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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine elektrisch betriebene Treibstoffeinspritz-Vorrichtung
und insbesondere eine Treibstoffeinspritz-Vorrichtung, die durch elektromagnetische
Spulen angetrieben wird.
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Die
Erfindung betrifft im Einzelnen eine elektrisch betriebene Treibstoffeinspritz-Vorrichtung,
umfassend: ein Treibstoffaufnahmemittel, ein Treibstoff-Pumpmittel
und ein Treibstoff-Einspritzmittel, wobei der Treibstoff, der mittels
des Treibstoffaufnahmemittels eingeführt wird, durch die Treibstoff-Pumpmittel
gepumpt wird und von dem Treibstoff-Einspritzmittel herausgespritzt wird,
wobei das Treibstoff-Pumpmittel eine Arbeitsspule, eine Rücklaufspule,
die koaxial angeordnet sind, und einen Druckkolben beinhaltet, der
durch die elektromagnetischen Felder angetrieben wird, die von den
Spulen induziert werden, und wobei der Druckkolben durch die elektromagnetische
Spule, die durch die Arbeitsspule gebildet wird, nach vorne getrieben
wird, um den Treibstoff von dem Treibstoff-Einspritzmittel herauszuspritzen,
und durch die elektromagnetische Spule zurückgeholt wird, die durch die
Rücklaufspule
gebildet wird.
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Die
Dokumente EP-A-0 756 080 und WO-A 91/11846 betreffen ebenfalls elektrisch
betriebene Treibstoffeinspritz-Vorrichtungen, die Ähnlichkeiten mit
den oben angegebenen Merkmalen aufweisen.
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Des
Weiteren wird bei zwei anderen Typen bekannter elektrisch betriebener
Treibstoffeinspritz-Vorrichtungen Folgendes festgestellt: In einem der
beiden Typen dient das elektronische System lediglich zur Steuerung
des Öffnens
und des Schließens
der Treibstoff-Einspritzeinrichtung und der Einspritzdruck wird
vollständig
durch ein anderes System bereitgestellt, das ein mechanisches System oder
eine elektrische Treibstoffpumpe sein könnte. Der andere Typ ist ein
System, bei dem eine Kolbenpumpe durch eine elektromagnetische Kraft
periodisch angetrieben wird und durch ein elektronisches System
gesteuert wird, um einen Einspritzdruck in der Weise zu erzeugen,
dass eine Impulseinspritzung erfolgt. Als ein Beispiel des ersten
Typs kann das elektronische Treibstoff-Einspritzsystem (EFI-System), das in Viertakt-Benzinmotoren
verwendet wird und das elektrisch gesteuerte Hochdruck-Treibstoff-Einspritzsystem
mit gemeinsamer Treibstoffleitung, das bei schnellen Dieselmotoren verwendet
wird, genannt werden (siehe Kap. VI, Internal Combustion Engine, übersetzt
von Zhou Longbao, veröffentlicht
durch Press of Engineering Industry, 1998, Beijing). Als ein Beispiel
des zweiten Typs kann das Treibstoff-Einspritzsystem genannt werden, das
von Ficht, Inc., Deutschland entwickelt wurde und nach dem Prinzip
der Festkörperenergiespeicherung
arbeitet (siehe US-Patent
Nr. 5.469.828, das 1995 veröffentlicht
wurde, und die CN-Patentanmeldung
Nr. 96194815.9, die 1998 veröffentlicht
wurde). Die wesentlichen Nachteile des ersten Typs sind seine Komplexität und hohe
Kosten. Es kann deswegen schwer bei Motoren angewendet werden, wenn
die Kosten begrenzt sind, wie etwa bei Motorrädern. Der zweite Typ hat einen
einfachen Aufbau und geringe Kosten, es wird jedoch herkömmlich eine
einzelne elektromagnetische Spule verwendet, um den Druckkolben
in der Vorwärtsrichtung
anzutreiben, wobei die Rückkehr
des Druckkolbens auf Federkraft beruht. Demzufolge muss ein Teil
der elektromagnetischen Antriebskraft in der Vorwärtsrichtung
den Widerstand der Feder überwinden
und die Bewegungscharakteristiken des Druckkolbens hängen stark
von der Steifigkeit und der Vorspannungskraft der Feder ab. Deswegen
ist die maximale Betriebsfrequenz des Treibstoff-Einspritzsystems begrenzt und der Einspritzdruck
ist verhältnismäßig niedrig.
Es ist daher schwierig, derartige Einspritzsysteme bei schnellen Motoren,
wie etwa der Motor von Motorrädern,
zu verwenden.
