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Stand der Technik
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Einspritzvorrichtung mit einer
Kraftstoffpumpe, einem Druckregler und einem Injektor in einer kompakten Bauweise
mit impulsbasierter Öffnungscharakteristik.
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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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Offenbarung 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 und einen Injektor umfasst, welche
integrale Bestandteile eines Einspritzmoduls sind. Das Einspritzmodul
ist ein kompaktes, kleinbauendes Bauteil, in welchem die Kraftstoffpumpe,
der Druckregler und der Injektor angeordnet sind. Die Kraftstoffpumpe
umfasst einen Aktuator zur Betätigung eines Kolbens sowie
eine Pumpkammer mit einer Zufuhrbohrung zur Zuführung von
Kraftstoff und eine mit einer Kraftstoffrückleitung verbundene
Rückführbohrung. Im nicht betätigten
Zustand des Aktuators weist dabei eine Hublänge des Kolbens
bis zu einer Steuerkante an der Rückführbohrung
eine derartige Länge auf, dass bei einer Aktivierung des
Aktuators der Kolben auf eine Geschwindigkeit beschleunigt wird,
welche so groß ist, dass nach Überfahren der Steuerkante an
der Rückführbohrung ein Impulsstoß auf
den in der Pumpkammer befindlichen Kraftstoff ausgeübt wird.
Dieser Impulsstoß ist aufgrund der hohen Geschwindigkeit
des Kolbens so groß, dass der Injektor öffnet,
um eine Einspritzung auszuführen. Der vom Kolben auf den
Kraftstoff übertragene Impuls läuft somit als
Stoßwelle durch den im Pumpraum befindlichen Kraftstoff
und öffnet kurzzeitig den Injektor für eine Einspritzung.
Der Impuls sorgt somit lediglich für einen Öffnungsvorgang
des Injektors. Dies ist ausreichend, um eine Einspritzung von Kraftstoff
auszuführen. Nachdem der Impulsstoß den Injektor
geöffnet hat und die Stoßwelle die Pumpkammer
durchlaufen hat, sinkt der Druck in der Pumpkammer wieder ab, so
dass der Injektor wieder, z. B. mittels eines Rückstellelements,
schließt. Da der Kolben somit eine ausreichende Hublänge
aufweist, bis die Rückführbohrung durch den Kolben
vollständig verschlossen ist, kann der Kolben auf eine
ausreichende Geschwindigkeit beschleunigt werden und so ein großer Impulsstoß auf
den Kraftstoff ausgeübt werden. Dabei kann die Hublänge
bis zum Überfahren der Steuerkante umso kürzer
gewählt werden, je größer eine durch
den Aktuator zur Beschleunigung des Kolbens aufgebrachte Kraft ist.
Das Einspritzmodul kann ferner 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
ist eine Hublänge des Kolbens bis zum Überfahren
der Steuerkante an der Rückführungsbohrung derart
gewählt, dass eine Geschwindigkeit des Kolbens an der Steuerkante
gleich ist wie eine Durchflussrate der bei vollständig
geöffnetem Injektor eingespritzten Kraftstoffmenge, dividiert
durch eine Kolbenstirnfläche. Somit ist es möglich,
dass der Kolben auf eine vorbestimmte Sollgeschwindigkeit beschleunigt
wird, um den Impuls zu erzeugen. Wenn die Kolbengeschwindigkeit
dann genau der Durchflussrate dividiert durch den Kolbenquerschnitt entspricht,
erhält man eine lineare Mengenkennlinie mit einer Totzeit,
die ca. der Zeit entspricht, die der Kolben benötigt, um
die Hublänge bis zur Rückführungsbohrung
zurückzulegen.
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Besonders
bevorzugt ist die Hublänge des Kolbens bis zum Überfahren
der Steuerkante an der Rückführungsbohrung größer
als eine Hälfte einer axialen Gesamtlänge der
Pumpkammer in einem oberen Totpunkt des Kolbens. Hierdurch wird
sichergestellt, dass der Kolben auf eine ausreichende Geschwindigkeit
beschleunigt werden kann. Besonders bevorzugt ist die Hublänge
des Kolbens bis zum Überfahren der Steuerkante dabei in
einem Bereich zwischen der Hälfte bis 2/3 der maximalen
axialen Länge der Pumpkammer.
