EP0954697A1 - Kraftstoffpumpvorrichtung für zweitaktmotoren mit einer zusätzlichen antriebseinheit - Google Patents

Kraftstoffpumpvorrichtung für zweitaktmotoren mit einer zusätzlichen antriebseinheit

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EP0954697A1
EP0954697A1 EP97935469A EP97935469A EP0954697A1 EP 0954697 A1 EP0954697 A1 EP 0954697A1 EP 97935469 A EP97935469 A EP 97935469A EP 97935469 A EP97935469 A EP 97935469A EP 0954697 A1 EP0954697 A1 EP 0954697A1
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membrane
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pump
pump piston
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Definitions

  • Fuel pump device for two-stroke engines with an additional drive unit is
  • the invention is based on a fuel pump device for an internal combustion engine operating according to the two-stroke principle according to the preamble of claim 1.
  • Such a fuel pump device is from the
  • Diaphragm piston pump that pumps and compresses fuel to operate an injector.
  • the fuel is supplied to the diaphragm piston pump from a fuel tank via a pre-feed pump.
  • the fuel compressed there is delivered to the injection valve.
  • the diaphragm piston pump receives its drive from the pulse air derived from the crankcase of the internal combustion engine.
  • a membrane sits on the piston that compresses the fuel and is acted upon by the pulse air on the side facing away from the piston.
  • the overpressure that arises in the crankcase during one work cycle actuates the compression piston.
  • the return stroke of the compression piston is taken over by a mechanical spring in combination with the crankcase vacuum in the compression stroke of the two-stroke engine.
  • DE 41 25 593 AI describes a comparable diaphragm piston pump for a fuel injection, in which the compression piston is returned via a leaf spring assembly.
  • the spring rate of the leaf spring assembly can be changed mechanically using an adjusting screw.
  • the fuel pump device includes a membrane piston pump in which the pulse air connection opens into a housing space located between the membrane and the pump piston. At least one spring element acts on each side of the membrane, the spring element arranged in the housing space being supported on the membrane via the separate pump piston. With this design variant, the pulsed air is directly connected to the pump piston. On the one hand, this has the advantage that the oily impulse air flowing in from the crankcase lubricates the moving parts in this housing section, so that the spring supports and the seal between the pump piston and the housing part guiding it wear less. On the other hand, in the event of a leak between the pump piston and the housing part guiding it, the fuel escaping there is sucked out during the compression stroke of the two-stroke engine. This means that the fuel does not get outside like in the known diaphragm piston pumps.
  • the fuel pump device is equipped with a drive unit, which supports it at least in the starting and / or idling phase.
  • the drive unit acts by means of a preloading plunger which oscillates synchronously with the pressure pulsation of the gas quantity enclosed in the crankcase the membrane on the pump piston.
  • the drive unit can be a permanent magnet generator, for example, which supplies the magnet with the necessary energy at the right time.
  • the dynamic adjustment of the electromagnetic actuator is preferably carried out with a view to the optimal function when starting or idling. At higher engine speeds, electrical support is no longer required. The pressure pulsation is then sufficient to generate the minimum injection pressure.
  • the pretensioning plunger of the drive unit can also be supported on the single spring element, which i.a. causes the compression stroke of the pump piston.
  • the diaphragm piston pump can be equipped with a hand switch.
  • the pretensioning plunger of the electrical drive unit is led out of the housing part opposite the rear of the diaphragm in the form of a manual switch. Pressing the hand button causes a compression stroke of the pump piston.
  • two-stroke small engines such as those used in hand-held tools, after a complete fuel tank emptying or after a long period of inactivity, the injection line and the injection valve are prefilled, so that the starting process is shortened.
  • the diaphragm piston pump described is constructed in such a way that the valves and the compression chamber can be separated from the components which enclose the diaphragm and guide the pump piston. This simplifies maintenance and repair on the one hand and production on the other.
  • FIG 1 Fuel pump device for direct injection
  • FIG. 1 shows the functional diagram of a fuel pump device for a direct injection system, as can be used with two-stroke engines.
  • the fuel pressure is generated with a diaphragm piston pump (10).
  • the diaphragm piston pump (10) sucks the fuel from a fuel tank (1), for example via a filter (2), via a suction valve (61) arranged inside a pump housing (11).
  • the fuel drawn into a Compression chamber (51) into which a pump piston (22) is immersed.
  • a pressure relief valve (80) for example into the fuel tank (1).
  • the pump piston (22) protrudes with its rear end in the space (13) of the Pu pengeophuses (11), which is pneumatically connected to the crankcase of the internal combustion engine working according to the two-stroke principle.
  • this pulse air space (13) the pump piston (22) is pressed via a spring element (15) against a membrane (41) reinforced with a membrane plate (42).
  • a membrane (41) reinforced with a membrane plate (42).
  • an ambient air space (33) On the back of the membrane (41), surrounded by a housing cover (31), is an ambient air space (33) in which two further spring elements (35) and (94) are arranged. Both spring elements (35, 94) counteract the other spring element (15).
  • the prestressed spring elements (15, 35, 94) hold the diaphragm (41) in a central position, provided that the same air pressure is present on both sides of the diaphragm (41) and a drive unit (90) arranged on the housing cover (31) is switched off in a rest position .
  • the drive unit (90) is a lifting magnet which has a pretensioning plunger (91) as an armature.
  • the prestressing plunger (91) which is arranged in the housing cover (31) coaxially to the pump piston (22), consists of a shaft (92) and a yoke plate (93).
  • the shaft (92) acts directly on the spring element (94).
  • a winding (96) is arranged around it in a shell core (95).
  • the pulse air flows into the pulse pressure chamber (13) with excess pressure and moves the diaphragm (41) downward, the spring element (15) tracking the pump piston (22) of the diaphragm (41) and the spring element (35) being further tensioned.
  • the diaphragm piston pump (10) sucks fuel into the compression chamber (51) via a suction valve (61).
  • the partially relaxing spring elements (35, 94) push the pump piston (22) into the compression chamber (51).
  • the fuel flows via the pressure valve (71) to the injection valve (5) and / or to the fuel pressure accumulator (73).
  • the compression stroke extends beyond the central position of the diaphragm (41) because the negative pressure now prevailing in the crankshaft housing has an effect on the diaphragm (41) towards the end of the stroke.
  • the membrane (41) is sucked upwards.
  • the winding (96) is energized synchronously with the compression stroke.
  • the yoke plate (93) is pulled against the shell core (95), as a result of which the pretensioning plunger (91) clamps the spring element (94) against the diaphragm (41) and thus additionally supports the compression stroke of the pump piston (22).
  • the winding is energized by a controller (99).
  • the signal for energizing is given by a pressure sensor (97), which is pneumatically connected, for example, to the pulse air connection (14).

