DE19631287A1 - Kraftstoffpumpvorrichtung für Zweitaktmotoren mit einer zusätzlichen Antriebseinheit - Google Patents

Kraftstoffpumpvorrichtung für Zweitaktmotoren mit einer zusätzlichen Antriebseinheit

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Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht von einer Kraftstoffpumpvorrichtung für eine nach dem Zweitaktprinzip arbeitende Verbrennungskraft­ maschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aus.
Eine derartige Kraftstoffpumpvorrichtung ist aus der DE 37 27 266 A1 bekannt. Diese Druckschrift beschreibt eine Membrankolbenpumpe, die Kraftstoff zum Betrieb einer Ein­ spritzvorrichtung fordert und verdichtet. Dazu wird der Mem­ brankolbenpumpe aus einem Kraftstofftank über eine Vorförder­ pumpe der Kraftstoff zugeführt. Der dort verdichtete Kraft­ stoff wird zum Einspritzventil gefördert. Die Membrankolben­ pumpe erhält ihren Antrieb von der aus dem Kurbelgehäuse der Verbrennungskraftmaschine abgeleiteten Impulsluft. Hierfür sitzt auf dem den Kraftstoff verdichtenden Kolben eine Mem­ brane, die auf der dem Kolben abgewandten Seite von der Im­ pulsluft beaufschlagt wird. Der im Kurbelgehäuse während eines Arbeitstaktes entstehende Überdruck betätigt den Verdichtungs­ kolben. Den Rückhub des Verdichtungskolbens übernimmt eine me­ chanische Feder in Kombination mit dem Kurbelgehäuseunterdruck im Verdichtungstakt des Zweitakters.
In der DE 41 25 593 A1 wird eine vergleichbare Membrankol­ benpumpe für eine Kraftstoffeinspritzung beschrieben, bei der der Rückhub des Verdichtungskolbens über ein Blattfederpaket erfolgt. Die Federrate des Blattfederpakets ist mechanisch mittels einer Stellschraube veränderbar.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Kraftstoffpumpvorrichtung beinhaltet min­ destens eine Membrankolbenpumpe bei der der Impulsluftanschluß in einen zwischen der Membrane und dem Pumpenkolben liegenden Gehäuseraum mündet. Auf jede Seite der Membrane wirkt minde­ stens ein Federelement, wobei sich das im Gehäuseraum angeord­ nete Federelement über den separaten Pumpenkolben an der Mem­ brane abstützt. Bei dieser Konstruktionsvariante steht die Im­ pulsluft unmittelbar mit dem Pumpenkolben in Verbindung. Das hat zum einen den Vorteil, daß die vom Kurbelgehäuse einströ­ mende, ölhaltige Impulsluft die bewegten Teile in diesem Ge­ häuseabschnitt schmiert, so daß die Federauflagen und die Dichtung zwischen dem Pumpenkolben und dem ihn führenden Ge­ häuseteil weniger verschleißen. Zum anderen wird im Falle ei­ ner Leckage zwischen dem Pumpenkolben und dem ihn führenden Gehäuseteil der dort aus tretende Kraftstoff während des Ver­ dichtungshubs des Zweitakters abgesaugt. Der Kraftstoff ge­ langt also nicht wie bei den bekannten Membrankolbenpumpen ins Freie.
Zusätzlich ist die Kraftstoffpumpvorrichtung mit einer An­ triebseinheit ausgestattet, die sie zumindest in der Anlaß- und/oder Leerlaufphase unterstützt. Die Antriebseinheit wirkt mittels eines synchron zur Druckpulsation der im Kurbelgehäuse eingeschlossenen Gasmenge oszillierenden Vorspannstößels über die Membrane auf den Pumpenkolben. Dadurch wird zumindest bei Start- und/oder Leerlaufdrehzahl, also bei niedriger Druckpul­ sation ein für die Funktion des Zweitaktmotors minimal erfor­ derlicher Einspritzdruck erzeugt.
Die Antriebseinheit kann beispielsweise ein Permanentmagnet­ generator sein, der jeweils zum richtigen Zeitpunkt dem Magne­ ten die notwendige Energie zuführt. Die dynamische Abstimmung des elektromagnetischen Stellers erfolgt vorzugsweise im Hin­ blick auf die optimale Funktion bei Start bzw. Leerlauf. Bei höherer Motordrehzahl wird die elektrische Unterstützung nicht mehr benötigt. Die Druckpulsation reicht dann aus, um den mi­ nimalen Einspritzdruck zu erzeugen.
Selbstverständlich kann sich der Vorspannstößel der An­ triebseinheit auch an dem einzigen Federelement abstützen, das u. a. den Verdichtungshub des Pumpenkolbens bewirkt.
