschluss, einem Kraftstoffrücklaufanschluss
und einem Injektoranschluss aufweist. Hierbei ist im Kraftstoffzulaufanschluss,
im Kraftstoffrücklaufanschluss und im Injektoranschluss
jeweils ein Ventil, insbesondere ein Rückschlagventil,
angeordnet. Hierdurch kann die Einspritzvorrichtung einen besonders
kompakten und kostengünstigen Aufbau aufweisen.
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Gemäß einer
weiteren alternativen bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden
Erfindung umfasst der Aktuator einen separaten Anker, welcher mit
einem Kolben über ein zwischen dem Anker und dem Kolben
angeordnetes Federelement verbunden ist. Das Federelement spannt
dabei den Anker und den Kolben in einander entgegengesetzte Richtungen
voneinander fort.
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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 eines Kleinmotors mit einer Einspritzvorrichtung
gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung,
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3 eine
schematische Ansicht einer Einspritzvorrichtung ähnlich
zu 2, bei welcher eine Einspritzung erfolgt,
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4 eine
schematische Schnittansicht einer Einspritzvorrichtung gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
in einem Zustand, in welchem keine Einspritzung erfolgt,
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5 eine
schematische Schnittansicht einer Einspritzvorrichtung gemäß einem
vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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6 eine
schematische Schnittansicht einer Einspritzvorrichtung gemäß einem
fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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7 bis 9 Schnittansichten
einer Einspritzvorrichtung gemäß einem sechsten
Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
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10 und 11 schematische
Ansichten einer Einspritzvorrichtung gemäß einem
siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf 1 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
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 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, einem Druckregler,
einem Injektor und einem Luftsteller vorgesehen, welche in einem
gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind, und kann besonders kompakt
und kleinbauend ausgelegt werden. Ferner kann die erfindungsgemäße
Einspritzvorrichtung sehr kostengünstig hergestellt werden
und insbesondere schon im voraus als komplettes Einspritzmodul 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 für Zweiräder oder Rasenmäher
verwendet werden.
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf die 2 und 3 eine
Einspritzvorrichtung 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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Die 2 und 3 zeigen
schematische Ansichten einer als Einspritzmodul 2 ausgebildeten Einspritzvorrichtung
im Schnitt. 2 zeigt dabei einen Zustand,
in welchem keine Einspritzung von Kraftstoff in ein Saugrohr 8 erfolgt
und 3 zeigt einen Zustand, in welchem eine Einspritzung
in das Saugrohr 8 ausgeführt wird.
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Wie
insbesondere aus 2 ersichtlich ist, umfasst das
Einspritzmodul 2 eine Kraftstoffpumpe 20a, welche
einen Kolben 23, einen mit dem Kolben fest verbundenen
Anker 22, eine Spule 21 sowie eine Membran 26 umfasst.
Die Membran 26 ist an einem ersten Ende 23a des
Kolbens 23 angeordnet. Der Anker 22 ist an einem
zweiten Ende 23b des Kolbens 23 fest mit dem Kolben 23 verbunden.
Eine Rückstellfeder 24 ist zwischen einem Gehäuseteil 25 und dem
Anker 22 angeordnet und spannt den Anker 22 gegen
einen Ventilsitz 12a in der Bypassleitung 12 vor.
Hierzu ist der Anker 22 an seinem zur Bypassleitung 12 gerichteten
Ende 22a konisch ausgebildet und bildet somit einen Luftsteller 20d.
Ferner umfasst das Einspritzmodul 2 eine Pumpenkammer 27 und eine
Druckkammer 28. Die Membran 26 bildet dabei einen
Wandbereich der Pumpenkammer 27. Ferner sind die Pumpenkammer 27 und
die Druckkammer 28 voneinander getrennt, wobei ein erstes
Rückschlagventil 29 am Trennbereich zwischen der
Pumpenkammer 27 und der Druckkammer 28 angeordnet ist.
Das erste Rückschlagventil 29 öffnet
dabei in Richtung von der Pumpenkammer 27 zur Druckkammer 28.
Ferner ist die Pumpenkammer 27 über ein zweites
Rückschlagventil 30 mit der Kraftstoffzuleitung 6a verbunden,
wobei eine Ansaugung von Kraftstoff über das zweite Rückschlagventil 30 erfolgt. Weiter
umfasst das Einspritzmodul 2 einen Druckregler 20b,
welcher einen Einspritzdruck in der Druckkammer 28 regelt.