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Des
Weiteren offenbart das Patent US-A-4.252.505 eine Pumpe mit einem
separaten Anker und einem Stempel. Der Anker und der Stempel werden
in Kontakt gehalten. Es erfolgt keine Angabe, sie gemäß eines
Vorwärts-
oder eines Rückwärtsantriebs
des Druckkolbens in Kontakt oder getrennt zu halten. Die Spulen
werden ferner auf eine andere Weise verwendet, so dass die Spulen
nicht als definierte Arbeitsspule und Rücklaufspule betrachtet werden.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Aus
dem oben Erwähnten
folgt, dass es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine
elektrisch betriebene Treibstoffeinspritz-Vorrichtung mit einer
größeren Betriebsfrequenz
und einem ausreichend großen
Einspritzdruck zu schaffen, die die Anforderungen eines schnellen
Motors erfüllt.
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Die
oben genannte Aufgabe wird gelöst durch
die oben genau erläuterte
elektrisch betriebene Treibstoffeinspritz-Vorrichtung, bei der:
die
Arbeitsspule und die Rücklaufspule
durch PWM-Spannungs-Stromwellen
angetrieben werden,
und wobei der oben angegebene Druckkolben
einen Anker und einen Stempel umfasst die zwei getrennte Komponenten
sind, aus unterschiedlichen Materialien gefertigt sind und gemäß dem Vorwärtsantrieb oder
Rückwärtsantrieb
des Druckkolbens in Kontakt gehalten oder getrennt werden.
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Die
Richtungen der Ströme
werden so gesteuert, dass die magnetischen Felder, welche durch den
Druckkolben verlaufen, gleichsinnig oder gegensinnig gehalten werden.
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Der
Stempel besitzt vorzugsweise eine im Wesentlichen zylindrische Form
mit einem mittleren Treibstoffkanal, der durch ihn verläuft, und
eine Schulter auf dem vorderen Ende, um die Ausgangsposition des
Stempels zu begrenzen. Zwischen dem getrennten Stempel und dem Anker
befindet sich ein Ventil, das den Treibstoffkanal verschließt und durch den
Anker gesteuert wird. Der Körper
des Ventils kann eine Kugel und auf dem vorderen Ende des Ankers
angebracht, z. B. in den Anker eingebettet sein. Ein Abstandshalter
kann zwischen dem Kugelventil und dem Anker angeordnet sein und
ein Ventilsitz, der z. B. eine konische Oberfläche besitzt, kann am hinteren
Ende des Stempels angeordnet sein. Die Form des Ankers ist im Wesentlichen
zylindrisch mit einem axialen Durchgangsloch oder einer Durchgangsrille.
Eine Nabe ist an der Vorderseite des Ankers vorgesehen, in der das
Kugelventil eingebettet ist. In dem mittleren Abschnitt des Ankers
befindet sich ein Materialausschnitt, d. h. eine Umfangsrille. Die
Bewegung des Ankers ist in einer Ankerkammer begrenzt. Die Vorderseite
des Ankers befindet sich konstant innerhalb/nahe an dem magnetischen
Spalt der magnetischen Spule des Vorwärtsantriebs. Die Heckseite
des Ankers befindet sich konstant innerhalb/nahe an dem magnetischen
Spalt der magnetischen Spule des Rückwärtsantriebs. Die Elemente, die
die Wand der Ankerkammer bilden, enthalten elektromagnetische Elemente,
die z. B. aus reinem Eisen, Stahl mit geringem Kohlenstoffanteil
usw. gefertigt sind, gleitend in den Anker eingesetzt sind, sowie
nicht magnetisierte oder schwach elektromagnetische Elemente, die
z. B. aus Kupfer, rostfreier Stahl usw. gefertigt sind, und in den
Anker gleitend oder mit Abstand eingesetzt sind.
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Die
erfindungsgemäße Treibstoff-Einspritzvorrichtung
kann ferner durch ein elastisches Element zur Energiespeicherung
modifiziert sein, das in dem hintersten Abschnitt der Ankerkammer
angeordnet ist und dessen Deformation sehr gering ist. Das elastische
Element kann z. B. ein gekrümmtes
Metallblatt oder eine spiralförmige
Drahtfeder sein.
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Das
Treibstoffaufnahmemittel der erfindungsgemäßen Treibstoff-Einspritzvorrichtung
enthält
eine Umfangsrille, die an dem Hohlraumkörper vorgesehen ist, ein Einwege-Ventil,
einen Treibstoffeinlass, der an dem Gehäuse angeordnet ist, und einen
Treibstoff-Rücklaufmechanismus.
