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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.
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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.
Weiter kann durch die erfindungsgemäße Einspritzvorrichtung
sichergestellt werden, dass keine Dampfblasen bzw. eine Ausdampfung
von gasförmigen Teilen des Kraftstoffs im Druckbereich
der Einspritzvorrichtung auftritt. Da die erfindungsgemäße
Einspritzvorrichtung ohne Vordruck arbeitet, kann beim Ansaugvorgang
ein Unterdruck entstehen, welcher zur Verdampfung von Kraftstoff
oder zum Freisetzen von im Kraftstoff gelösten Gasen führen
kann. Dabei können die Dampfblasen fein verteilt sein und
sich nicht sofort von dem flüssigen Kraftstoff trennen.
Um dies zu verhindern, wird erfindungsgemäß ein
vorkonditionierter Kraftstoff bereitgestellt, welcher bei Auftreten eines
Unterdrucks während des Ansaugvorgangs nicht sofort verdampft.
Hierzu wird erfindungsgemäß bereits vor einem
Pumpraum einer Kraftstoffpumpe der Einspritzvorrichtung ein Unterdruck
erzeugt, welcher zur Dampfblasenbildung bzw. zur Ausgasung im Kraftstoff
führt. Dieses Gemisch wird dann ausreichend lange zwischengespeichert,
so dass darin enthaltene Dampfblasen aufsteigen und ein vorausgegaster
Kraftstoff entsteht, der dann problemlos von der Kraftstoffpumpe
in den Pumpraum angesaugt werden kann. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht,
dass die Kraftstoffpumpe neben dem Pumpraum und dem Pumpkolben noch
einen Ausgasungsraum umfasst. Der Ausgasungsraum ist dabei mit einem
Ansaugraum verbunden. Während eines Saughubes der Kraftstoffpumpe
wird Kraftstoff in den Pumpraum angesaugt. Während des
Druckhubes für den Pumpraum vergrößert
sich das Volumen im Ausgasungsraum (Durchmesser Pumpkolben × Hub). Dabei
entsteht im Ausgasungsraum ein Unterdruck, welcher zur Ausgasung
von Luft bzw. zum Verdampfen von leicht flüchtigen Kraftstoffanteilen
führt. Der Ausgasungsraum ist dabei derart mit dem Ansaugraum
verbunden, dass im anschließenden Saughub des Pumpraums
das Kraftstoff-Dampfgemisch aus dem Ausgasungsraum in den Ansaugraum
ausgeschoben wird. Im Ansaugraum haben dann die bei diesem Vorgang
mit ausgeschobenen Dampfblasen ausreichend Zeit, sich von der Flüssigphase
zu trennen. In Vertikalrichtung liegt dabei der Ausgasungsraum über
dem Pumpraum der Kraftstoffpumpe. Der Pumpraum saugt Kraftstoff
dabei in Vertikalrichtung unterhalb des Ausgasungsraums an. Die
erfindungsgemäße Einspritzvorrichtung wird insbesondere
bei Kleinbrennkraftmaschinen, wie z. B. bei Zweirädern oder
Rasenmähern o. Ä., verwendet.
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Die
Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Um
einen besonders kompakten Aufbau bereitzustellen, ist vorzugsweise
der Ausgasungsraum in die Kraftstoffpumpe integriert. Dabei ist
besonders bevorzugt ein mehrstufiger Kolben vorgesehen, um den Pumpraum
und den Ausgasungsraum platzsparend übereinander in der
Kraftstoffpumpe anzuordnen. Der größere Durchmesser
des Kolbens dient gleichzeitig als Anker für den Magnetantrieb
der Kraftstoffpumpe.
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Weiter
bevorzugt sind wenigstens zwei Verbindungskanäle zwischen
dem Ausgasungsraum und dem Ansaugraum vorgesehen. Die Verbindungskanäle
sind mit je einem federlosen Rückschlagventil versehen.
Hierdurch ist es möglich, dass der Austritt des Gas-Luft-Gemisches
möglichst weit, insbesondere in Vertikalrichtung, entfernt
von einer Ansaugmündung ist, über welche Kraftstoff
aus dem Ansaugraum in den Pumpraum angesaugt wird. Alternativ zu
den Schließelementen können in den beiden Verbindungsleitungen
jeweils Elastomerventile, z. B. Duckbill-Ventile, angeordnet sein.