Des weiteren besteht bei der hier vorgestellten Membrankolben­ pumpe keine starre, mechanische Verbindung zwischen dem Pum­ penkolben und der mit Impulsluft beaufschlagten Membrane bzw. ihrem Membranteller. Der Hub der Membrane wird seitenkraftfrei auf den Pumpenkolben übertragen. Auch das mindert den Ver­ schleiß der Pumpe.
Die Membrankolbenpumpe kann mit einem Handtaster ausgerüstet werden. Dazu wird beispielsweise der Vorspannstößel der elek­ trischen Antriebseinheit aus dem gegenüber der Rückseite der Membrane liegenden Gehäuseteil in Form eines Handtasters her­ ausgeführt. Ein Drücken des Handtasters bewirkt einen Verdich­ tungshub des Pumpenkolbens. Auf diese Weise kann z. B. bei Zweitaktkleinmotoren, wie sie in handgeführten Arbeitsgeräten verwendet werden, nach einer vollständigen Kraftstofftankent­ leerung oder nach einer längeren Stillstandszeit die Ein­ spritzleitung und das Einspritzventil vorbefüllt werden, so daß der Anlaßvorgang verkürzt wird.
Die beschriebene Membrankolbenpumpe ist so aufgebaut, daß die Ventile und die Verdichtungskammer von den Bauteilen trennbar sind, die die Membrane umfassen und den Pumpenkolben führen. Das erleichtert zum einen die Wartung und Reparatur und zum anderen die Fertigung.
Zeichnung
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nach­ folgenden Beschreibung einer schematisch dargestellten Ausfüh­ rungsform:
Fig. 1 Kraftstoffpumpvorrichtung für eine Direktein­ spritzung.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Fig. 1 zeigt das Funktionsschema einer Kraftstoffpump­ vorrichtung für ein Direkteinspritzsystem, wie es bei Zweitaktern verwendet werden kann. Der Kraftstoffdruck wird mit einer Membrankolbenpumpe (10) erzeugt. Die Membran­ kolbenpumpe (10) saugt über ein innerhalb eines Pumpen­ gehäuses (11) angeordnetes Saugventil (61) den Kraftstoff beispielsweise über einen Filter (2) aus einem Kraftstoff­ tank (1). Der angesaugte Kraftstoff gelangt in eine Verdichtungskammer (51), in die ein Pumpenkolben (22) ein­ taucht. Der dort verdrängte Kraftstoff strömt über ein Druck­ ventil (71) in einen Kraftstoffdruckspeicher (73) und zu einem beispielsweise elektrisch gesteuerten Einspritzventil (5). Auf der Druckseite entweicht ggf. ein Teil des Kraftstoffs über ein Druckbegrenzungsventil (80) z. B. in den Kraft­ stofftank (1).
Der Pumpenkolben (22) ragt mit seinem hinteren Ende in den Raum (13) des Pumpengehäuses (11), der pneumatisch an das Kur­ belgehäuse der nach dem Zweitaktprinzip arbeitenden Verbren­ nungskraftmaschine angeschlossen ist. In diesem Impulsluft­ raum (13) wird der Pumpenkolben (22) über ein Federele­ ment (15) gegen eine mit einem Membranteller (42) verstärkte Membrane (41) gedrückt. Auf der Rückseite der Membrane (41) liegt umschlossen von einem Gehäusedeckel (31) ein Umgebungs­ luftraum (33), in dem zwei weitere Federelemente (35) und (94) angeordnet sind. Beide Federelemente (35, 94) wirken dem ande­ ren Federelement (15) entgegen. Die vorgespannten Federele­ mente (15, 35, 94) halten die Membrane (41) in einer Mittel­ lage, sofern beidseits der Membrane (41) der gleiche Luftdruck anliegt und eine am Gehäusedeckel (31) angeordnete An­ triebseinheit (90) abgeschaltet in einer Ruheposition ist.
Die Antriebseinheit (90) ist ein Hubmagnet, der als Anker einen Vorspannstößel (91) aufweist. Der Vorspannstößel (91), der im Gehäusedeckel (31) koaxial zum Pumpenkolben (22) ange­ ordnet ist, besteht aus einem Schaft (92) und einer Joch­ platte (93). Der Schaft (92) wirkt direkt auf das Federele­ ment (94). Um ihn herum ist eine Wicklung (96) in einem Scha­ lenkern (95) angeordnet.
