EP1318295A1 - Vorrichtung zur Kraftstoffeinspritzung und Drucklufterzeugung - Google Patents

Vorrichtung zur Kraftstoffeinspritzung und Drucklufterzeugung Download PDF

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EP1318295A1
EP1318295A1 EP02024779A EP02024779A EP1318295A1 EP 1318295 A1 EP1318295 A1 EP 1318295A1 EP 02024779 A EP02024779 A EP 02024779A EP 02024779 A EP02024779 A EP 02024779A EP 1318295 A1 EP1318295 A1 EP 1318295A1
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EP
European Patent Office
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piston
fuel
fuel injection
injection device
pressure generating
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP02024779A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ernst Kuhlen
Oliver Dr. Grässel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Pierburg GmbH
Original Assignee
Pierburg GmbH
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M63/00—Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B33/00—Engines characterised by provision of pumps for charging or scavenging
    • F02B33/02—Engines with reciprocating-piston pumps; Engines with crankcase pumps
    • F02B33/06—Engines with reciprocating-piston pumps; Engines with crankcase pumps with reciprocating-piston pumps other than simple crankcase pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M59/00—Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps
    • F02M59/02—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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B23/00—Pumping installations or systems
    • F04B23/04—Combinations of two or more pumps
    • F04B23/06—Combinations of two or more pumps the pumps being all of reciprocating positive-displacement type

Definitions

  • the invention relates to a fuel injection device for Internal combustion engines.
  • the fuel injection device is for Suitable for two-stroke engines.
  • Known fuel injection devices have a fuel pump and a Pressure generation device on. With the help of the fuel pump Fuel is supplied to the combustion chamber of the internal combustion engine. To one atomization of the fuel in the combustion chamber is as fine as possible achieve is the pressure generating device, such as a Air compressor, provided. Due to the fine fuel atomization, the Engine power can be increased. Furthermore, this is a complete one Combustion so that pollutant emissions are reduced.
  • Fuel is supplied to the combustion chamber of the internal combustion engine.
  • the pressure generating device such as a Air compressor
  • an electrical one Fuel pump provided.
  • the compressor for generating the compressed air is for example flanged to the motor housing and is over the Internal combustion engine driven.
  • the provision of an electrical Fuel pump has the disadvantage that especially in motorcycles and Small cars have low electrical outputs. So it is not possible to deliver the fuel to the combustion chamber at high pressure.
  • the object of the invention is to provide a fuel injection device for To create internal combustion engines with which high fuel pressures are achieved can.
  • the electric fuel pump is a mechanical one Fuel pump replaced.
  • a delivery element of the fuel pump and a Compression element of the pressure generating device connected together.
  • This is a common drive with the fuel pump and Pressure generation facility possible.
  • Fuel pump provided a piston pump, the piston as a delivery element for the fuel.
  • Such mechanical piston pumps can be high Generates pressures of more than four, in particular more than five bar become. Because the drive of the fuel pump and the pressure generating device together in particular through a mechanical connection with the internal combustion engine and therefore no electrical energy Operating the fuel pump is necessary, the invention Fuel injection device also for engines or small motor vehicles, where there is insufficient electrical energy available become.
  • This is for driving the fuel pump and the pressure generating device Delivery element of the fuel pump and / or the compression element of the Pressure generating device preferably with a drive element connected.
  • the drive element is with a shaft of the internal combustion engine connected so that the drive of the fuel pump and the pressure generating device exclusively mechanically, without the need for feeding electrical energy.
  • the drive element is for example around a V-belt leading to the alternator Shaft is connected.
  • Fuel pump as a piston pump with a first serving as a delivery element Piston
  • the pressure generating device as a piston pump
  • the second piston is in one Compression room for compressing air and for supplying the compressed air arranged in the combustion chamber. Both promoting and compressing the fuel as well as the air is thus done by moving of the first and second pistons. Since the pistons are moving linearly, the two pistons are preferably driven by a cam or by a crankshaft.
  • the drive element is this Embodiment then preferably around a piston rod or another rigid connecting element that slides on the cam, for example, so that the Rotary movement of the camshaft is a linear movement of the two pistons causes.
  • the two pistons can be connected in parallel or in series, the two pistons are always connected to each other for common drive.
  • the figure shows a schematic sectional view of an inventive Fuel injection device.
  • the fuel injection device due to the compact design is particularly suitable for two-stroke engines, has a fuel pump 10 and a pressure generating device 12.
  • the fuel pump 10 has one cylindrical cavity 14 in which a piston 16 as a conveying element is arranged movably. By moving the drawing up and down in the drawing Piston 16 is sucked in by fuel through an inlet channel 18 in the piston chamber 14 or an ejection of fuel from the piston chamber 14 through an outlet duct 20.
  • the inlet duct is with a fuel tank and the exhaust duct with the combustion chamber of the internal combustion engine connected.
  • the inlet channel 18 and the outlet channel 20 each have a Valve 22 or 24 defining the flow direction.
  • the first piston 16 will driven via a first piston rod 26. This is the first piston rod 26 with a second piston 28, which is the compression element the pressure generating device 12 is connected.
  • the second piston 28 is connected to a second piston rod 30.
  • the two pistons are 16, 28 thus firmly connected to each other via the first piston rod 26, so that a Moving the second piston 28 always also to move the first Piston 16 leads.
  • the two pistons 16, 28 are concentric with one another arranged.
  • the two piston rods are also preferably 26.30 arranged concentrically to one another and to the pistons 16, 28.
  • the pressure generating device 12 has a cylindrical cavity 32, in which the second piston 28 is slidably disposed. With the cavity 32 is an inlet duct 34 through which air is drawn in, and an outlet duct 36, through which the air in the direction of the combustion chamber with high pressure of about four to six bar is funded.
  • the two channels 34.36 each have a valve 38 or 40 which defines the direction of flow.
  • the second piston rod 30, which acts as the drive element of the second piston 28 and via the first piston rod 26 with the second piston 28 connected first piston 16 is used via a camshaft 42 driven. Rotation of the camshaft 42 about the axis 44 takes place Moving the second piston rod or the drive element 30 in the direction arrow 46. This causes the two pistons to move accordingly 16, 28 also in the direction of arrow 46. This leads to suction or Ejection of fuel or air with the aid of the fuel pump 10 or Pressure generating device 12.
  • a spring 54 arranged the second Piston rod 30 towards cam 48, i.e. down in the drawing, suppressed.
  • the housing 50 is designed in such a way that that both the fuel pump 10 and the pressure generating device 12 are arranged in a common housing.

