EP0954697B1 - Kraftstoffpumpvorrichtung für zweitaktmotoren mit einer zusätzlichen antriebseinheit - Google Patents

Kraftstoffpumpvorrichtung für zweitaktmotoren mit einer zusätzlichen antriebseinheit Download PDF

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EP0954697B1
EP0954697B1 EP97935469A EP97935469A EP0954697B1 EP 0954697 B1 EP0954697 B1 EP 0954697B1 EP 97935469 A EP97935469 A EP 97935469A EP 97935469 A EP97935469 A EP 97935469A EP 0954697 B1 EP0954697 B1 EP 0954697B1
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    • F02M59/107—Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps of reciprocating-piston or reciprocating-cylinder type characterised by the piston-drive pneumatic drive, e.g. crankcase pressure drive
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Definitions

  • the invention relates to a fuel pump device for an internal combustion engine operating on the two-stroke principle according to the preamble of claim 1.
  • Such a fuel pump device is from the DE 37 27 266 A1 known.
  • This document describes one Diaphragm piston pump, the fuel used to operate an injector promotes and condenses.
  • the diaphragm piston pump from a fuel tank via a pre-feed pump the fuel supplied.
  • the fuel compressed there is conveyed to the injection valve.
  • the diaphragm piston pump receives its drive from the crankcase of the Internal combustion engine derived pulse air. Therefor a membrane sits on the piston compressing the fuel, the pulse air on the side facing away from the piston is applied.
  • the one in the crankcase during a The resulting overpressure actuates the compression piston.
  • a mechanical stroke takes care of the return stroke of the compression piston Spring in combination with the crankcase vacuum in the compression stroke of the two-stroke engine.
  • DE 41 25 593 A1 describes a comparable diaphragm piston pump described for a fuel injection in which the return stroke of the compression piston via a leaf spring assembly he follows.
  • the spring rate of the leaf spring assembly is mechanical changeable with a set screw.
  • the fuel pump device includes at least a diaphragm piston pump with the pulse air connection in one between the diaphragm and the pump piston Housing room opens. At least there is an effect on each side of the membrane a spring element, which is arranged in the housing space Spring element over the separate pump piston on the membrane supported.
  • the impulse air is directly in connection with the pump piston.
  • The has the advantage on the one hand that the inflowing from the crankcase oily impulse air the moving parts in this housing section lubricates so that the spring pads and the Seal between the pump piston and the housing part guiding it wear less.
  • the fuel pump device with a drive unit equipped, at least in the occasionand / or Idle phase supported.
  • the drive unit works by means of a synchronous to the pressure pulsation in the crankcase included gas amount oscillating preload ram the membrane on the pump piston. This will at least Start and / or idle speed, i.e. with low pressure pulsation a minimum required for the function of the two-stroke engine Injection pressure generated.
  • the drive unit can, for example, be a permanent magnet generator be the magnet at the right time supplies the necessary energy.
  • the dynamic coordination of the electromagnetic actuator is preferably done with regard for the optimal function at start or idle. at the higher the engine speed, the electrical support will not needed more. The pressure pulsation is then sufficient to achieve the minimum To generate injection pressure.
  • the pretensioning plunger of the drive unit also support the only spring element that et al causes the compression stroke of the pump piston.
  • the diaphragm piston pump can be equipped with a hand switch become.
  • a hand switch For this purpose, for example, the preload ram of the electrical Drive unit from the opposite the back of the Membrane lying housing part led out in the form of a hand switch. Pressing the manual button causes a compression stroke of the pump piston.
  • the preload ram of the electrical Drive unit from the opposite the back of the Membrane lying housing part led out in the form of a hand switch. Pressing the manual button causes a compression stroke of the pump piston.
  • the hand switch e.g. at Small two-stroke engines, as used in hand-held tools be used after a complete fuel tank drain or the injection line after a long standstill and the injection valve are prefilled, so that the starting process is shortened.
  • the diaphragm piston pump described is constructed so that the Valves and the compression chamber can be separated from the components that surround the diaphragm and guide the pump piston. This makes maintenance and repair easier, on the one hand, and others manufacturing.
  • FIG. 1 shows the functional diagram of a fuel pump device for a direct injection system like the one at Two-stroke engines can be used.
  • the fuel pressure will generated with a diaphragm piston pump (10).
  • the diaphragm piston pump (10) sucks via inside a pump housing (11) arranged suction valve (61) the fuel for example via a filter (2) from a fuel tank (1).
  • On some of the fuel escapes from the pressure side a pressure relief valve (80) e.g. in the fuel tank (1).
  • the pump piston (22) projects into the rear end Space (13) of the pump housing (11), which is pneumatically connected to the crankcase the internal combustion engine working according to the two-stroke principle connected.
  • this impulse air space (13) the pump piston (22) via a spring element (15) against one reinforced with a membrane plate (42) Membrane (41) pressed.
  • a membrane plate (42) Membrane (41) pressed on the back of the membrane (41) an ambient air space is enclosed by a housing cover (31) (33), in which two further spring elements (35) and (94) are arranged. Both spring elements (35, 94) act on the other Spring element (15) counter.
  • the preloaded spring elements (15, 35, 94) hold the membrane (41) in a central position, provided the same air pressure on both sides of the membrane (41) abuts and a drive unit arranged on the housing cover (31) (90) is switched off in a rest position.
  • the drive unit (90) is a lifting magnet that acts as an armature has a preload tappet (91).
  • the preload ram (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).
  • the winding (96) is energized synchronously with the compression cycle.
  • the winding is energized by a control (99) causes.
  • the signal for energizing is given by a pressure sensor (97), for example with the pulse air connection (14) is connected pneumatically.