Der Auslass des Einwege-Ventils steht mit einer Druckkammer in Verbindung
und sein Einlass steht mit der Umfangsrille in Verbindung. Außerdem kann
ein Kanal, der die Ankerkammer mit der Umfangsrille verbindet, an
dem Hohlraumkörper
vorgesehen sein, um einen massiven Treibstoffrücklauf zu ermöglichen.
Zwischen der Ankerkammer und dem Treibstoff-Rücklaufauslass kann
ein hinteres Element mit einem Durchgangsloch angeordnet sein, bei
dem über
das Durchgangsloch oder Rillen an der Anker eine Verbindung mit
der Ankerkammer aufrechterhalten wird. Das hintere Element kann
außerdem
aus einem hartmagnetischen oder permanentmagnetischen Material gefertigt
sein. Zum Ersetzen des Niederdruck-Treibstoffzufuhrmittels kann
in dem Treibstoff-Rücklaufkreis
oder dem hinteren Element ein Einwege-Ventil für den Treibstoff-Rücklauf vorgesehen
sein, um zwangsläufig eine
ausreichend große
Menge von Rücklauf-Treibstoff
zu erzeugen, indem die Rücklaufwirkung
des Druckkolbens verwendet wird.
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Das
Treibstoff-Einspritzmittel der erfindungsgemäßen Treibstoff-Einspritzvorrichtung
umfasst ein Treibstoff-Förderventil,
einen Hochdruck-Treibstoffdurchlass
und eine Zerstäuberdüse. Das
Treibstoff-Förderventil
umfasst einen Ventilkörper,
einen Ventilsitz und eine Feder. Der Ventilkörper kann sphärisch sein
und der Ventilsitz kann eine asymmetrisch gekrümmte Oberfläche sein; oder der Ventilkörper kann
ein planares Blatt sein und der Ventilsitz kann ein O-Ring sein.
Der Hochdruck-Treibstoffdurchlass
kann ein Loch zum Anbringen der Zerstäuberdüse in dem Hohlraumkörper sein
oder kann eine innere Bohrung einer Hochdruck-Treibstoffleitung sein, die das Treibstoff-Förderventil
mit der Zerstäuberdüse verbindet.
Die Zerstäuberdüse kann
einen Düsenkörper, einen
Nadelschaft und eine Feder umfassen, der Konusabschnitt in dem Vorderabschnitt des
Nadelschaftes einen Ventilkörper
bildet, die konische Oberfläche
des Ventilkörpers
einen Ventilsitz bildet und der Düsenkörper mit einem oder mehreren Treibstoffeinlässen und
einen oder mehreren Durchlässen
versehen ist. Die Ventilkappe und der Ventilschaft sind zu einem
Element integriert und der axiale Spalt zwischen dem Düsenkörper und
der Ventilkappe bildet den maximalen hub des Nadelventils.
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Gemäß der oben
genannten technischen Lösung
werden die Vorwärtsbewegung
und die Rückwärtsbewegung
des Druckkolbens jeweils durch Elektroimpulssignale gesteuert, die
für eine
elektromagnetische Betätigung
von außen
eingegeben werden. Während
einer Periode in der Vorwärtsbewegung
oder der Rückwärtsbewegung
trifft der Druckkolben auf einen Widerstand von nahezu null. Demzufolge
können
die Beschleunigung und die Geschwindigkeit während der Vorwärts-Injektionsperiode
und/oder der Rücklaufperiode
sehr groß sein.
In einer sehr kurzen Zeit von beispielsweise 2 Millisekunden kann
der Druckkolben eine ausreichende kinetische Energie aufnehmen,
um den Treibstoff in der Druckkammer zusammenzupressen. Dadurch kann
der Treibstoff-Einspritzdruck sehr groß sein und es können sehr
große
Betriebsfrequenzen von z. B. 150 Hz erreicht werden.
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Die
folgenden technischen Merkmale begünstigen die Zuverlässigkeit
der Vorrichtung, wenn sie bei hohen Frequenzen betrieben wird. Die
koaxiale Anordnung der Arbeitsspule und der Rücklaufspule hat eine kompakte
Struktur der Vorrichtung zur Folge. Das Durchgangsloch oder die
Durchgangsrille, die an dem Anker in axialen Richtung vorgesehen sind,
verringern den Strömungswiderstand,
der sich aus dem Treibstoff ergibt, der relativ zum Anker strömt, in einem
solchen Umfang, dass der Widerstand ignoriert werden könnte. Die
Gleitpassung oder die Spielpassung zwischen dem Anker und der Ankerkammer
stellt sicher, dass die Bewegung des Ankers nicht durch Festkörperreibung
beeinflusst wird.