In diesem Ausführungsbeispiel umfasst der Druckregler 20b ein
drittes Rückschlagventil 31, welches bei einem
zu hohen Druck in der Druckkammer 28 zur drucklosen Kraftstoffzuleitung 6a öffnet
und einen eventuell zu hohen Druck in der Druckkammer 28 in
die Kraftstoffzuleitung 6a abbaut. Die Druckkammer 28 ist
mit einem Injektor 20c verbunden, welcher in diesem Ausführungsbeispiel
ein nach außen öffnendes Ventil umfasst, welches
oberhalb eines vorbestimmten Druckniveaus öffnet und eine
Einspritzung in das Saugrohr 8 vornimmt. Eine Mündung 12b der
Bypassleitung 12 ist dabei unmittelbar benachbart zur Ausspritzöffnung
des Injektors 20c angeordnet. Erfindungsgemäß wird
hierbei unter dem Begriff "unmittelbar benachbart" ein Abstand zwischen
wenigen 101 mm bis zu 1 cm von der Ausspritzöffnung
des Injektors 20c verstanden.
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Die
Funktion der erfindungsgemäßen Einspritzvorrichtung
ist dabei wie folgt: 2 zeigt den Ansaugzustand des
Einspritzmoduls 2, wobei der Kolben 22 aufgrund
der Rückstellkraft der Rückstellfeder 24 über
den Anker 22 nach oben in Richtung zur Bypassleitung 12 gedrückt
wird. Hierdurch ist die Bypassleitung 12 am Ventilsitz 12a durch
das Ende 22a des Ankers 22 verschlossen. Gleichzeitig
erfolgt eine Ansaugung von Kraftstoff über das zweite Rückschlagventil 30 aus
der Kraftstoffzuleitung 6a, wie durch den Pfeil A angedeutet.
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Wenn
der Zeitpunkt für eine Einspritzung gekommen ist, steuert
die Steuereinheit 5 den aus der Spule 28 und dem
Anker 22 bestehenden gemeinsamen Aktuator für
die Kraftstoffpumpe 20a und den Luftsteller 20d derart
an, so dass die Spule 21 bestromt wird und der Anker 22 gegen
die Federkraft der Rückstellfeder 24 in Richtung
des Pfeils B gezogen wird, wie in 3 dargestellt.
Dadurch wird die Bypassleitung 12 am Ventilsitz 12a geöffnet,
so dass Luft über die Bypassleitung 12 strömen
kann, was in 3 durch den Pfeil C angedeutet
ist. Gleichzeitig mit der Bewegung des Ankers 22 wird auch
der Kolben 23 nach unten bewegt, so dass die Membran 26 gegen
den in der Pumpenkammer 27 angesaugten Kraftstoff drückt.
Wenn ein vorbestimmter Öffnungsdruck erreicht ist, öffnet
das erste Rückschlagventil 29, so dass Kraftstoff
aus der Pumpenkammer 27 in die Druckkammer 28 strömen
kann, wie durch den Pfeil D in 3 angedeutet.
Zur Einspritzung des Kraftstoffs in das Saugrohr 8, wie
in 3 gezeigt, betätigt die Steuereinheit 5 den
Injektor 20c. Sollten Druckspitzen auftreten, kann Kraftstoff über
das dritte Rückschlagventil 31 wieder in die Kraftstoffzuleitung 6a gelangen,
wie durch den Pfeil E angedeutet.
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Somit
betätigt der gemeinsame Aktuator, umfassend den Kolben 23 und
den Anker 22, gleichzeitig sowohl die Kraftstoffpumpe 20a als
auch den Luftsteller 20d, welcher durch das Ende 22a des
Ankers 22 und den Ventilsitz 12a in der Bypassleitung 12 gebildet
wird. Somit muss insbesondere nur ein elektrischer Anschluss für
den Aktuator vorgesehen werden, welcher erfindungsgemäß immer
gleichzeitig den Luftsteller 20d und die Kraftstoffpumpe 20a betätigt.
Dadurch wird immer gleichzeitig mit der Kraftstoffeinspritzung auch
eine zusätzliche Luftzufuhr über die Bypassleitung 12 erreicht,
so dass bei der Gemischaufbereitung im Saugrohr 8 eine
Drallverstärkung und somit auch eine bessere Vermischung
des Kraftstoffs in der zugeführten Luft erreicht wird.
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Der
Injektor 20c kann einerseits als elektromagnetisch angetriebenes
Einspritzventil ausgeführt sein. In diesem Fall ist das
Rückschlagventil als Druckregler 20b ausgeführt,
das den Einspritzdruck auf einen gewünschten Wert regelt.