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Weiter
bevorzugt umfasst die Einspritzvorrichtung ferner ein Filterelement,
insbesondere ein Filtersieb, welches im Ansaugraum angeordnet ist. Das
Filterelement ist dabei oberhalb eines Verbindungskanals, über
den der Pumpraum gefüllt wird, angeordnet. Das Filterelement
hat dabei die Aufgabe, sicherzustellen, dass keine Gasblasen in
den Pumpraum angesaugt werden. Hierzu wird eine Maschenweite des
Filterelements möglichst klein gewählt, um zu
ermöglichen, dass Gasblasen mechanisch am Filterelement
hängen bleiben.
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Weiter
bevorzugt umfasst die Einspritzvorrichtung einen Luftsteller, welcher
insbesondere im Leerlauf einen Bypass um eine geschlossene Drosselklappe
ermöglicht. Der Luftsteller ist mit dem Ansaugraum über
eine Leitung verbunden, wobei die Leitung mittels eines Schwimmerventils
freigebbar und verschließbar ist. Insbesondere ist die
Leitung derart angeordnet, dass sie von einem Gasbereich des Ansaugraums
aus wegführt und bei einem steigenden Kraftstoffspiegel
im Ansaugraum durch das Schwimmerventil verschlossen wird.
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Besonders
bevorzugt ist die Einspritzvorrichtung derart aufgebaut, dass ein
Pumpenanker und ein Luftstelleranker durch einen gemeinsamen Aktor betätigt
werden. Hierdurch braucht nur ein Aktor für die Einspritzvorrichtung
vorgesehen werden, so dass die Bauteilezahl und der notwendige Bauraum
reduziert werden kann.
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Weiter
bevorzugt ist am Pumpenanker ein Anker-Rückraum angeordnet,
wobei der Anker-Rückraum mit dem Ansaugraum verbunden ist. Hierdurch
wird eine gleichmäßig benetzte Betätigung des
Pumpenkolbens ermöglicht. Dann dichtet der Anker hydraulisch
mit seinem Führungsdurchmesser den Ausgasungsraum zum Anker-Rückraum
ab, damit im Ausgasungsraum ein Unterdruck aufgebaut werden kann.
Alternativ ist der Anker-Rückraum über eine Spaltleckage
oder zusätzliche Kanäle mit dem Ausgasungsraum
verbunden. Dann entfällt die Verbindung Anker-Rückraum
mit dem Ansaugraum.
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Weiterhin
umfasst die Einspritzvorrichtung einen Luftsteller, der mit dem
Ansaugraum verbunden ist. Dadurch werden Dampfblasen über
die Bypassluftleitung zum Saugrohr geführt. Wenn bei jedem
Einspritzvorgang gleichzeitig der Luftsteller und die Kraftstoffpumpe
bzw. der Injektor betätigt werden, gelangt der sich im
Ansaugraum 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 Ansaugraum 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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Weiter
bevorzugt mündet die Verbindungsleitung zwischen dem Ansaugraum
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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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 in seiner Verlängerung
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 für
einen selbsttätigen Zulauf 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, und
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3 eine
schematische Ansicht der Einspritzvorrichtung gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel.
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Bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf die 1 und 2 ein
Kleinmotor 1 mit einer erfindungsgemäßen
Einspritzvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel
im Detail beschrieben.
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1 zeigt
schematisch den Aufbau des Kleinmotors 1, welcher als Einzylindermotor
ausgebildet ist. Der Kleinmotor 1 umfasst einen Zylinder 3, einen
darin hin- und herbewegbaren Kolben 4, eine Steuereinheit 5 und
einen Tank 6. Der Tank 6 ist über eine
Kraftstoffzuleitung 6a mit einem Einspritzmodul 2 verbunden.
Eine Kraftstoffrückleitung 6b geht von dem Einspritzmodul 2 zurück
zum Tank 6. Über die Kraftstoffrückleitung
wird bevorzugt ein Kraftstoff-Gas-Luft-Gemisch zum Tank zurückgeführt. Dies
unterstützt die Ansammlung von vorkonditioniertem Kraftstoff
für die Kraftstoffpumpe. Die erfindungsgemäße
Einspritzvorrichtung kann jedoch auch ohne Rückleitung 6b arbeiten.