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Description

Stand der Technik:
Die Erfindung geht von einer Kraftstoffpumpvorrichtung für eine nach dem Zweitaktprinzip arbeitende Verbrennungskraftmaschine 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 Einspritzvorrichtung fördert und verdichtet. Dazu wird der Membrankolbenpumpe aus einem Kraftstofftank über eine Vorförderpumpe 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 Verdichtungskolben. Den Rückhub des Verdichtungskolbens übernimmt eine mechanische Feder in Kombination mit dem Kurbelgehäuseunterdruck im Verdichtungstakt des Zweitakters.
In der DE 41 25 593 A1 wird eine vergleichbare Membrankolbenpumpe für eine Kraftstoffeinspritzung beschrieben, bei der der Rückhub des Verdichtungskolbens über ein Blattfederpaket erfolgt. Die Federrate des Blattfederpakets ist mechanisch mittels einer Stellschraube veränderbar.
Bei der Ausführung der Kraftstoffpumpe nach der EP 0 133 178 ist nur eine Durchbiegung der Membran in eine Richtung möglich. Hierbei liegt eine Feder an der einen Seite der Membran an. In Grundstellung (Mittenstellung) liegt die andere Seite der Membran am Gehäuse an. Die Membran kann in diese Richtung nicht durchgebogen werden. Eine zweite Feder umgibt einen Stössel in allen Ausführungsbeispielen und liegt an einem Bund dieses Stössels an. Die Membran kann nicht gegen die Kraft dieser Feder durchgebogen werden, da die Membran bereits vorher am Gehäuse anliegt. Es sind keine Hinweise zu entnehmen, dass die Membran in beide Richtungen durchgebogen werden kann, wodurch sich ein besserer Übertragungswirkungsgrad der Pulsationsenergie in hydraulische Energie ergibt.
Vorteile der Erfindung:
Die erfindungsgemäße Kraftstoffpumpvorrichtung beinhaltet mindestens 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 Membrane 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 gelangt also nicht wie bei den bekannten Membrankolbenpumpen ins Freie.
Zusätzlich ist die Kraftstoffpumpvorrichtung mit einer Antriebseinheit ausgestattet, die sie zumindest in der Anlaßund/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 Hinblick 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 Verschleiß der Pumpe.
Die Membrankolbenpumpe kann mit einem Handtaster ausgerüstet werden. Dazu wird beispielsweise der Vorspannstößel der elektrischen 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 Kraftstofftankentleerung 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 Pumpengehäuses (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 Umgebungsluftraum (33), in dem zwei weitere Federelemente (35) und (94) angeordnet sind. Beide Federelemente (35, 94) wirken dem anderen Federelement (15) entgegen. Die vorgespannten Federelemente (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 Vorspannstößel (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 Federelement (94). Um ihn herum ist eine Wicklung (96) in einem Schalenkern (95) angeordnet.
Bei laufendem Zweitaktmotor strömt die Impulsluft mit Überdruck 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). Sobald 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 Kraftstoffdruckspeicher (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 Federelememt (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 (6)

  1. Kraftstoffpumpvorrichtung für Zweitaktmotoren mit einem mindestens einteiligen Gehäuse (11), 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) einen Pumpenkolben (22) antreibt, wobei im Pumpensaughub am Kraftstoffsauganschluss zulaufender Kraftstoff über ein Rückschlagventil (61) in die vor dem Pumpenkolben (22) liegende Verdichtungskammer (51) angesaugt wird und im Druckhub über ein weiteres Rückschlagventil (71) in den Kraftstoffdruckanschluss gepumpt wird, wobei der Impulsluftanschluss (14) in einem ersten Gehäuseraum (13) mündet, in den auch der Pumpenkolben (22) ragt und der auf einer Seite von der Membran (41) begrenzt ist, wobei 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 wobei sich das in einem auf der Rückseite der Membrane (41) liegenden Gehäuseraum (33) angeordnete Federelement (35) und/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, wobei die vorgespannten Federelemente (15, 35, 94) die Membran (41) in einer Mittellage halten, wenn beidseits der Membran (41) der gleiche Luftdruck anliegt und bei angeordneter Antriebseinheit (90) diese abgeschaltet in einer Ruheposition ist, so daß die Membran (41) beim Saughub und beim Druckhub über die Mittellage hinausgehen kann.
  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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PCT/DE1997/001557 WO1998005860A1 (de) 1996-08-02 1997-07-23 Kraftstoffpumpvorrichtung für zweitaktmotoren mit einer zusätzlichen antriebseinheit

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EP0954697A1 EP0954697A1 (de) 1999-11-10
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EP (1) EP0954697B1 (de)
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CA (1) CA2262522A1 (de)
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