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Die
Umfangsrille in dem mittleren Abschnitt des Ankers ist vorhanden,
um die bewegliche Masse des Druckkolbens einzustellen. Das elastische
Element zur Energiespeicherung kann verhindern, dass der Anker an
der Heckseite der Ankerkammer adsorbiert wird.
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In
Abhängigkeit
von dem Aufbau der Treibstoff-Einspritzvorrichtung und der Betriebsumgebung bei
ihrer typischen Anwendung sind die Blasen in dem Treibstoff ein
wichtiger Faktor, der die Betriebszuverlässigkeit und die kalibrierte
Injektionsmenge pro Zyklus beeinflusst. Der Raum, der von dem Treibstoff
eingenommen wird, umfasst die Druckkammer, die Ankerkammer, den
Hochdruck-Durchlass usw. die in der Druckkammer und dem Hochdruck-Durchlass
erzeugten Blasen beeinträchtigen
den Betrieb des Systems am stärksten.
Der Hochdruck-Durchlass bezeichnet den Raum, in dem Treibstoff zwischen
der Druckkammer und der Injektionsdüse strömt. Die Ankerkammer ist der
Raum, der für
die Hubbewegung des Ankers erforderlich ist. Die Blasen ergeben
sich hauptsächlich
aus: Restluft; die Verdampfung eines Teils des Treibstoffs in dem Hochdruck-Durchlass
und/oder Druckkammer durch die Wärme,
die von außen,
wie etwa die Verbrennungskammer, übertragen wird; die Verdampfung
eines Teils des Treibstoffs in der Ankerkammer durch Reibungswärme und/oder
während
durch elektrischen Widerstand, die durch die Spule erzeugt wird; und
die Treibstoff-Verdampfung oder die Freisetzung von gelöstem Gas
aus dem Treibstoff, die durch den lokalen Unterdruck bewirkt wird,
der aus der Treibstoffbewegung in der Ankerkammer und/oder der Druckkammer
erzeugt wird. Bei der vorliegenden Erfindung können auf Grund von verschiedenen
Lösungen
zum reduzieren von Blasen die Zuverlässigkeit und die Stabilität sichergestellt
werden, selbst wenn die Vorrichtung bei einer hohen Frequenz betrieben wird.
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Durch
die Unterteilung des Druckkolbens in zwei Abschnitte, d. h. in den
Anker und den Stempel, und durch das Vorsehen eines Kanals in dem
Stempel und von einem oder mehreren Ventilen zum Schließen des
Kanals werden die Durchlässe
für zurücklaufenden
Treibstoff und das Entladen von Blasen kürzer, wodurch das Entladen
von Blasen in der Druckkammer erleichtert wird. Das Treibstoff-Rücklaufsystem
ist mit einer ausreichend großen
Durchflussmenge entworfen, so dass das Einspritzmittel gekühlt werden
kann, damit keine Blasen infolge der Wärme erzeugt werden und erzeugte
Blasen entladen werden können.
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Bei
der erfindungsgemäßen Treibstoff-Einspritzvorrichtung
ist in dem Treibstoff-Einspritzmittel ein Treibstoff-Förderventil
angeordnet, so dass in dem Hochdruck-Durchlass ein vorbestimmter
anfänglicher
Druck aufrechterhalten werden könnte,
um darin Blasen zu vermeiden, wodurch die Treibstoff-Einspritzmenge
pro Impuls stabilisiert wird. Die Zerstäuberdüse kann an dem Körper der
Treibstoff-Einspritzvorrichtung angebracht sein oder kann über eine
Hochdruck-Treibstoffleitung mit dem Körper in Verbindung stehen,
so dass die Einspritzdüse in
dem Motor leichter angebracht werden könnte.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnung
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1 ist
eine Längsschnittansicht
der elektrisch betriebenen Treibstoff-Einspritzvorrichtung gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2 ist
eine Schnittansicht eines Ankers gemäß der vorliegenden Erfindung;
und
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3 ist
eine schematische Ansicht eines Zweitaktmotors, bei dem eine elektrisch
betriebene Treibstoff-Einspritzvorrichtung der vorliegenden Erfindung
verwendet wird.
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Genaue Beschreibung
der Erfindung
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In
der Ausführungsform
von 1 sind die Arbeitsspule 13 und die Rücklaufspule 12 jeweils
um nicht metallische Rahmen 18, 14 gewickelt und
isolierende Materialien 17, 15 sind in den Umfang
der Spulen eingefüllt.