Diese kann daher bei reduzierten Anforderungen auch entfallen. 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 (Luftstelleranker)
und einen zweiten Anker 23 (Pumpenanker). Wie aus 2 ersichtlich
ist, ist der Luftstelleranker 22 Teil des Luftstellers 20d,
wobei der Luftstelleranker 22 an einem Ende ein Ventilglied 22a ausbildet, 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 den Pumpenanker 23, welcher
in diesem Ausführungsbeispiel ein Teil der Kraftstoffpumpe 20a ist. Hierbei
ist der Pumpenanker 23 axial mit einem Pumpenkolben 26 der
Kraftstoffpumpe 20a verbunden. Der Pumpenanker 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, zunächst den Luftstelleranker 22 und
in der Folge auch den Pumpenanker 23. Nach Wegfall der
Bestromung der Spule 21 stellen die erste Rückstellfeder 28 bzw.
eine zweite Rückstellfeder 24 für den
Pumpenanker die beiden Anker wieder in die in 2 gezeigten
Ausgangspositionen zurück. Die zweite Rückstellfeder
stützt sich dabei an einem Gehäuseblock 25a und
einer Stirnseite des Pumpenankers 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
ebenfalls vom Ansaugraum 30 aus. Im Gehäuseblock 25a ist
ferner ein Pumpraum 31 ausgebildet. Der Pumpraum 31 ist über
Bohrungen mit dem Ansaugraum 30 und dem Injektor 20c,
genauer einem Dosierraum 42 des Injektors 20c,
verbunden. Hierbei ist eine erste Ansaugbohrung 60 mit
einem ersten Rückschlagventil 33 zur Verbindung
von Ansaugraum 30 und Pumpraum 31 ausgebildet.
Eine zweite Förderbohrung 61 verbindet den Pumpraum 31 mit
dem Dosierraum 42. Die zweite Förderbohrung 61 wird
mittels eines zweiten Rückschlagventils 34 freigegeben
bzw. verschlossen. Eine dritte Bohrung 62 verbindet den Pumpraum 31 wieder
mit dem Ansaugraum 30, wobei die dritte Bohrung 62 mittels
eines dritten Rückschlagventils 35 freigebbar
bzw. verschließbar ist. Wie aus 2 ersichtlich
ist, ist dabei die dritte Bohrung 62 in Vertikalrichtung über
der ersten Bohrung 60 angeordnet. Ferner ist im Vergleich
zum ersten Rückschlagventil 33 die Öffnungs-
und Schließrichtung des dritten Rückschlagventils
umgekehrt.
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Der
Pumpraum 31 ist dabei Teil der Kraftstoffpumpe 20b.
Wie aus 2 ersichtlich ist, ist der Pumpenkolben 26 der
Kraftstoffpumpe derart im Gehäuseblock 25a angeordnet,
dass er ein im Pumpraum 31 befindliches Fluid unter Druck
setzen kann. Der Pumpenkolben 26 ist dabei axial mit dem Pumpenanker 23 verbunden.
Die in 2 gezeigte Position ist dabei eine Position am
Ende eines Ansaughubes der Kraftstoffpumpe 20a. Der Pumpraum 31,
der Luftstelleranker 22 und der Pumpenanker 23 liegen
dabei auf einer gemeinsamen Achse X-X.
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Weiter
umfasst die Einspritzvorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels
einen Ausgasungsraum 71. Der Ausgasungsraum 71 ist
dabei rund um den Pumpenkolben 26 gebildet und über
eine vierte Bohrung 63 und eine fünfte Bohrung 64 mit
dem Ansaugraum 30 verbunden. In den Bohrungen 63, 64 ist
dabei je eine Kugel 70 als Schließelement angeordnet, welche
frei in einem Teilbereich der Bohrungen 63, 64 bewegbar
ist. Hierbei sind keine Rückstellfedern für die
Kugeln 70 vorgesehen. Der Ausgasungsraum 71 dient
dabei insbesondere dazu, dass gasförmige Bestandteile des
Kraftstoffs in diesem Raum ausgasen können und dann bei
einem Pumphub über die fünfte Bohrung 64 in
den Ansaugraum ausgeschoben werden können. Der Ausgasungsraum
wird jeweils um die Fläche des Pumpkolbens 26 multipliziert mit
dem Hub des Pumpenkolbens vergrößert bzw. verkleinert.
Somit kann ein Großteil der im Kraftstoff vorhandenen Gase
im Ausgasungsraum 71 ausgasen und nach dem Ausschieben
aus dem Ausgasungsraum 71 in den gasgefüllten
Bereich 30a hochsteigen. Als zusätzliche Sicherheit
gegen ein Ansaugen von Gasen in die Pumpkammer 31 ist ein
engmaschiger Filter 72 vorgesehen. Wie aus 2 ersichtlich
ist, ist der Filter 72 dabei in Vertikalrichtung zwischen
einer Mündung der Kraftstoffzuleitung 6a und der
ersten Bohrung 60 angeordnet.