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffpumpvorrichtung für Zweitaktmotoren, mit einem mindestens einteiligen Gehäuse, an dem ein mit dem Kurbelgehäuse des Zweitaktmotors pneumatisch verbundener Impulsluftanschluß (14), ein Kraftstoffsauganschluß und ein Kraftstoffdruckanschluß angeordnet ist, in dem eine mit Impulsluft beaufschlagte Membrane (41) in Verbindung mit einem Membranteller (42) einen Pumpenkolben (22) antreibt, wobei im Pumpensaughub am Kraftstoffsauganschluß aus dem Tank (1) zulaufender Kraftstoff über ein Rückschlagventil (61) in die vor dem Pumpenkolben liegende Verdichtungskammer (51) angesaugt wird und im Druckhub über ein weiteres Rückschlagventil (71) in den Kraftstoffdruckanschluß und einen Speicher (73) und/oder ein Einspritzventil (5) gepumpt wird. Der Impulsluftanschluß (14) mündet in einem zwischen der Membrane (41) und dem Pumpenkolben (22) liegenden Gehäuseraum (13) und auf jede Seite der Membrane (41) wirkt mindestens ein Federelement (15, 35, 94). Dabei stützt sich das im Gehäuseraum (13) angeordnete Federelement (15) über den separaten Pumpenkolben (22) an der Membrane (41) ab. In dem auf der anderen Seite der Membrane (41) liegenden Gehäuseraum (33) ist eine elektromagnetische Antriebseinheit (90) angeordnet, die über ihren Anker (91) den Verdichtungshubs des Pumpenkolbens (22) synchron zum Verdichtungshub des Zweitaktmotors unterstützt.