Der magnetische Kreis um die Arbeitsspule 13 umfasst elektromagnetische
Elemente 7, 8, 9, 10, 9,
den magnetischen Arbeitsspalt 11 und die vordere Hälfte des
Ankers 56. Der magnetische Kreis um die Rücklaufspule 12 umfasst
elektromagnetische Elemente 1, 2, 3, 6, 4,
den magnetischen Rücklaufspalt 5 und
die hintere Hälfte
des Ankers 56. Der magnetische Arbeitsspalt 11 oder
der magnetischen Rücklaufspalt 11 kann
einen Abstand oder nicht elektromagnetische Element umfassen, die
z. B. aus Kunststoff, Kupfer oder rostfreiem Stahl usw. gefertigt sind.
Der Querschnitt der beiden Spulen 12, 13 ist im Wesentlichen
rechteckig oder trapezförmig.
Die beiden elektromagnetischen Kreise sind in einem Gehäuse 19 aufgenommen,
das mit einem Treibstoffeinlass 20 und einem Treibstoff-Rücklaufanschluss 59 versehen
ist. Das Gehäuse 19 und
das vordere Element 32 sind durch eine Schraubenverbindung 84 miteinander
gekoppelt, wodurch alle Komponenten an entsprechenden Positionen
gehalten werden.
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Der
Druckkolben ist aus zwei Teilen gebildet, d. h. ein Anker 56 und
ein Stempel 46. die allgemeine geometrische Form des Ankers 56 ist
ein Rotationskörper,
auf dem longitudinale Löcher
und/oder Rillen 57, ein oder mehrere Umfangsrillen 63 sowie
weitere Löcher 62 und
Hohlräume
gefräst
sind. Die longitudinalen Rillen 57 werden als Treibstoffdurchlässe verwendet
und tragen zur Massenreduzierung des Ankers bei, dessen Masse die
Merkmale der hohen Drehzahl und die Hubkraft beeinflusst. Der Treibstoff, der
durch die Rillen 57 fließt, wäscht und kühlt dadurch den Anker 56 und
in der Nähe
befindliche Komponenten. Die Rillen 57 tragen außerdem zur
Reduzierung des Widerstands gegen die Bewegung des Ankers 56 bei.
Die Umfangsrille 63 ist in dem mittleren Abschnitt zwischen
den beiden Stirnflächen
des Ankers in Form eines Materialausschnitts vorgesehen, der dazu
dient, die Masse des Ankers ohne Beeinträchtigung seiner geradlinigen
Bewegung einzustellen. Als Teil des Treibstoff-Rucklaufdurchlasses gewährleisten
die Löcher
oder Rillen 62 die Strömung
des zurücklaufenden
Treibstoffs, wenn sich der Anker in der hinteren Endposition befindet.
Ein zylindrischer Hohlraum 53 ist vorgesehen, um einen
Abstandshalter 54 und einen Abschnitt des Kugelventils 52 aufzunehmen.
Ein Ende des Abstandshalters 54 ist eine planare Oberfläche 55,
um einen Kontakt mit dem Anker herzustellen; das andere Ende ist
eine konische Oberfläche,
auf der sich der Ventilkörper 52 befindet.
Außerdem
ist an dem vorderen Ende des Ankers 56 eine Nabe 83 vorgesehen.
Der Abstandshalter 54 und das Kugelventil 52 werden
durch die Druckdeformation der Nabe 83 in dem Hohlraum 53 gehalten.
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Der
Anker 56 bewegt sich in einem Raum 50 hin und
her, der im Wesentlichen zylindrisch ist. Die Seitenfläche des
zylindrischen Raums 50 durch Teile der Gehäuse gebildet,
die die beiden magnetischen Kreise ausbilden. Eine Stirnfläche des
zylindrischen Raums wird durch das Endelement 60 gebildet
und die Begrenzung des anderen Endes umfasst die Stirnflächen des
Stempels 46, der Stempelbuchse 82 bzw. des Hohlraumkörpers 33.
Um ein Anhaften des Ankers an der Stirnfläche 58 zu verhindern,
wenn sich der Anker so bewegt, dass er die Stirnfläche berührt, und
um somit eine Verschlechterung der Hochgeschwindigkeits-Charakteristiken
zu verhindern, kann ein elastisches Element 109 zur Energiespeicherung
mit einer sehr kleinen axialen Deformation (z. B. 0,05-0,3 mm) zwischen
dem Endelement 60 und dem Anker 56 angeordnet
sein. Das elastische Element kann ein gekrümmtes Stahlblatt und eine spiralförmige Drahtfeder
sein. Ein Ende der Hubbewegung des Ankers 56 ist durch
das elastische Element 109 zur Energiespeicherung definiert.