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Weiter
bevorzugt umfasst der Aktuator einen Booster, um zu Beginn der Aktivierung
des Aktuators eine schnellere Aktivierung und damit eine schnellere Beschleunigung
des Kolbens auszuführen. Der Aktuator ist vorzugsweise
elektromagnetisch betätigbar und der Booster liefert zu
Beginn einer Ansteuerung des Aktuators eine höhere Spannung
und somit einen höheren Strom, so dass eine Magnetkraft,
mit welcher der Kolben bewegt wird, schneller ansteigt.
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Um
einen möglichst besonders einfachen Aufbau und ein sehr
gutes Spray bei der Einspritzung zu erreichen, umfasst der Injektor
vorzugsweise ein nach außen öffnendes Ventilelement.
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Weiter
bevorzugt umfasst das Einspritzmodul als integralen Bestandteil
ferner einen Luftsteller. Hierdurch kann ein noch kompakterer Aufbau
erreicht werden, in dem der Luftsteller ebenfalls in das Einspritzmodul
integriert wird.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Einspritzmodul ferner
genau einen Aktuator, welcher sowohl die Kraftstoffpumpe als auch
den Luftsteller betätigt. Der Aktuator umfasst dabei eine
Spule sowie einen ersten und einen zweiten Anker. 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 der Kraftstoffpumpe zugeordnet und der zweite
Anker dem Luftsteller, und beide Anker können mittels der
gemeinsamen Spule aktiviert werden. 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
wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel 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 Ausführungsbeispiel der Erfindung,
und
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2 eine
schematische Ansicht der Einspritzvorrichtung gemäß dem
Ausführungsbeispiel.
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Bevorzugte Ausführungsform
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.
Ferner ist ein Booster 18 vorgesehen, um zu Beginn der
Aktivierung des Aktuators eine schnellere Aktivierung und damit
eine schnellere Beschleunigung des Kolbens auszuführen.
Der Booster 18 verstärkt dabei insbesondere Signale, welche
für einen Aktuator des Einspritzmoduls vorgesehen sind.
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 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 23a. Wie
aus 2 ersichtlich ist, ist der erste Anker 22 Teil
des Luftstellers 20d, wobei der Anker 22 an einem
Ende als Ventilglied 22a ausgebildet ist, welches an einem
Ventilsitz 12a einer Bypassleitung 12 die Bypassleitung 12 freigeben
bzw. verschließen kann. Dem Luftsteller 20d ist
ferner eine erste Rückstellfeder 28 zugeordnet. Der Aktuator
umfasst ferner einen zweiten Anker 23a, welcher in diesem
Ausführungsbeispiel ein Teil der Kraftstoffpumpe 20a ist.
Hierbei ist der zweite Anker 23a fest mit einem Kolben 23 der
Kraftstoffpumpe 20a verbunden. Der zweite Anker 23a ist
ein zylindrisches Bauteil und weist die Form einer Hülse
auf, welche neben einer Führungsfunktion auch eine Abstützfunktion
für eine zweite Rückstellfeder 24 zur Rückstellung
des zweiten Ankers 23a aufweist. Die Spule 21 betätigt
dabei, wenn sie bestromt wird, sowohl den ersten Anker 22 als
auch den zweiten Anker 23a. Nach Wegfall der Bestromung
der Spule 21 stellen die erste Rückstellfeder 28 bzw.
die zweite Rückstellfeder 24 die beiden Anker
wieder in die in 2 gezeigten Ausgangspositionen
zurück. Die in 2 gezeigte Position ist dabei
eine Position am Ende eines Ansaughubes der Kraftstoffpumpe 20a,
in welcher sich der Kolben im oberen Totpunkt befindet. Hierbei
ist der Aktuator nicht aktiviert.
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Das
Einspritzmodul 2 umfasst ferner ein mehrteiliges Gehäuse 25,
umfassend ein erstes Gehäuseteil 25a, ein zweites
Gehäuseteil 25b, ein drittes Gehäuseteil 25c und
ein viertes Gehäuseteil 25d. Das vierte Gehäuseteil 25d ist
dabei zwischen der Kraftstoffpumpe 20a und dem Luftsteller 20d angeordnet.