Description

Kraftstoffpumpvorrichtung für Zweitaktmotoren mit einer zusätzlichen Antriebseinheit
Stand der Technik:
Die Erfindung geht von einer Kraftstoffpumpvorrichtung für eine nach dem Zweitaktprinzip arbeitende Verbrennungskraf t- aschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aus.
Eine derartige Kraftstoffpumpvorrichtung ist aus der
DE 37 27 266 AI bekannt. Diese Druckschrift beschreibt eine
Membrankolbenpumpe, die Kraftstoff zum Betrieb einer Ein- spritzvorrichtung fördert und verdichtet. Dazu wird der Membrankolbenpumpe aus einem Kraftstofftank über eine Vorförder- pumpe der Kraftstoff zugeführt. Der dort verdichtete Kraftstoff wird zum Einspritzventil gefördert. Die Membrankolbenpumpe erhält ihren Antrieb von der aus dem Kurbelgehäuse der Verbrennungskraftmaschine abgeleiteten Impulsluft. Hierfür sitzt auf dem den Kraftstoff verdichtenden Kolben eine Membrane, die auf der dem Kolben abgewandten Seite von der Impulsluft beaufschlagt wird. Der im Kurbelgehäuse während eines Arbeitstaktes entstehende Überdruck betätigt den Verdichtungs- kolben. Den Rückhub des Verdichtungskolbens übernimmt eine mechanische Feder in Kombination mit dem Kurbelgehäuseunterdruck im Verdichtungstakt des Zweitakters.
In der DE 41 25 593 AI 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 in- destens eine Membrankolbenpumpe bei der der Impulsluftanschluß in einen zwischen der Membrane und dem Pumpenkolben liegenden Gehäuseraum mündet. Auf jede Seite der Membrane wirkt mindestens ein Federelement, wobei sich das im Gehäuseraum angeordnete Federelement über den separaten Pumpenkolben an der Mem- brane abstützt. Bei dieser Konstruktionsvariante steht die Impulsluft unmittelbar mit dem Pumpenkolben in Verbindung. Das hat zum einen den Vorteil, daß die vom Kurbelgehäuse einströmende, ölhaltige Impulsluft die bewegten Teile in diesem Gehäuseabschnitt schmiert, so daß die Federauflagen und die Dichtung zwischen dem Pumpenkolben und dem ihn führenden Gehäuseteil weniger verschleißen. Zum anderen wird im Falle einer Leckage zwischen dem Pumpenkolben und dem ihn führenden Gehäuseteil der dort austretende Kraftstoff während des Verdichtungshubs des Zweitakters abgesaugt. Der Kraftstoff ge- langt also nicht wie bei den bekannten Membrankolbenpumpen ins Freie .
Zusätzlich ist die Kraftstoffpumpvorrichtung mit einer Antriebseinheit 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 Druckpulsation ein für die Funktion des Zweitaktmotors minimal erforderlicher Einspritzdruck erzeugt.
Die Antriebseinheit kann beispielsweise ein Permanentmagnetgenerator sein, der jeweils zum richtigen Zeitpunkt dem Magneten 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 minimalen Einspritzdruck zu erzeugen.
Selbstverständlich kann sich der Vorspannstößel der Antriebseinheit auch an dem einzigen Federelement abstützen, das u.a. den Verdichtungshub des Pumpenkolbens bewirkt.
Des weiteren besteht bei der hier vorgestellten Membrankolbenpumpe keine starre, mechanische Verbindung zwischen dem Pumpenkolben 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 herausgeführt. Ein Drücken des Handtasters bewirkt einen Verdichtungshub 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 Einspritzleitung 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 nachfolgenden Beschreibung einer schematisch dargestellten Ausführungsform:
Figur 1: Kraftstoffpumpvorrichtung für eine Direkteinspritzung;
Beschreibung des Ausführungsbeispiels:
Figur 1 zeigt das Funktionsschema einer Kraftstoffpumpvorrichtung für ein Direkteinspritzsystem, wie es bei Zweitaktern verwendet werden kann. Der Kraftstoffdruck wird mit einer Membrankolbenpumpe (10) erzeugt. Die Membrankolbenpumpe (10) saugt über ein innerhalb eines Pumpengehäuses (11) angeordnetes Saugventil (61) den Kraftstoff beispielsweise über einen Filter (2) aus einem Kraftstofftank (1). Der angesaugte Kraftstoff gelangt in eine Verdichtungskammer (51), in die ein Pumpenkolben (22) eintaucht. Der dort verdrängte Kraftstoff strömt über ein Druckventil (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 Kraftstofftank (1) .
Der Pumpenkolben (22) ragt mit seinem hinteren Ende in den Raum (13) des Pu pengehäuses (11), der pneumatisch an das Kurbelgehäuse der nach dem Zweitaktprinzip arbeitenden Verbrennungskraftmaschine angeschlossen ist. In diesem Impulsluftraum (13) wird der Pumpenkolben (22) über ein Federelement (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 anderen Federelement (15) entgegen. Die vorgespannten Federele- mente (15, 35, 94) halten die Membrane (41) in einer Mittellage, sofern beidseits der Membrane (41) der gleiche Luftdruck anliegt und eine am Gehäusedeckel (31) angeordnete Antriebseinheit (90) abgeschaltet in einer Ruheposition ist.
Die Antriebseinheit (90) ist ein Hubmagnet, der als Anker einen Vorspannstδßel (91) aufweist. Der Vorspannstößel (91), der im Gehäusedeckel (31) koaxial zum Pumpenkolben (22) angeordnet ist, besteht aus einem Schaft (92) und einer Jochplatte (93) . Der Schaft (92) wirkt direkt auf das Federele- ment (94). Um ihn herum ist eine Wicklung (96) in einem Schalenkern (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 entspannenden Federelemente (35, 94) den Pumpenkolben (22) in die Verdichtungskammer (51) hinein. Der Kraftstoff strömt über das Druckventil (71) zum 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 gesaugt .
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 Fede ele emt (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 Drucksensor (97), der beispielsweise mit dem Impulsluftanschluß (14) pneumatisch in Verbindung steht.