Um den Anker in der ursprünglichen
Position zu halten, wenn die Spulen nicht angeregt sind, kann das
Endelement 60 aus einem hartmagnetischen Material gefertigt sein
oder eine Feder 48 mit minimaler Steifigkeit kann in der
Ankerkammer angeordnet sein. Die Länge des Ankers ist so beschaffen,
dass die Stirnfläche 81 des
Ankers in der ursprünglichen
Position genau in der Länge
des magnetischen Arbeitsspalts 11 positioniert ist. Das
andere Ende der Bewegung des Ankers 56 ist in Abhängigkeit
von elektrischen Impulsen der Arbeitsspule 13 und der Rücklaufspule 12 usw. definiert.
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Der
Stempel 46 und der Anker 56 sind koaxial angeordnet
und der Stempel 46 verläuft
durch die innere Bohrung der Stempelbuchse 82. Ein Ende
des Stempels 46 erstreckt sich in die Ankerkammer 50 und
das andere Ende erstreckt sich in die Druckkammer 43. An
dem anderen Ende des Stempels 46, d. h. an dem in der Druckkammer 43 befindlichen
Ende, ist eine scheibenförmige
Schulter 68 sowie ein Abschnitt einer Federführung 67 in
zylindrischer Form vorgesehen. Der Durchmesser der scheibenförmigen Schulter 68 ist
größer als
der Durchmesser der inneren Bohrung der Stempelbuchse 82,
so dass dann, wenn die scheibenförmige
Schulter 68 mit der Stirnfläche der Stempelbuchse 82 in
Kontakt gelangt, die weitere Bewegung des Stempels 46 zur
Ankerkammer 46 eingeschränkt ist. Längs der Mittelachsen des Stempels 46 sind
ein oder mehrere Durchlässe 45, die
die Druckkammer 43 und die Ankerkammer 50 verbinden,
vorgesehen, um in der Druckkammer befindliche Blasen zu entladen
und für
zurücklaufenden Treibstoff.
Der Durchlass 45 wird geschlossen, wenn der Ventilkörper 52 an
dem Ventilsitz 47 in Kontakt gelangt. Die Passung zwischen
dem Stempel 46 und der Stempelbuchse erfüllt die
Anforderung wie bei einer gewöhnlichen
Stempel-Treibstoffpumpe. Die Stempelbuchse 82 kann ein
Abschnitt des Hohlraumkörpers 33 sein
oder kann als eine getrennte Komponente ausgebildet sein, die in
dem Hohlraumkörper 33 in
Form einer stationären
Passung in Eingriff gelangt. Die Druckkammer 43 ist in
dem Hohlraumkörper 33 vorgesehen.
Eine Endbegrenzung der Druckkammer 43 ist die Stirnfläche 44 der
Stempelbuchse und die andere Endbegrenzung ist die Stirnfläche 69 des
Treibstoff-Förderventils 30.
an der Seitenwand der Druckkammer 43 ist ein Treibstoff-Einlassloch 28 angeordnet,
dessen anderes Ende mit einem Einwege-Ventil 27 verbunden
ist. In der Druckkammer 42 wird eine Feder 42 verwendet,
um den Stempel 46 zurückzubringen.
Ein Ende der Feder 42 drückt gegen die Schulter 68 des
Stempels und das andere Ende gegen die Stirnfläche 69 des Treibstoff-Förderventils.
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Das
Treibstoff-Förderventil 30 ist
zwischen dem abschließenden
Ende der Druckkammer 43 und dem anfänglichen Ende des Hochdruck-Durchlasses 41 angeordnet.
Das Treibstoff-Förderventil 30 umfasst
einen Ventilkörper 29,
eine Feder 31, einen Ventilsitz 85 und eine Heckabdeckung 71,
wobei der Ventilkörper 29 sphärisch ist
und der Ventilsitz 72 eine asymmetrisch gekrümmte Oberfläche ist;
oder der Ventilkörper 29 ist
ein planares Blatt, während
der Ventilsitz 72 ein O-Ring ist. Ein Ende der Feder 31 drückt den
Ventilkörper 29 gegen
die Dichtfläche 72 des
Ventilsitzes und das andere Ende drückt gegen die Heckabdeckung 71.
die Steifigkeit der Feder 31 beeinflusst den Restdruck
in dem Hochdruck-Durchlass 41. Ein vorgegebener Restdruck
wird in dem Hochdruck-Durchlass 41 aufrechterhalten, um
die Erzeugung von Blasen infolge der Verdampfung des darin befindlichen
Treibstoffs zu verhindern.