Andererseits kann der Injektor 20c auch als nach außen öffnendes Ventil,
das von einer Feder vorgespannt wird und bei einem bestimmten Druck öffnet,
ausgeführt sein. In diesem Fall hat das Rückschlagventil
nur eine Sicherheitsfunktion als Druckbegrenzungsventil. Der Öffnungsdruck
dieses Druckbegrenzungsventils muss in jedem Fall höher
liegen als der Öffnungsdruck des Injektors 20c.
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Ein
Gehäuse des Einspritzmoduls 2 ist vorzugsweise
aus möglichst wenigen Teilen, vorzugsweise zweiteilig,
hergestellt, und weiter bevorzugt aus einem metallischen Material
hergestellt. Wie aus den 2 und 3 deutlich
wird, ist das Einspritzmodul 2, welches integral den Injektor 20c,
die Kraftstoffpumpe 20a, den Druckregler 20b und
den Luftsteller 20d umfasst, sehr kompakt aufgebaut. Insbesondere
kann im Vergleich mit den bekannten Einspritzvorrichtungen die Bauteilezahl
gering gehalten werden, so dass das erfindungsgemäße
Einspritzmodul 2 sehr kostengünstig bereitgestellt
werden kann.
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Das
Volumen der Pumpkammer 27 ist dabei derart bemessen, dass
es die pro Arbeitstakt maximal ins Saugrohr 8 einspritzbare
Menge bei einem vorgegebenen Druck bevorratet. Weiterhin erfolgt eine
Ansteuerung des Luftstellers 20d winkelsynchron. D. h.,
zu einem bestimmten Winkel zu Beginn des Einlasstaktes der Brennkraftmaschine
wird die Spule 21 bestromt. Hierbei kann während
dieser Phase der Bestromung der Spule 21 zu einem geeigneten
Einspritzzeitpunkt der Injektor 20c betätigt werden
und die Einspritzung erfolgen. Besonders bevorzugt ist dabei der
Durchfluss durch den Bypasskanal 12 derart bemessen, dass
der Luftsteller 20d in jedem Fall auch noch nach einer
Kraftstoffeinspritzung mittels des Injektors 20c offen
ist. Damit und aufgrund des ausreichend bemessenen Volumens der Pumpenkammer 27 ist
sichergestellt, dass der geforderte Soll-Kraftstoffdruck in der
Druckkammer trotz der Einspritzung aufrecht erhalten wird.
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Während
des Leerlaufs und auch während des Warmlaufs der Brennkraftmaschine
wird der Luftsteller 20d geschlossen, sobald eine gewünschte Luftmenge
den Bypasskanal 12 passiert hat. In den übrigen
Betriebspunkten der Brennkraftmaschine wird der Schließzeitpunkt
des Luftstellers 20d in erster Linie durch das Einspritzende
bestimmt. Zum Schließen des Luftstellers 20d wird
lediglich die Bestromung der Spule 21 unterbrochen, so
dass der Anker 22 durch die Rückstellkraft der
Rückstellfeder 24 in die Schließstellung
gebracht wird. Da gleichzeitig die Membran 26 nach oben
zurückgestellt wird, erfolgt ein neuer Ansaugtakt der Pumpenkammer 27. Hierbei
verhindert das erste Rückschlagventil 29 zwischen
der Pumpenkammer 27 und der Druckkammer 28 einen
Druckabbau in der Druckkammer. Liegt der dabei gehaltene Druck in
der Druckkammer 28 über einem Dampfdruck des Kraftstoffs,
wird dadurch eine Ausgasung des Kraftstoffs bei höheren
Temperaturen vermieden.
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf 4 eine Einspritzvorrichtung
gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben. Gleiche bzw. funktional
gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in den vorhergehenden
Ausführungsbeispielen bezeichnet.
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Das
Einspritzmodul 2 des dritten Ausführungsbeispiels
entspricht im Wesentlichen dem des zweiten Ausführungsbeispiels,
wobei im Unterschied dazu die Pumpkammer und die Druckkammer durch einen
gemeinsamen Pumpenraum 37 ersetzt sind. Im Pumpenraum 37 ist
ein Rückstellelement 38 angeordnet, welches gegen
eine Membran 26 drückt. Die Membran 26 ist
wie im zweiten Ausführungsbeispiel mit dem Kolben 23 fest
verbunden. Der Pumpenraum 37 ist einerseits durch die Membran 26 sowie
drei Rückschlagventile 34, 35, 36 begrenzt.