Dabei weist das vierte Gehäuseteil 25d eine im
Wesentliche topfförmige Form auf und weist an einem inneren
Bodenbereich zusätzlich noch einen Anschlag 26 auf.
Der Anschlag 26 ist dabei fest am inneren Boden des vierten
Gehäuseteils 25d befestigt und dient als Anschlag
für den zweiten Anker 23a. Wie ferner aus 2 ersichtlich
ist, ist an einer äußeren Grundfläche 25e des
vierten Gehäuseteils 25d die erste Rückstellfeder 28 angeordnet
und stützt sich gegen diese äußere Grundfläche 25e ab.
Wie in 2 dargestellt, ist das vierte Gehäuseteil 25d dabei
innerhalb der Spule 21 ortsfest angeordnet und über
eine Hülse 34 mit dem zweiten Gehäuseteil 25b verbunden.
Im zweiten Gehäuseteil 25b sind Anschlüsse
für die Kraftstoffzuleitung 6a sowie für
eine Kraftstoffrückleitung 6b angeordnet. Die
Kraftstoffzuleitung 6a mündet dabei in einem Ansaugbereich 32 und
die Kraftstoffrückleitung 6b geht von einem Rücklaufbereich 33 im
Gehäuse aus ab. Hierbei sei angemerkt, dass es auch möglich
ist, dass die Kraftstoffrückleitung 6b nicht zurück
in einen Tank führt, sondern mit der Kraftstoffzuleitung 6a verbunden
ist. Das dritte Gehäuseteil 25c ist ebenfalls
im Wesentlichen topfförmig ausgebildet und definiert eine
Pumpkammer 27, in welcher Kraftstoff mittels des Kolbens 23 unter
Druck setzbar ist. Dabei sind im dritten Gehäuseteil 25c eine
Zufuhrbohrung 50 mit einem ersten Rückschlagventil 29,
eine Druckbohrung 52 mit einem zweiten Rückschlagventil 30 und
eine Rückführbohrung 51 mit einem dritten
Rückschlagventil 31 angeordnet. Das erste Rückschlagventil 29 verbindet den
Ansaugbereich 32 mit der Pumpkammer 27. Das zweite
Rückschlagventil 30 verbindet die Pumpkammer 27 mit
einer Druckkammer 42 im Injektor 20c. Das dritte
Rückschlagventil 31 verbindet die Pumpkammer 27 mit
einem Rücklaufbereich 33, von welchem aus die
Kraftstoffrückleitung 6b abgeht.
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Wie
aus 2 ersichtlich ist, ist ausgehend von der dort
dargestellten Ausgangsposition des Kolbens 23 eine maximale
Hublänge H2 des Kolbens bis zu einem Boden der Pumpkammer 27 eingezeichnet. Dabei
ist die Rückführungsbohrung 51 in Axialrichtung
X-X näher zum Kolben 23 angeordnet, als die Zufuhrbohrung 50.
Da das dritte Rückschlagventil 31 von der Pumpkammer 27 zum
Rücklaufbereich 33 öffnet, wird bei einer
Bewegung des Kolbens 23 bis zu einer Steuerkante 51a an
der Rückführbohrung 51 Kraftstoff, welcher
sich in der Pumpkammer 27 befindet, über die Rückführbohrung 51 in
die Kraftstoffrückleitung 6b ausgeschoben. Hierbei
können auch eventuell vorhandene Gasblasen aus der Pumpkammer 27 in
die Kraftstoffrückleitung 6b ausgeschoben werden.
Ein Druckaufbau in der Pumpkammer 27 kann dabei erst erfolgen,
wenn der Kolben 23 die Steuerkante 51a überfahren
hat.
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Die
Hublänge H1 des Kolbens 23 ist in diesem Ausführungsbeispiel
dabei derart gewählt, dass der Kolben bis zum Überfahren
der Steuerkante 51a eine Geschwindigkeit aufnimmt, die
bei vollständig geöffnetem Injektor genau einer
Durchflussrate der eingespritzten Kraftstoffmenge dividiert durch
die Kolbenfläche entspricht. Die Hublänge H1 gibt
dem Kolben 23 somit so viel Zeit, dass er auf eine vorbestimmte
Sollgeschwindigkeit beschleunigt werden kann. Nach dem Überfahren
der Steuerkante 51a ist die Rückführbohrung 51 verschlossen,
wodurch der Impuls erzeugt wird und der Injektor öffnet.
