DE102009027380A1

DE102009027380A1 - Brennkraftmaschine mit kostengünstigem Aufbau

Info

Publication number: DE102009027380A1
Application number: DE200910027380
Authority: DE
Inventors: Udo Sieber; Klaus Ries-Mueller
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-07-01
Filing date: 2009-07-01
Publication date: 2011-01-05

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, umfassend ein Saugrohr (5), eine kompakte Einspritzvorrichtung (20) mit einem integrierten Luftsteller, ein teilweise durchlässiges Trennelement (21), welches im Saugrohr (5) angeordnet ist und das Saugrohr in einen ersten Bereich (51) und einen zweiten Bereich (52) unterteilt, einen Bypass (22), welcher eine Verbindung vom ersten Bereich (51) zum zweiten Bereich (52) herstellt, wobei der erste Bereich (51) stromaufwärts der Trennfläche (21) liegt und der zweite Bereich (52) stromabwärts der Trennfläche (21) liegt, wobei der Bypass (22) durch die Einspritzvorrichtung (20) geführt ist, ein Schließelement (26), welches im Bypass (22) angeordnet ist, um den Bypass (22) freizugeben und zu verschließen, und eine Steuereinheit (10), welche ausgelegt ist, das Schließelement (26) zu betätigen.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftkraftmaschine mit einem vereinfachten und kostengünstigen Aufbau mit einer Einspritzvorrichtung in einer kompakten Bauweise.
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 oder Stromaggregate 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. Ferner weisen die bekannten Brennkraftmaschinen immer eine Drosselklappe auf.
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.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass sie auf eine Drosselklappe verzichten kann. Erfindungsgemäß wird hierbei eine kompakte Einspritzvorrichtung mit einem integrierten Luftsteller verwendet. Ein teilweise durchlässiges Trennelement ist im Saugrohr angeordnet und unterteilt das Saugrohr in einen ersten, stromaufwärts des Trennelements liegenden Bereich und einen zweiten, stromabwärts des Trennelements liegenden Bereich. Dabei ist in der Einspritzvorrichtung ein Bypass gebildet, welcher eine Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Bereich durch die Einspritzvorrichtung hindurch ermöglicht. Im Bypass ist dabei ein Schließelement vorgesehen, welches den Bypass freigibt und verschließt. Somit kann insbesondere eine Leerlauf-Luftzumessung der Brennkraftmaschine über den Bypass geregelt werden. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine ist eine Reduzierung von Abgasschadstoffen. Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht somit eine erhebliche Kostenreduktion und eine erhöhte Robustheit, wobei eine besonders kompakte Bauform mit wenigen Einzelteilen erreicht wird.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Bevorzugt ist die Einspritzvorrichtung vollständig in einem Saugrohr der Brennkraftmaschine angeordnet. Dies ermöglicht einen besonders kompakten Aufbau.
Vorzugsweise ist die Einspritzvorrichtung im Saugrohr nahe oder direkt an einem Einlassventil der Brennkraftmaschine angeordnet. Hierdurch kann eine besonders verlässliche Reduktion von Schadstoffen erreicht werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Brennkraftmaschine einen Sensor zur Erfassung einer Temperatur und/oder eines Saugrohrdrucks, wobei der Sensor im Saugrohr an einer Position zwischen der Einspritzvorrichtung und dem Einlassventil angeordnet ist. Hierdurch können mittels dieses Sensors entsprechende Werte aufgenommen werden und für eine Steuerung der Einspritzvorrichtung und insbesondere des Bypasses verwendet werden.
Um einen besonders kompakten Aufbau bereitzustellen, umfasst die Einspritzvorrichtung eine Kraftstoffpumpe, einen Injektor und einen Luftsteller, um ein kleinbauendes und kompaktes, integrales Modul bereitzustellen. Die Kraftstoffpumpe, der Injektor und der Luftsteller sind in der Einspritzvorrichtung integriert.
Um eine weitere Vereinfachung in der Einspritzvorrichtung bereitzustellen, ist das Schließelement gleichzeitig mit einem Kolben der Kraftstoffpumpe über einen gemeinsamen Aktuator betätigbar. Als Aktuator wird vorzugsweise ein elektromagnetischer Aktuator verwendet, der besonders kostengünstig ist.
Vorzugsweise wird als Trennelement eine durchlässige Membran verwendet. Alternativ kann ein perforiertes Material aus Kunststoff oder Metall, z. B. aus einem Saugrohrmaterial, oder ein Filterelement verwendet werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist das Trennelement an der Einspritzvorrichtung befestigt. Besonders bevorzugt ist eine Öffnung des Bypasses der Einspritzvorrichtung derart angeordnet, dass die Öffnung auf einer Mittelachse des Saugrohrs und insbesondere auch auf einer Mittelachse der Einspritzvorrichtung liegt.
Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine wird vorzugsweise bei Kleinbrennkraftmaschinen, umfassend genau einen oder genau zwei Zylinder, verwendet. Einsatzgebiete sind hierbei beispielsweise motorisierte Zweiräder oder Rasenmäher oder stationäre Stromerzeugungsgeräte.
Zeichnung
Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
1 eine schematische Ansicht einer Brennkraftmaschine gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
2 eine vergrößerte Ansicht eines Saugrohrabschnitts der in 1 gezeigten Brennkraftmaschine.
Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 und 2 eine Brennkraftmaschine 1 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
Wie aus 1 ersichtlich ist, ist die Brennkraftmaschine 1 dieses Ausführungsbeispiels eine Ein-Zylinder-Maschine mit einem Tank 2, einem Saugrohr 5, einem Brennraum 6 und einem Kolben 7. Am Brennraum 6 ist ein Einlassventil 8 und ein Auslassventil 15 angeordnet. Eine Zündkerze ist mit dem Bezugszeichen 9 bezeichnet. Ferner umfasst die Brennkraftmaschine 1 eine Einspritzvorrichtung 20, welche vollständig im Saugrohr 5, genauer in einem erweiterten Bereich 5a des Saugrohrs 5 kurz vor dem Einlassventil 8 angeordnet ist. Die Einspritzvorrichtung 20 ist über eine Kraftstoffzuleitung 3 mit dem Tank 2 verbunden und ferner ist eine Kraftstoffrückleitung 4 von der Einspritzvorrichtung 20 zum Tank 2 vorgesehen.
Weiterhin umfasst die Brennkraftmaschine 1 ein Steuergerät 10, welches Signale von verschiedenen Sensoren empfängt und mit der Einspritzvorrichtung 20 verbunden ist, um die Einspritzung zu regeln. Wie aus 1 ersichtlich ist, ist ein Temperatur- und Saugrohrdruck-Sensor 11 am Saugrohr 5 an einem Bereich zwischen der Einspritzvorrichtung 20 und dem Einlassventil 8 angeordnet. Weiterhin ist ein Öltemperatursensor 12, ein Kurbelwellensensor 13 und ein Sauerstoffsensor 14 an einer Abgasleitung 16 vorgesehen.
Die Einspritzvorrichtung 20 ist ein kompaktes Bauteil und umfasst einen Injektor, eine Kraftstoffpumpe und einen Luftsteller, welche eine kompakte integrale Einheit bilden. Die Einspritzvorrichtung 20 kann somit als ein kompaktes Bauteil komplett vormontiert werden und muss dann lediglich in das Saugrohr 5 eingebaut werden.
2 zeigt einen stromaufwärts gerichteten Teil der Einspritzvorrichtung 20, insbesondere des Luftstellers der Einspritzvorrichtung 20. Wie aus 2 ersichtlich ist, umfasst die Brennkraftmaschine ferner ein Trennelement 21 in Form einer luftdurchlässigen Membran, welche einerseits am Innenumfang des Saugrohrs 5 und andererseits an der Einspritzvorrichtung 20 befestigt ist. Das Trennelement 21 ist somit ein im Wesentlichen ringförmiges Teil, welches gemeinsam mit der Einspritzvorrichtung 20 das Saugrohr 5 in einen ersten Bereich 51 und einen zweiten Bereich 52 unterteilt. Der erste Bereich 51 liegt dabei stromaufwärts des Trennelements 21 und der zweite Bereich 52 liegt stromabwärts des Trennelements 21. Entsprechend der gewählten Durchlässigkeit des Trennelements 21 kann somit immer eine gewisse Mindestmenge an angesaugter Luft durch das Trennelement 21 hindurchgeführt und in den Brennraum eingesaugt werden. Das Trennelement 21 ist am Saugrohr 5 an einer Position angeordnet, an welcher sich das Saugrohr 5 noch nicht erweitert
Wie weiter aus 2 ersichtlich ist, ist die Einspritzvorrichtung 20 auf einer Mittelachse X-X des Saugrohrs 5 angeordnet, wobei eine Mittelachse der Einspritzvorrichtung 20 ebenfalls auf dieser Mittelachse X-X liegt. Der Luftsteller der Einspritzvorrichtung 20 umfasst einen Bypass 22 sowie einen Aktuator 23. Der Aktuator 23 ist ein elektromagnetischer Aktuator und umfasst einen Kolben 26, einen Anker 27, eine Spule 28 und ein Flussleitstück 29. Der Aktuator 23 ist dabei derart ausgelegt, dass er gleichzeitig auch eine Kraftstoffpumpe (in 2 nicht im Detail dargestellt) betätigt, welche sich in Axialrichtung X-X unmittelbar an den Luftsteller anschließt. Weiterhin ist ein Rückstellelement 30 vorgesehen, um den Kolben 26 wieder in die in 2 gezeigte geschlossene Ausgangsposition zurückzustellen. Der Bypass 22 umfasst einen ersten Kanal 24 und einen zweiten Kanal 25. Der erste Kanal 24 mündet dabei in einen Raum 31, in welchem auch der Kolben 26 angeordnet ist. Der zweite Kanal 25 geht von diesem Raum 31 ab. Der zweite Kanal 25 mündet dabei im zweiten Bereich 52 stromabwärts des Trennelements 21. Der erste Kanal 24 weist eine Öffnung 24a auf, welche mit dem ersten, stromaufwärts des Trennelements 21 liegenden Bereich 51 in Kontakt ist. Somit kann in den ersten Kanal 24 die angesaugte Luft einströmen. Der Bypass 22 stellt somit eine Umgehung des Trennelements 21 dar und ermöglicht bei einer Offenstellung des Kolbens 26, dass Luft über den Bypass vom ersten Bereich 51 direkt zum zweiten Bereich 52 strömen kann. Hierdurch kann beispielsweise eine Leerlaufluftzumessung gesteuert werden. Über eine durch die Steuereinheit 10 bestimmte Öffnungsdauer des Bypasses kann die so über den Bypass zugeführte Luftmenge geeignet gesteuert werden. Hierbei sei angemerkt, dass die Steuereinheit 10 ferner vorzugsweise derart ausgelegt ist, dass sie eine über den Kurbelwellensensor 13 erfasste Drehzahl auswertet und, basierend auf dieser Auswertung, den Luftsteller mehr oder weniger lang öffnet, um eine Abweichung von einer gewünschten Solldrehzahl auszugleichen.
Es sei ferner angemerkt, dass es alternativ auch möglich ist, dass die Einspritzvorrichtung 20 derart angeordnet ist, dass sie eine Direkteinspritzung in den Brennraum 6 ermöglicht. Weiter alternativ kann die Einspritzvorrichtung auch unmittelbar vor dem Einlassventil angeordnet werden, so dass eine Quasi-Direkteinspritzung in den Brennraum 6 erreicht wird. Weiterhin wird die Erfindung bevorzugt bei einzylindrigen Brennkraftmaschinen verwendet. Es ist jedoch auch denkbar, dass die Erfindung bei Zweizylindermaschinen oder Mehrzylindermaschinen verwendet wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- EP 1340906 [0003]