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Falls
dennoch einmal geringe Anteile von Gasen in den Pumpraum 71 angesaugt
oder gebildet wurden, dient das dritte Rückschlagventil 35 dabei
zu Beginn der Druckphase dazu, diese Gasblasen aus dem Pumpraum 31 in
den Ansaugraum 30 zu fördern. Das Ende des Pumpenkolbens 26 bildet
dabei eine Steuerkante 26a, welche im weiteren Verlauf
der Bewegung des Pumpenkolbens 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 Dosierraum 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 Dosierraum 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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Wie
weiter aus 2 ersichtlich ist, ist der Ansaugraum 30 mit
dem Luftsteller 20d über eine Verbindungsleitung 50 verbunden.
Die Verbindungsleitung 50 mündet in einen Raum 12b des
Luftstellers, wobei die Verbindungsleitung 50 mittels eines Schwimmerventils 51 freigebbar
bzw. verschließbar ist. Das Schwimmerventil 51 umfasst
eine Schwimmerkugel 51, welche durch eine steigende Flüssigkeitssäule
gegen einen Ventilsitz 53 in der Verbindungsleitung 50 gedrückt
werden kann. Hierdurch kann die Verbindungsleitung 50 verschlossen
werden. Das Schwimmerventil 51 verhindert dabei, dass flüssiger
Kraftstoff in den Luftsteller 20d gelangt. Wenn das Schwimmerventil
geöffnet ist, können dabei Gase aus dem gasförmigen
Bereich 30a über das Schwimmerventil zum Luftsteller
geleitet werden.
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Wenn
nur wenig Dampfblasen aus dem Kraftstoff ausgasen, steigt der Kraftstoffspiegel
im Ansaugraum 30 an, so dass das Schwimmerventil 51 die
Verbindungsleitung 50 verschließt. Hierdurch kann
kein Kraftstoffdampf mehr über den Luftsteller 20d zum
Saugrohr 8 geführt werden, so dass das Einspritzmodul
Kraftstoff nur noch über den Injektor 20c einspritzt.
Die Anordnung des Schwimmerventils 51 in Axialrichtung
X-X des Einspritzmoduls 2 ist dabei derart, dass sichergestellt
ist, dass im Ansaugraum 30 ein bestimmtes gasförmiges
Volumen im gasförmigen Bereich 30a verbleibt,
um die Dämpfungsfunktion im Ansaugraum 30 aufrechtzuerhalten.
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Der
Ansaugraum 30 weist an seinem in Vertikalrichtung oben
liegenden Ende den 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 Ansaugraums. Ferner ist, wie aus 2 ersichtlich
ist, eine Mündung der Kraftstoffzuleitung 6a im
Ansaugraum 30 an einer Position angeordnet, die nicht in
direkter Verlängerung zur Bohrung 60 liegt. 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 vorausgasen, und Druckwellen werden vom
Gehäuseblock 25a zuerst zurückgeworfen
und dann über den gasförmigen Bereich 30a mitgedämpft.
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Die
Funktion der erfindungsgemäßen Einspritzvorrichtung
ist dabei wie folgt. Während einer Ansaugphase der Einspritzvorrichtung
wird Kraftstoff aus dem Ansaugraum 30 über die
erste Bohrung 60 und das erste Rückschlagventil 33 in
den Pumpraum 31 angesaugt. Gleichzeitig wird Kraftstoff
und Kraftstoffdampf aus dem Ausgasungsraum 71 über
die Bohrung 64 in den Ansaugraum 30 gefördert,
da sich das Volumen im Ausgasungsraum 71 wegen der Rückstellung
des Pumpenankers 23 und des Pumpkolbens 26 reduziert.
Dort können sich die Blasen separieren und nach oben aufsteigen.
Durch die Geometrie der vierten Bohrung 63 entstand während
der vorangegangenen Volumenvergrößerung im Ausgasungsraum 71 ein
relativ großer Unterdruck, so dass gasförmige
Bestandteile des Kraftstoffs im Ausgasungsraum 71 ausgasten.