Claims

Patentansprüche :
1. Kraftstoffpumpvorrichtung für Zweitaktmotoren mit einem mindestens einteiligen Gehäuse, an dem ein mit dem Kurbel- gehäuse des Zweitaktmotors pneumatisch verbundener Impulsluftanschluß, ein Kraftstoffsauganschluß und ein Kraftstoffdruck- anschluß angeordnet ist, in dem eine mit Impulsluft beaufschlagte 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 gepumpt wird, dadurch gekennzeichnet, - daß der Impulsluftanschluß (14) in einen zwischen der Membrane (41) und dem Pumpenkolben (22) liegenden Gehäuseraum (13) mündet,
- daß auf jede Seite der Membrane (41) mindestens ein Federelement (15, 35) wirkt, wobei sich das im Gehäuseraum (13) angeordnete Federelement (15) über den separaten Pumpenkolben (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 Antriebseinheit (90) abstützt.
2. Kraftstoffpumpvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinheit (90) ein Elektromagnet ist.
3. Kraftstoffpumpvorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, 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 Vorspannstößel (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 Zündeinrichtung oder ein Bezugsmarkensignal an der Kurbelwelle erfaßt wird.
6. Kraftstoffpumpvorrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Drucksensor (97) im Kurbelgehäuse des Zweitaktmotors, der pneumatischen Leitung zum Gehäuseraum (13) oder im Gehäuseraum (13) selbst angeordnet ist.
EP97935469A 1996-08-02 1997-07-23 Kraftstoffpumpvorrichtung für zweitaktmotoren mit einer zusätzlichen antriebseinheit Expired - Lifetime EP0954697B1 (de)

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DE19631287A DE19631287B4 (de) 1996-08-02 1996-08-02 Kraftstoffpumpvorrichtung für Zweitaktmotoren mit einer zusätzlichen Antriebseinheit
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PCT/DE1997/001557 WO1998005860A1 (de) 1996-08-02 1997-07-23 Kraftstoffpumpvorrichtung für zweitaktmotoren mit einer zusätzlichen antriebseinheit

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Publication Number Publication Date
EP0954697A1 true EP0954697A1 (de) 1999-11-10
EP0954697B1 EP0954697B1 (de) 2002-10-23

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EP (1) EP0954697B1 (de)
JP (1) JP2000515601A (de)
AU (1) AU709656B2 (de)
CA (1) CA2262522A1 (de)
DE (2) DE19631287B4 (de)
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