Die Durchflussrate der Einspritzmenge ist dabei abhängig
vom Druckabfall am zweiten Rückschlagventil 30 und
dem Auslassventil.
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Das
zweite Rückschlagventil 30 verschließt die
Druckbohrung 52 zwischen der Pumpkammer 27 und
der Druckkammer 42 des Injektors 20c. Der Injektor 20c weist
dabei ein nach außen öffnendes Ventilelement 40 auf,
welches mittels eines Federelements 41 in der geschlossenen
Position (2) gehalten wird.
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Die
Funktion des erfindungsgemäßen Einspritzmoduls 2 ist
dabei wie folgt. Ausgehend von der in der 2 gezeigten
Stellung, in welcher schon eine Ansaugung von Kraftstoff aus der
Kraftstoffzuleitung 6a erfolgt ist, erfolgt eine Bestromung
der Spule 21. Hierbei wird ein von der Steuereinheit 5 der
Spule 21 übermittelte Spannung durch den Booster 18 verstärkt.
Dadurch kann eine große Magnetkraft auf den Kolben 23 wirken,
so dass dieser mit einer hohen Geschwindigkeit in Richtung des Pfeils
A in Richtung des Bodens der Pumpkammer 27 bewegt wird.
Durch die Bestromung der Spule 21 wird gleichzeitig 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. Hierbei sei angemerkt, dass durch die Wahl unterschiedlicher
Federkonstanten der ersten Rückstellfeder 28 und
der zweiten Rückstellfeder 24 unterschiedliche
Zeitpunkte für eine Betätigung des Ankers 22 bzw.
des Kolbens 23 gewählt werden können.
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Durch
die Bestromung der Spule 21 beschleunigt somit der Kolben 23,
wobei aufgrund des noch geöffneten dritten Rückschlagventils 31 noch kein
Druckaufbau in der Pumpkammer 27 erfolgen kann. Während
der Bewegung des Kolbens 23 über die Hublänge
H1 wird Kraftstoff und gegebenenfalls in der Pumpkammer 27 vorhandene
Blasen, welche sich an der Stirnseite des Kolbens 27 gesammelt
haben, über die Rückführbohrung 51 ausgeschoben. Dabei
kann der Kolben 23 nahezu ohne Gegendruck beschleunigen.
Sobald der Kolbenboden die Steuerkante 51a an der Rückführbohrung 51 überfahren hat,
kann kein Medium mehr aus der Pumpkammer 27 in die Kraftstoffrückleitung 6b ausgeschoben
werden. Da der Kolben über die Hublänge H1 beschleunigt
wurde, weist er nun eine sehr hohe Geschwindigkeit auf, so dass
er nun einen Impulsstoß auf den in der Pumpkammer 27 befindlichen
Kraftstoff ausübt, da nach Überfahren der Steuerkante 51 plötzlich
ein Gegendruck durch den nun in der Pumpkammer 27 befindlichen
Kraftstoff vorhanden ist. Der Impulsstoß führt
zu einem öffnen des zweiten Rückschlagventils 30,
so dass der Impulsstoß in die Druckkammer 42 und
dort auf das Ventilelement 40 übertragen wird. Da
der Impulsstoß größer als eine Rückstellkraft
der Rückstellfeder 41 ist, öffnet das
Ventilelement 40 kurzzeitig. Hierdurch kann eine Einspritzung
von Kraftstoff in das Saugrohr 8 erfolgen.
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Nachdem
der Impulsstoß die Druckkammer 42 durchlaufen
hat, wird das Ventilelement 40 wieder mittels der Rückstellfeder 41 verschlossen.