Diese sammeln sich dann im Ausgasungsraum 71. 2 zeigt
dabei die Endstellung nach der Ansaugphase des Pumpkolbens und der
Ausschiebephase aus dem Ausgasungsraum 71, wobei der Bereich
hinter dem Pumpenanker 23 über einen Kanal 23a vollständig
verdrängt wurde. Wenn dann eine Einspritzung beginnen soll,
wird der gemeinsame Aktor von Kraftstoffpumpe und Luftsteller betätigt,
so dass der Pumpenanker 23 in Richtung des Pfeils A bewegt
wird. Hierdurch wird mittels des Pumpenkolbens 26 einerseits
Druck im Pumpenraum 31 aufgebaut, sobald eine Steuerkante 26a des Pumpenkolbens
die dritte Bohrung 63 überfahren hat. Die dritte
Bohrung 62 mit dem darin befindlichen Rückschlagventil 35 erhöht
dabei noch die Sicherheit, dass kein Gas in den Dosierraum 42 eingeschoben
wird, da Gase, falls diese im Druckraum 31 noch vorhanden
sein sollten, über die dritte Bohrung 62 wieder
in den Ansaugraum 30 ausgeschoben werden. Erst wenn die
Steuerkante 26a die dritte Bohrung 62 vollständig überfahren
hat, beginnt der Druckaufbau. Ab einem bestimmten Druckniveau öffnet
das zweite Rückschlagventil 34, so dass der Pumpenkolben 26 unter
Druck stehenden Kraftstoff in den Dosierraum 42 ausschiebt.
Sobald das Druckniveau im Dosierraum 42 einen vorbestimmten
Wert erreicht, öffnet der Injektor 20c, so dass
eine Kraftstoffeinspritzung in das Saugrohr erfolgt. Durch die Bestromung
der Spule 21 wird auch der Luftstelleranker 22 in
Richtung des Pfeils B angezogen, so dass der Luftsteller 20d öffnet.
Dadurch kann Luft durch die Bypassleitung 12 strömen.
Hierbei können bei geöffnetem Schwimmerventil 51 auch
eventuell noch vorhandene Gase aus dem Ansaugraum 30 abgeführt
werden. Die Anordnung des Schwimmerventils stellt jedoch sicher,
dass immer ein gasförmiger Bereich 30a im Ansaugraum
verbleibt.
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Nach
erfolgter Einspritzung wird die Bestromung der Spule 21 beendet,
so dass die Rückstellfedern 24 und 28 die
Anker 22, 23 wieder in ihre Ausgangspositionen
zurückstellen. Dadurch wird der Luftsteller 20d wieder
verschlossen und während der Rückstellung des
Pumpenankers 23 wird der Pumpenkolben 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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Erfindungsgemäß kann
somit durch eine Vielzahl von Maßnahmen verhindert werden,
dass Gase in den Dosierraum 42 des Injektors 20c gelangen.
Somit kann eine exakte Kraftstoffmenge eingespritzt werden, ohne
dass Abweichungen aufgrund von gasförmigen Bestandteilen
der eingespritzten Kraftstoffmenge auftreten. Durch die möglichst
tiefe Positionierung der ersten Bohrung 60 wird sichergestellt,
dass möglichst nur schon ausgegaster Kraftstoff angesaugt
werden kann. Falls dann dennoch während der Ansaugphase
gasförmige Bestandteile aus dem Kraftstoff im Pumpraum 31 ausgasen
sollten, können diese über die dritte Bohrung 62 ausgeschoben
werden. Die erfindungsgemäße Kraftstoffpumpe 20a weist
somit zwei Kammern auf, wobei durch gezielte Erzeugung eines Unterdrucks
im Bereich der Ausgasungskammer 71 schon eine Vorausgasung
von Kraftstoff ermöglicht wird. Dabei wird das Volumen
der Ausgasungskammer 71 nicht zur Mengendosierung verwendet.
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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 beschrieben, wobei gleiche
bzw. funktional gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie
in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen bezeichnet
sind.
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Das
zweite Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem
ersten Ausführungsbeispiel, wobei zusätzlich noch
eine Verbindungsleitung 74 vom Ansaugraum 30 zu
einem Pumpenanker-Rückraum 75 vorgesehen ist.
Durch die Verbindung zwischen dem Pumpenanker-Rückraum 75 und
dem Ansaugraum 30 wird eine gleichmäßig
benetzte Betätigung des Pumpenankers 23 ermöglicht
und die Ausbildung eines Dampf-Luftpolsters verhindert. 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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