Das Rückschlagventil 34 ist dabei in einer Kraftstoffzuleitung 6a angeordnet
und das Rückschlagventil 36 ist in einer Kraftstoffrückleitung 6b angeordnet.
Das Rückschlagventil 35 sperrt bzw. gibt in einem
Injektoranschluss 6c den Weg zum Injektor 20c frei.
Das Bezugszeichen 20e bezeichnet einen Steckeranschluss
des Injektors 20c. Während der Ansaugphase sind
die beiden Rückschlagventile 35 und 36 geschlossen
und das Rückschlagventil 34 geöffnet,
so dass Kraftstoff aus der Leitung 6a in den Pumpenraum 37 strömen
kann. Der Luftsteller 20d ist dabei wie im zweiten Ausführungsbeispiel
geschlossen. Während der Druckphase wird die Membran 26 durch
die Bestromung der Spule 21 und der Bewegung des Ankers
unten gedrückt, um Druck im Druckraum 37 aufzubauen.
Gleichzeitig wird der Luftsteller 20d geöffnet.
Dabei ist das Ventil 36 als Überdruckventil ausgelegt,
welches bei einem zu hohen Druck den Weg zur Kraftstoffrückleitung 6b öffnet.
In 4 ist dabei der unbestromte Zustand der Spule 21 dargestellt,
wobei die Rückstellfeder 38 die Membran 26 in
ihre Grundstellung gebracht hat, so dass der Ansaughub der Kraftstoffpumpe
gerade beendet ist. In 4 ist ferner ein Steckeranschluss 21a der
Spule 21 eingezeichnet. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel
dem zweiten Ausführungsbeispiel, so dass auf die dort gegebene
Beschreibung verwiesen werden kann.
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf 5 eine Einspritzvorrichtung
gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel
der Erfindung im Detail beschrieben. Gleiche bzw. funktional gleiche
Teile sind wieder mit den gleichen Bezugszeichen wie in den vorhergehenden
Ausführungsbeispielen bezeichnet.
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Das
vierte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem
dritten Ausführungsbeispiel, wobei im Unterschied zum dritten
Ausführungsbeispiel beim vierten Ausführungsbeispiel
zusätzlich noch ein Zwischenstück 39 zwischen
der Membran 26 und einem Gehäuseteil 25 angeordnet
ist. Das zusätzliche Zwischenstück 39 verbessert
dabei insbesondere eine Abdichtung zwischen der Membran 26 und
dem Gehäuse der Einspritzvorrichtung. Insbesondere kann
durch das Zwischenstück 39 eine größere
Anlagefläche der Membran 26 an einem Gehäusebauteil erreicht
werden (siehe 5 im Bereich oberhalb der Rückschlagventile 34 und 36).
Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem dritten
Ausführungsbeispiel, so dass auf die dort gegebene Beschreibung
verwiesen werden kann.
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6 zeigt
eine Einspritzvorrichtung gemäß einem fünften
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei wiederum
gleiche bzw. funktional gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen
wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen bezeichnet
sind. Im Unterschied zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen
umfasst das Einspritzmodul 2 gemäß dem
fünften Ausführungsbeispiel einen Faltenbalg 40,
welcher fest am Kolben 23 der Kraftstoffpumpe fixiert ist.
Der Faltenbalg 40 ist innen hohl und zu einem einzigen
Pumpenraum 37 hin geöffnet. Der Faltenbalg 40 weist
dabei eine selbstständige Rückstellfunktion aufgrund
seiner Eigenelastizität auf. 6 zeigt
wiederum den Ansaugzustand der Kraftstoffpumpe 20a. Wenn
die Spule 21 bestromt wird, bewegt sich der Anker 22 mitsamt
dem daran fixierten Kolben 23 nach unten, so dass der Faltenbalg 40 zusammengedrückt
wird. Dadurch wird das Volumen im Pumpraum 37 verkleinert,
so dass der sich darin befindliche Kraftstoff auf ein höheres
Druckniveau gebracht wird. Bei einem vorgegebenen Öffnungsdruck öffnet
das Rückschlagventil 35, so dass der Kraftstoff
zum Injektor 20c strömen kann und von dort eingespritzt
werden kann. Nach einer erfolgten Einspritzung und gegebenenfalls
einer etwas längeren Offenstellung des Luftstellers 20d wird
die Bestromung der Spule 21 wieder beendet, so dass der
Faltenbalg 40 wieder aufgrund seiner Eigenelastizität
seine ursprüngliche Form einnimmt und den Kolben 23 mitsamt
dem Anker 22 wieder in die in 6 gezeigte
Ausgangsposition zurückstellt. Dadurch erfolgt gleichzeitig
auch eine Ansaugphase über das Rückschlagventil 34 aus
der Kraftstoffzuleitung 6a. Bei diesem Einspritzmodul kann
insbesondere auf ein separates Rückstellelement für
den Kolben oder den Faltenbalg 40 verzichtet werden, da
die Rückstellung durch den Faltenbalg 40 selbst übernommen
wird. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem
vierten Ausführungsbeispiel, so dass auf die dort gegebene
Beschreibung verwiesen werden kann.