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Abstract

Eine Kraftstoffeinspritz-Einrichtung für Verbrennungsmotoren, die insbesondere für Zweitaktmotoren geeignet ist, weist eine Kraftstoffpumpe (10) und eine Druckerzeugungs-Einrichtung (12) auf. Die Kraftstoffpumpe (10) weist ein Förderelement (16) zum Zuführen des Kraftstoffs zu einem Verbrennungsraum auf. Die Druckerzeugungseinrichtung (12) weist zur Erzeugung von Druckluft ein Kompressionselement (28) auf. Erfindungsgemäß ist anstatt einer elektrischen Kraftstoffpumpe eine mechanische Kraftstoffpumpe vorgesehen, wobei hierzu das Förderelement (16) und das Kompressionselement (28) zum gemeinsamen Antreiben der Kraftstoffpumpe (10) und der Druckerzeugungseinrichtung (12) miteinander verbunden sind. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritz-Einrichtung für Verbrennungsmotoren. Insbesondere ist die Kraftstoffeinspritz-Einrichtung für Zweitaktmotoren geeignet.
Bekannte Kraftstoffeinspritz-Einrichtungen weisen eine Kraftstoffpumpe und eine Druckerzeugungs-Einrichtung auf. Mit Hilfe der Kraftstoffpumpe wird der Kraftstoff dem Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors zugeführt. Um eine möglichst feine Zerstäubung des Kraftstoffs in dem Verbrennungsraum zu erzielen, ist die Druckerzeugungs-Einrichtung, wie beispielsweise ein Luftkompressor, vorgesehen. Aufgrund der feinen Kraftstoffzerstäubung kann die Motorleistung erhöht werden. Ferner erfolgt hierdurch eine vollständige Verbrennung, so dass die Schadstoffemission reduziert ist.
Bei bekannten Kraftstoffeinspritz-Einrichtungen ist eine elektrische Kraftstoffpumpe vorgesehen. Der Kompressor zur Erzeugung der Druckluft ist beispielsweise an dem Motorgehäuse angeflanscht und wird über den Verbrennungsmotor angetrieben. Das Vorsehen einer elektrischen Kraftstoffpumpe hat den Nachteil, dass insbesondere bei Motorrädern und bei Kleinwagen nur geringe elektrische Leistungen vorhanden sind. Es ist somit nicht möglich, den Kraftstoff mit hohem Druck in den Verbrennungsraum zu fördern.
Ferner sind geeignete elektrische Kraftstoffpumpen, die einen relativ hohen Druck erzeugen können, teuer.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kraftstoffeinspritz-Einrichtung für Verbrennungsmotoren zu schaffen, mit der hohe Kraftstoffdrücke erzielt werden können.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1.
Erfindungsgemäß ist die elektrische Kraftstoffpumpe durch eine mechanische Kraftstoffpumpe ersetzt. Zum Antrieb der Kraftstoffpumpe und der Druckerzeugungseinrichtung ist ein Förderelement der Kraftstoffpumpe und ein Kompressionselement der Druckerzeugungseinrichtung miteinander verbunden. Hierdurch ist ein gemeinsamer Antrieb mit der Kraftstoffpumpe und der Druckerzeugungs-Einrichtung möglich. Hierbei ist vorzugsweise als Kraftstoffpumpe eine Kolbenpumpe vorgesehen, deren Kolben als Förderelement für den Kraftstoff dient. Derartigen mechanischen Kolbenpumpen können hohe Drücke von insbesondere mehr als vier, insbesondere mehr als fünf bar erzeugt werden. Da der Antrieb der Kraftstoffpumpe sowie der Druckerzeugungs-Einrichtung gemeinsam insbesondere durch eine mechanische Verbindung mit dem Verbrennungsmotor erfolgt und somit keine elektrische Energie zum Betreiben der Kraftstoffpumpe erforderlich ist, kann die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritz-Einrichtung auch bei Motoren oder kleinen Kraftfahrzeugen, bei denen keine ausreichende elektrische Energie zur Verfügung steht, eingesetzt werden.