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Der
Hochdruck-Durchlass 41 bezeichnet den Raum, den der Treibstoff
von der Auslass-Stirnfläche 70 des
Treibstoff-Förderventils 31 zum
Dichtungsbereich 35 der Einspritzdüse erreichen kann. Der Hochdruck-Durchlass 41 ist
im Wesentlichen ein zylindrischer Raum, dessen Länge von dem Abstand zwischen
dem Treibstoff-Förderventil 31 und
der Einspritzdüse 36 abhängt. Wenn
der Abstand sehr groß ist,
kann eine Hochdruck-Treibstoffleitung, wie z. B. der Hochdruck-Durchlass 41,
zwischen dem Treibstoff-Förderventil 31 und
der Einspritzdüse 36 vorgesehen
sein.
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Die
Einspritzdüse 36 ist
ein konisches Ventil, das durch eine Feder vorabgedichtet wird und
dem Hochdruck-Durchlass 41 nachgeschaltet angeordnet ist.
Die Einspritzdüse 36 umfasst
einen Düsenkörper 86,
einen konischen Ventilschaft 40, eine Ventilkappe 73,
eine Vorabdichtungsfeder usw. Der Konus 74 von einem Ende
des konischen Ventilschafts 40 bildet einen Ventilkörper; die
konische Oberfläche
des Entladeanschlusses des Treibstoffdurchlasses 37 in
der Einspritzdüse 36 bildet
einen Ventilsitz. Durch die Vorabdichtungskraft der Feder 39 wird
der Ventilkörper
gegen den Ventilsitz 75 gedrückt, so dass die Einspritzdüse geschlossen
ist. Der Treibstoff tritt über
einen Einlass 38 in den Durchlass 37 ein. Wenn
die den Ventilschaft 40 verschiebende Kraft, die durch den
Treibstoffdruck erzeugt wird, größer als
die Vorabdichtungskraft der Feder wird, öffnet die Einspritzdüse und der
Treibstoff wird herausgespritzt.
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Der
Treibstoffeinlass 20 ist mit einer Umfangsrille 22,
die um die Druckkammer 22 angeordnet ist, direkt verbunden.
Ein Teil des Treibstoffs in der Umfangsrille 22 fließt über einen
Durchlass 49 in die Ankerkammer 50 und der restliche
Treibstoff fließt über ein
Einwege-Ventil 23 in die Druckkammer 43. Auf dem
Hohlraumkörper
sind zwei O-Ringe 78 und 23 angeordnet, die im
Wesentlichen die Möglichkeit des
Ausfließen
des Treibstoffs über
andere Wege ausschließen.
Das Einwege-Ventil 23 umfasst einen Ventilkörper 25,
einen Ventilsitz 76 und eine Feder 26.
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Der
Treibstoff-Rücklaufanschluss 59,
der im Gehäuse 19 angeordnet
ist, verläuft
im Wesentlichen längs
der Achsen des Ankers 56 und befindet sich am Ende des
Ankers dem Stempel 46 gegenüberliegend. Die Position des
Treibstoff-Rücklaufanschlusses
ist hauptsächlich
in der Weise definiert, um in der Ankerkammer 50 einen
Druckgradienten in Längsrichtung
auszubilden. Es ist wohlbekannt, dass sich in einer Flüssigkeit,
die einen Druckgradienten aufweist, die Blasen in der negativen
Richtung des Gradienten bewegen. Dadurch werden die in der Ankerkammer 50,
insbesondere nahe am Ventilsitz 47 befindlichen Blasen
längs der
Fließrichtung
der Flüssigkeit
entladen. Die sich nahe am Ventilsitz 47 befindlichen Blasen
stammen hauptsächlich
aus der Druckkammer 43. wenn der Anker 56 in seiner
ursprünglichen
Position ist, steht infolge der Trennung des Ventilkörpers 52 vom
Ventilsitz 50 die Druckkammer 43 mit der Ankerkammer 50 in
Verbindung und dadurch werden die in der Ankerkammer 43 befindlichen
Blasen über
den Durchlass 45 am Ventilsitz 47 ankommen.