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf die 7 bis 9 eine
Einspritzvorrichtung gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel
der Erfindung im Detail beschrieben. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile
sind wieder mit den gleichen Bezugszeichen wie in den vorhergehenden
Ausführungsbeispielen bezeichnet.
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Im
Unterschied zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen
umfasst das Einspritzmodul 2 gemäß dem
sechsten Ausführungsbeispiel eine alternative Verbindung
zwischen dem Anker 22 und einer Membran 26. Genauer
ist hierzu ein Verbindungsmechanismus 50 mit einem Bügelelement 51 und
einem Hakenelement 52 vorgesehen. Das Bügelelement 51 ist
mit der Membran 26 verbunden und ist in diesem Ausführungsbeispiel
ein Zylinderelement mit einer Durchgangsöffnung am Boden.
In dieser Durchgangsöffnung ist das Hakenelement 52 hindurchgeführt,
welches aus einem mit dem Anker 22 verbundenen Stiel 52a und
einer am Stiel befestigten Platte 52b gebildet ist, wobei
die Platte 52b im Inneren des Bügelelements 51 angeordnet
ist. Dadurch ermöglicht der Verbindungsmechanismus 50,
dass die Ankerkraft des Ankers 22 nur in eine Richtung,
nämlich in die nach oben gerichtete Richtung übertragen
werden kann. Ferner ist zwischen einem Gehäusebauteil 25 und
der Membran 26 ein vorgespanntes Federelement 53 vorgesehen.
Dieses vorgespannte Federelement 53 stellt in einer Bestromungsphase
der Spule 21 allein eine Kraft zur Positionsänderung
der Membran 26 und somit zur Druckerzeugung im einzigen
Pumpenraum 37 bereit. Die Federkraft des Federelements 53 bestimmt
somit die Druckerhöhung im Pumpenraum 37. Neben
der Druckerzeugung übernimmt das Federelement 53 gleichzeitig
auch noch die Funktion einer Druckeinstellung.
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7 zeigt
dabei den Ansaugzustand der Kraftstoffpumpe. Die Spule 21 ist
nicht bestromt und der Anker 22 ist aufgrund der Rückstellkraft
der Rückstellfeder 24 gegen den Ventilsitz 12a in
der Bypassleitung 12 gedrückt. Da das Hakenelement 52 fest
mit dem Anker 22 verbunden ist, zieht die Platte 52b des
Hakenelements 52 das Bügelelement 51 ebenfalls
nach oben, wodurch die Membran 26, welche fest mit dem
Bügelelement 51 verbunden ist, in die in 7 gezeigte
obere Stellung gezogen wird. Dadurch wird Kraftstoff durch die Leitung 6a über
das geöffnete Rückschlagventil 34 angesaugt.
Dies ist in 7 durch den Pfeil A angedeutet.
Ferner wird dadurch das Federelement 53 vorgespannt.
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Wenn
nun die Bestromung der Spule 21 erfolgt, öffnet
der Anker 22 den Luftsteller 20d, wie in 8 dargestellt.
Der Anker 22 wird dabei gegen die Rückstellkraft
der Rückstellfeder 24 bewegt. Gleichzeitig wird
auch das Hakenelement 52 nach unten gefahren, ohne dass
dadurch das Bügelelement 51 mitgeführt
würde. Durch diese Bewegung des Hakenelements 52 wird
jedoch die Kraftwirkung des Ankers 22 auf das Bügelelement 51 aufgehoben.
Dadurch kann sich das Federelement 53 entspannen, so dass,
wie in 9 gezeigt, das Federelement 53 die Membran 26 in
den Pumpenraum 37 bewegt wird, wodurch der Druck im Pumpenraum 37 erhöht
wird (vgl. 9). Nun liegt am Injektor 20 ein
ausreichender Druck an, so dass eine Einspritzung begonnen werden
kann, wobei gleichzeitig schon der Luftkanal 12 geöffnet
ist. Gleichzeitig erfolgt auch wieder eine Annäherung des
Hakenelements 52 an das Bügelelement 50 (vgl. 9).