Zum Antreiben der Kraftstoffpumpe und der Druckerzeugungs-Einrichtung ist das Förderelement der Kraftstoffpumpe und/oder das Kompressionselement der Druckerzeugungs-Einrichtung vorzugsweise mit einem Antriebselement verbunden. Das Antriebselement ist mit einer Welle des Verbrennungsmotors verbunden, so dass der Antrieb der Kraftstoffpumpe und der Druckerzeugungs-Einrichtung ausschließlich mechanisch, ohne der Notwendigkeit des Zuführens elektrischer Energie, erfolgt. Bei dem Antriebselement handelt es sich beispielsweise um einen Keilriemen, der mit der zur Lichtmaschine führenden Welle verbunden ist.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist nicht nur die Kraftstoffpumpe als Kolbenpumpe mit einem als Förderelement dienenden ersten Kolben, sondern auch die Druckerzeugungs-Einrichtung als Kolbenpumpe mit einem zweiten Kolben vorgesehen. Der zweite Kolben ist in einem Kompressionsraum zur Kompression von Luft sowie zum Zuführen der komprimierten Luft in den Verbrennungsraum angeordnet. Sowohl das Fördern und Komprimieren des Kraftstoffes als auch der Luft erfolgt somit durch Bewegen des ersten und zweiten Kolbens. Da die Kolben eine Linearbewegung ausführen, erfolgt der Antrieb der beiden Kolben vorzugsweise über eine Nocken- oder über eine Kurbelwelle. Bei dem Antriebselement handelt es sich bei dieser Ausführungsform sodann um eine Kolbenstange oder ein anderes vorzugsweise starres Verbindungselement, das beispielsweise auf der Nocke gleitet, so dass die Drehbewegung der Nockenwelle eine Linearbewegung der beiden Kolben hervorruft.
Hierbei können die beiden Kolben parallel oder in Reihe geschaltet sein, wobei die beiden Kolben stets zum gemeinsamen Antrieb miteinander verbunden sind.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung näher erläutert.
Die Figur zeigt eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritz-Einrichtung.
Die Kraftstoffeinspritz-Einrichtung, die aufgrund der kompakten Bauweise insbesondere für Zweitakt-Motoren geeignet ist, weist eine Kraftstoffpumpe 10 und eine Druckerzeugungseinrichtung 12 auf. Die Kraftstoffpumpe 10 weist einen zylindrischen Hohlraum 14 auf, in dem ein Kolben 16 als Förderelement bewegbar angeordnet ist. Durch in der Zeichnung Auf- und Abbewegen des Kolbens 16 erfolgt ein Ansaugen von Kraftstoff durch einen Einlasskanal 18 in den Kolbenraum 14 bzw. ein Ausstoßen von Kraftstoff aus dem Kolbenraum 14 durch einen Auslasskanal 20. Der Einlasskanal ist mit einem Kraftstofftank und der Auslasskanal mit dem Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors verbunden.