Claims

Brennkraftmaschine, umfassend: – ein Saugrohr (5), – eine kompakte Einspritzvorrichtung (20) mit einem integrierten Luftsteller, – ein teilweise durchlässiges Trennelement (21), welches im Saugrohr (5) angeordnet ist und das Saugrohr in einen ersten Bereich (51) und einen zweiten Bereich (52) unterteilt, – einen Bypass (22), welcher eine Verbindung vom ersten Bereich (51) zum zweiten Bereich (52) herstellt, wobei der erste Bereich (51) stromaufwärts der Trennfläche (21) liegt und der zweite Bereich (52) stromabwärts der Trennfläche (21) liegt, wobei der Bypass (22) durch die Einspritzvorrichtung (20) geführt ist, – ein Schließelement (26), welches im Bypass (22) angeordnet ist, um den Bypass (22) freizugeben und zu verschließen, und – eine Steuereinheit (10), welche ausgelegt ist, das Schließelement (26) zu betätigen.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzvorrichtung (20) vollständig im Saugrohr (5) angeordnet ist.
Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzvorrichtung (20) nahe oder direkt vor einem Einlassventil (8) angeordnet ist.
Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend einen Sensor (11) zur Erfassung einer Temperatur und/oder eines Saugrohrdrucks, wobei der Sensor (11) am Saugrohr in einem Abschnitt zwischen dem Einlassventil (8) und der Einspritzvorrichtung (20) angeordnet ist.
Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzvorrichtung ein kompaktes Modul, umfassend den Luftsteller, eine Kraftstoffpumpe und einen Injektor ist.
Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließelement (26) gleichzeitig mit einem Kolben der Kraftstoffpumpe mittels eines gemeinsamen Aktuators (23) betätigbar ist.
Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (21) eine durchlässige Membran ist.
Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (21) an der Einspritzvorrichtung (20) befestigt ist.
Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Öffnung (24a) des Bypasses (22) auf einer Mittelachse (X-X) des Saugrohrs (5) angeordnet ist.
Brennkraftmaschine umfassend genau einen oder genau zwei Zylinder.