Hierbei ist ein Querschnitt des Ventilelements 40 und eine Federkonstante
der Rückstellfeder 41 derart ausgelegt, dass mittels
eines Impulsstoßes eine ausreichende Kraftstoffmenge eingespritzt
werden kann. Dabei wird nach Erzeugung des Impulsstoßes
eine Bestromung der Spule 21 beendet, so dass der Kolben
sich nicht weiter in Richtung A bewegt. Hierbei sei angemerkt, dass
es auch möglich ist, nach Erzeugung des Impulses die Bestromung
der Spule 21 fortzuführen, um eine Weiterbewegung
des Kolbens 23 auszuführen, so dass weiterhin
ein Druck aufgebaut werden kann. Dann kann der Impulsstoß,
welcher durch die hohe Geschwindigkeit des Kolbens bedingt ist,
lediglich zur Öffnung des Ventilelements 40 verwendet
werden und dann durch Steuerung einer Bestromungsdauer der Spule 21 eine
Einspritzdauer bestimmt werden.
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Die
Verwendung des Boosters 18 ermöglicht es dabei,
insbesondere zu Beginn der Aktivierung des Aktuators eine höhere
Spannung bereitzustellen, so dass eine höhere Magnetkraft
erzeugt werden kann, um eine schnellere Bewegung des Kolbens zu ermöglichen.
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Nach
dem Ende der Einspritzung wird die Bestromung der Spule 21 beendet,
so dass das zweite Rückstellelement 24 den Kolben 23 wieder
in die in 2 gezeigte Ausgangsposition
zurückstellen kann. Während dieser Rückbewegung
des Kolbens 23 sind das zweite Rückschlagventil 30 und
das dritte Rückschlagventil 31 geschlossen und
das erste Rückschlagventil 29 ist geöffnet.
Somit kann Kraftstoff aus der Kraftzuleitung 6a in die
Pumpkammer 27 angesaugt werden. Sollten sich hierbei Blasen
bilden bzw. Blasen angesaugt werden, sammeln diese sich wieder am
Kolbenboden des Kolbens 23, so dass sie mit dem nächsten
Hub des Kolbens 23 über das dann geöffnete
dritte Rückschlagventil 31 wieder ausgeschoben
werden können. Somit wird erfindungsgemäß eine
impulsbasierte Öffnungscharakteristik der Einspritzvorrichtung
bereitgestellt, indem es ermöglicht wird, dass der Kolben
durch Bereitstellung einer relativ langen Hublänge H1 auf
eine große Geschwindigkeit beschleunigt werden kann, um
einen Impuls zu erzeugen. In diesem Ausführungsbeispiel beträgt
dabei die Hublänge H1 die Hälfte einer in Axialrichtung
maximalen Länge H2 der Pumpkammer 27 (am Ende
des Ansaugvorgangs bzw. des oberen Druckpunkts des Kolbens 23).
Die Hublänge H1 des Kolbens bis zur Erzeugung des Impulses
kann jedoch auch länger oder kürzer gewählt
werden. Bei einer kürzeren Hublänge muss eine
Geschwindigkeit des Kolbens 23 bis zum Überfahren
der Steuerkante 51a erhöht werden, um eine gleiche
Impulsgröße wie im beschriebenen Ausführungsbeispiel
zu erhalten. Alternativ könnte auch die Hublänge
H1 vergrößert werden, um die Möglichkeit
zu haben, den Kolben 23 über eine längere
Hublänge zu beschleunigen.
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Es
sei angemerkt, dass die Einspritzvorrichtung sehr kompakt und kostengünstig
aufgebaut ist, da insbesondere ein gemeinsamer Aktuator für
den Luftsteller 20d und die Kraftstoffpumpe 20a mit
zwei Ankern 22, 23a vorgesehen ist. In dem Ausführungsbeispiel
wurde als Aktuator dabei jeweils ein magnetischer Aktuator durch
Bestromung einer Spule beschrieben. Es sei jedoch angemerkt, dass
grundsätzlich auch andere mögliche Aktuatoren
verwendet werden können, z. B. ein Piezoaktuator. Ferner
sei angemerkt, dass das beschriebene Schließelement 22a des
Luftstellers 20d auch als sich verjüngender, insbesondere
konischer, Endbereich des Ankers 22 ausgeführt
sein kann, oder auch in einer beliebig anderen Weise, beispielsweise
als Kugel oder Teilkugel.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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