Bei laufendem Zweitaktmotor strömt die Impulsluft mit Über­ druck in den Impulsdruckraum (13) und bewegt die Membrane (41) nach unten, wobei das Federelement (15) den Pumpenkolben (22) der Membrane (41) nachführt und das Federelement (35) weiter gespannt wird. Die Membrankolbenpumpe (10) saugt über ein Saugventil (61) Kraftstoff in die Verdichtungskammer (51). So­ bald der Überdruck abfällt schieben die sich teilweise ent­ spannenden Federelemente (35, 94) den Pumpenkolben (22) in die Verdichtungskammer (51) hinein. Der Kraftstoff strömt über das Druckventil (71) rum Einspritzventil (5) und/oder zum Kraft­ stoffdruckspeicher (73). Der Verdichtungshub geht über die Mittellage der Membrane (41) hinaus, da sich gegen Hubende der nun im Kurbelwellengehäuse vorherrschende Unterdruck auf die Membrane (41) auswirkt. Die Membrane (41) wird nach oben ge­ saugt.
Mit dem Ansteigen des Impulsluftdrucks wiederholt sich die Pumpbewegung des Pumpenkolbens (22).
Zumindest in der Anlaß- oder Leerlaufphase des Zweitaktmotors wird die Wicklung (96) synchron zum Verdichtungstakt bestromt. Hierbei wird die Jochplatte (93) gegen den Schalenkern (95) gezogen, wodurch der Vorspannstößel (91) das Federelement (94) gegen die Membrane (41) spannt und somit den Verdichtungshub des Pumpenkolbens (22) zusätzlich unterstützt.
Die Bestromung der Wicklung wird durch eine Steuerung (99) veranlaßt. Das Signal zur Bestromung gibt ein Drucksen­ sor (97), der beispielsweise mit dem Impulsluftanschluß (14) pneumatisch in Verbindung steht.

Claims (6)

1. Kraftstoffpumpvorrichtung für Zweitaktmotoren mit einem mindestens einteiligen Gehäuse, an dem ein mit dem Kurbel­ gehäuse des Zweitaktmotors pneumatisch verbundener Impulsluft­ anschluß, ein Kraftstoffsauganschluß und ein Kraftstoffdruck­ anschluß angeordnet ist, in dem eine mit Impulsluft beauf­ schlagte Membrane einen Pumpenkolben antreibt, wobei im Pum­ pensaughub am Kraftstoffsauganschluß zulaufender Kraftstoff über ein Rückschlagventil in die vor dem Pumpenkolben liegende Verdichtungskammer angesaugt wird und im Druckhub über ein weiteres Rückschlagventil in den Kraftstoffdruckanschluß ge­ pumpt wird, dadurch gekennzeichnet,
  • - daß der Impulsluftanschluß (14) in einen zwischen der Mem­ brane (41) und dem Pumpenkolben (22) liegenden Gehäuse­ raum (13) mündet,
  • - daß auf jede Seite der Membrane (41) mindestens ein Feder­ element (15, 35) wirkt, wobei sich das im Gehäuseraum (13) angeordnete Federelement (15) über den separaten Pumpenkol­ ben (22) an der Membrane (41) abstützt und
  • - daß sich das in einem auf der Rückseite der Membrane (41) liegende Gehäuseraum (33) angeordnete Federelement (35) oder ein dazu parallel geschaltetes Federelement (94) zumindest bei niedriger Motordrehzahl an einem beim Verdichtungshub des Pumpenkolbens (22) in Verdichtungsrichtung wirkenden Vorspannstößel (91) einer fremdbetätigten Antriebsein­ heit (90) abstützt.
2. Kraftstoffpumpvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Antriebseinheit (90) ein Elektromagnet ist.
3. Kraftstoffpumpvorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Elektromagnet (90) eine Wicklung (96) hat, die in einem Schalenkern (95) angeordnet ist.
4. Kraftstoffpumpvorrichtung gemäß Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromagnet (90) als Vorspannstö­ ßel (91) einen Anker hat, der aus einem zylindrischen Schaft (92) und einer daran angeordneten, scheibenförmigen Jochplatte (93) gebildet ist.
5. Kraftstoffpumpvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromagnet (90) über eine Steuerung (99) während des Pumpenverdichtungshubs im Takt der Druckpulsation im Kurbelgehäuse des Zweitaktmotors erregt wird, wobei der Takt über einen Drucksensor (97), die Zündein­ richtung oder ein Bezugsmarkensignal an der Kurbelwelle erfaßt wird.
6. Kraftstoffpumpvorrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Drucksensor (97) im Kurbelgehäuse des Zweitaktmotors, der pneumatischen Leitung zum Gehäuseraum (13) oder im Gehäuseraum (13) selbst angeordnet ist.
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