In der Praxis werden die in den 8 und 9 als
separate Schritte angedeuteten Bewegungen des Ankers 22 und
des Hakenelements 52 einerseits und der Membran 26,
des Bügelelements 51 und des Federelements 53 im
Wesentlichen gleichzeitig erfolgen, da gleichzeitig mit einer Bewegung
des Hakenelements 52 die Federkraft des Federelements 53 freigegeben
werden kann. Insgesamt ist jedoch zur Rückstellung der
Kraftstoffpumpe die Kraft der Rückstellfeder 24 größer
als die des Federelements 53.
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Die 10 und 11 zeigen
eine Einspritzvorrichtung gemäß einem siebten
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei wiederum gleiche
bzw. funktional gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie
in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen bezeichnet
sind.
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Wie
aus 10 ersichtlich ist, umfasst die Einspritzvorrichtung 2 einen
Anker 22 und einen davon separaten Kolben 60.
Der Kolben 60 ist mit seinem einen Ende an einer Membran 66 befestigt
und weist an seinem anderen Ende eine Platte 62 auf. Die Platte 62 dient
als Auflage für ein Federelement 61, welches zwischen
dem Kolben 60 und dem Anker 22 angeordnet ist.
Ferner dient die Platte 62 auch noch als Auflage für
ein Rückstellelement 24, welches sich mit seinem
anderen Ende an einem Gehäusebauteil 25 abstützt. 10 zeigt
dabei die Ansaugphase der Kraftstoffpumpe 20a der Einspritzvorrichtung 2.
Hierbei ist das Rückschlagventil 30 geöffnet
und saugt Kraftstoff aus der Leitung 6a in die Pumpenkammer 27 ein.
In diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Kraftstoffpumpe
wiederum eine Pumpenkammer 27 und eine Druckkammer 28,
wie im zweiten Ausführungsbeispiel gezeigt. Während
der Ansaugphase ist dabei die Spule 21 nicht bestromt,
so dass der Anker 22 durch die Kraft des Federelements 61 gegen
den Ventilsitz 12a in der Bypassleitung 12 gedrückt
wird. Wenn nun die Spule 21 bestromt wird, bewegt sich der
Anker 22, wie in 11 durch
den Pfeil F angedeutet, nach unten gegen die Federkraft des Federelements 61.
Da die Federkraft des Federelements 61 kleiner ist als
die Federkraft der Rückstellfeder 24, verbleibt
der Kolben 60 in seiner Position, wodurch auch die Membran 26 nicht
bewegt wird. Sobald aufgrund der Bewegung des Ankers 22 ein
Kräftegleichgewicht zwischen der Federkraft des Federelements 61 und
der Anzugskraft des Ankers 22 auf der einen Seite sowie
der Rückstellfeder 24 auf der anderen Seite erreicht
wird, und die Ankerkraft mitsamt der Federkraft des Federelements 61 größer
als die Federkraft der Rückstellfeder 24 wird,
bewegt sich der Kolben 60 gemeinsam mit dem Anker 22.
Dadurch beginnt der Druckaufbau in der Pumpenkammer 27 in
der im zweiten Ausführungsbeispiel beschriebenen Weise,
bis das Rückschlagventil 29 öffnet und der
Kraftstoff in die Druckkammer 28 strömt.
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Die
Ausgestaltung des Einspritzmoduls 2 des siebten Ausführungsbeispiels
hat dabei den Vorteil, dass eine verzögerte Bewegung des
Kolbens 60 erreicht wird. Dadurch wird sichergestellt,
dass die Bypassleitung 12 über den Luftsteller 20d geöffnet wird,
bevor eine Einspritzung von Kraftstoff über den Injektor 20c erfolgen
kann. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel den
vorhergehenden Ausführungsbeispielen, so dass auf die dort
gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.
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Insgesamt
sei zu allen beschriebenen Ausführungsbeispielen 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 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 in den Ausführungsbeispielen beschriebene
Schließelement des Luftstellers 20d, welches als
konischer Endbereich 22a des Ankers 22 ausgeführt
ist, auch in einer beliebig anderen Weise, beispielsweise als Kugel
oder Teilkugel, oder auf andere Weise als sich verjüngende
Fläche ausgebildet sein kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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