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Die
erfindungsgemäße Treibstoffeinspritz-Vorrichtung
kann bei einem Verbrennungsmotor angewendet werden, wie etwa der
Viertaktmotor mit Kerzenzündung
und einem Einlassanschluss-Treibstoffeinspritzsystem oder mit einem
Zylinder-Treibstoffdirekteinspritzsystem, und kann insbesondere
bei einem Zweitaktmotor mit Kerzenzündung und Zylinder-Treibstoffdirekteinspritzsystem angewendet
werden. 2 zeigt einen Zweitaktmotor
mit Kerzenzündung
und Zylinder-Treibstoffdirekteinspritzsystem,
der die erfindungsgemäße Vorrichtung
enthält.
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Die
erfindungsgemäße Treibstoffeinspritz-Vorrichtung 88 ist
am Zylinderkopf 96 angebracht. Sie funktioniert, indem
sie den Treibstoff von einer Niederdruck-Treibstoffpumpe 93 mit
Druck beaufschlagt und den mit Druck beaufschlagten Treibstoff in
die Verbrennungskammer 99 des Motors einspritzt. Die Einspritzung
wird durch eine elektronische Steuereinheit 104 in der
Weise gesteuert, dass sie erfolgt, nachdem der Abgasanschluss geschlossen
wurde und bevor die Zündkerze
zündet.
Die Treibstoff-Einspritzmenge
und der Einspritzzeitpunkt wird hauptsächlich in Übereinstimmung mit Signalen gesteuert,
die von einem Drosselklappen-Positionssensor 101 und/oder
einem Kurbelgehäuse-Drucksensor 109,
einem Einlassluft-Temperatursensor 102 und einem Sensor 103 zum
Erfassen des Kurbelwinkels und der Drehzahl der Kurbelwelle kommen.
Ein Teil des Treibstoffs, der von der Niederdruck-Treibstoffpumpe 93 zugeführt wird,
wird durch das Treibstoff-Einspritzmittel 88 in den Zylinder
eingespritzt und verbrennt darin, während der Großteil des
Treibstoffs in einem Kreis umläuft,
der eine Niederdruck-Treibstoffpumpe 95, eine Kühleinrichtung 92, eine
Treibstoffpumpe 93 und ein Treibstofffilter 94 usw.
enthält.
Die prinzipielle Funktion des Kreises besteht darin, die Wärme in dem
Treibstoff-Einspritzmittel 88 abzuführen. Eine Treibstoffmenge,
die der durch die Verbrennung des Motors verbrauchten Menge entspricht,
wird von einem Treibstoffbehälter 91 in
die Kühleinrichtung 92 nachgefüllt. Wenn
der Motor läuft,
schließt
das obige System im Wesentlichen die Möglichkeit aus, dass ein Teil
des Treibstoffs unverbrannt über
den Abgasanschluss 108 in die Atmosphäre entladen wird. Das ist der
Fall, da einerseits der Rücklauf
vollständig
durch frische Luft an Stelle der brennbaren Gasmischung aufgefüllt wird, und
andererseits eine Verbrennung einer geschichteten Mischung und/oder
Mehrfachzyklen des Rücklaufs
verwendet werden, so dass eine Fehlzündung bei Betriebsbedingungen
mit geringer Last in einem maximalen Umfang verhindert wird. Im
Vergleich zu einem Zweitaktmotor mit Vergaser-Treibstoffsystem wird das erfindungsgemäße System
den Treibstoffverbrauch des Motors bedeutend senken und im Vergleich
zum Viertaktmotor besitzt es eine höhere Leistung pro Liter und
einen höheren
mittleren wirksamen Druck.
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Ein
Zweitaktmotor mit Zylinder-Treibstoffeinspritzsystem erfordert eine
Betriebsfrequenz der Treibstoffeinspritz-Vorrichtung, die das Doppelte
der Frequenz eines Viertaktmotors ist, da in einem Zweitaktmotor
eine Verbrennung pro 360° Kurbelwellendrehung
erfolgt, während
in einem Viertaktmotor eine Verbrennung pro 720° Kurbelwellendrehung erfolgt. Ein
Zweitaktmotor besitzt z. B. eine maximale Drehzahl von 9000 min–1,
wobei die Betriebsfrequenz des Einspritzmittels größer als
150 Hz sein sollte. Die erfindungsgemäße elektrisch betriebene Treibstoffeinspritz-Vorrichtung überwindet
die Nachteile der bekannten Treibstoffeinspritz-Vorrichtung, die
lediglich einen einzelnen magnetischen Kreis besitzt, wobei es schwierig
ist, die Vorrichtung bei großer
Drehzahl zuverlässig
zu betreiben. Die erfindungsgemäße Vorrichtung
kann insbesondere bei Viertakt- oder Zweitaktmotoren angewendet
werden, die in Motorrädern verwendet
werden und gewöhnlich
eine sehr hohe Drehzahl besitzen.