Der Einlasskanal 18 sowie der Auslasskanal 20 weisen jeweils ein die Strömungsrichtung festlegendes Ventil 22 bzw. 24 auf. Der erste Kolben 16 wird über eine erste Kolbenstange 26 angetrieben. Hierzu ist die erste Kolbenstange 26 mit einem zweiten Kolben 28, bei dem es sich um das Kompressionselement der Druckerzeugungseinrichtung 12 handelt, verbunden. Der zweite Kolben 28 ist mit einer zweiten Kolbenstange 30 verbunden. Die beiden Kolben 16,28 sind somit über die erste Kolbenstange 26 fest miteinander verbunden, so dass ein Verschieben des zweiten Kolbens 28 stets auch zu einem Verschieben des ersten Kolbens 16 führt. Die beiden Kolben 16,28 sind konzentrisch zueinander angeordnet. Vorzugsweise sind auch die beiden Kolbenstangen 26,30 konzentrisch zueinander sowie zu den Kolben 16,28 angeordnet.
Anstatt einer starren Verbindung der beiden Kolben 16,28 über eine Kolbenstange 26 kann beispielsweise zwischen der Kolbenstange 26 und dem Kolben 16 eine Federkupplung vorgesehen sein. Insbesondere aufgrund der Federhärte kann eine variable Anpassung der Fördermenge bzw. des durch den Kolben 16 erzeugten Drucks erfolgen. Diese alternative Ausführungsform hat den Vorteil, dass trotz einer Verbindung der beiden Kolben 16,28 und somit eines möglichen gemeinsamen Antriebs der beiden Kolben die von den beiden Kolben geförderte Kraftstoff- bzw. Luftmenge variabel anpassbar ist.
Die Druckerzeugungs-Einrichtung 12 weist einen zylindrischen Hohlraum 32 auf, in dem der zweite Kolben 28 verschiebbar angeordnet ist. Mit dem Hohlraum 32 ist ein Einlasskanal 34, durch den Luft angesaugt wird, sowie ein Auslasskanal 36, durch den die Luft in Richtung des Verbrennungsraums mit hohem Druck von etwa vier bis sechs bar gefördert wird, verbunden. Die beiden Kanäle 34,36 weisen jeweils ein die Strömungsrichtung festlegendes Ventil 38 bzw. 40 auf.
Die zweite Kolbenstange 30, die als Antriebselement des zweiten Kolbens 28 sowie des über die erste Kolbenstange 26 mit dem zweiten Kolben 28 verbundenen ersten Kolbens 16 dient, wird über eine Nockenwelle 42 angetrieben. Durch Drehen der Nockenwelle 42 um die Achse 44 erfolgt ein Bewegen der zweiten Kolbenstange bzw. des Antriebselements 30 in Richtung des Pfeils 46. Hierdurch erfolgt ein entsprechendes Bewegen der beiden Kolben 16,28 ebenfalls in Richtung des Pfeils 46. Dies führt zum Ansaugen bzw. Ausstoßen von Kraftstoff bzw. Luft mit Hilfe der Kraftstoffpumpe 10 bzw. der Druckerzeugungs-Einrichtung 12. Um sicherzustellen, dass die zweite Kolbenstange 30 stets an einer mit der Nockenwelle 42 verbundenen Nocke 48 anliegt, ist zwischen einem Gehäuse 50 und einer mit dem zweiten Kolben 30 verbundenen Halterung 52 eine Feder 54 angeordnet, die die zweite Kolbenstange 30 in Richtung der Nocke 48, d.h. in der Zeichnung nach unten, drückt.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiels ist das Gehäuse 50 derart ausgebildet, dass sowohl die Kraftstoffpumpe 10 als auch die Druckerzeugungs-Einrichtung 12 in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind.

Claims (8)

  1. Kraftstoffeinspritz-Einrichtung für Verbrennungsmotoren, insbesondere für Zweitaktmotoren, mit einer Kraftstoffpumpe (10) mit einem Förderelement (16) zum Fördern des Kraftstoffs zu einem Verbrennungsraum und einer Druckerzeugungs-Einrichtung (12) zur Druckluftzufuhr zu dem Verbrennungsraum, wobei die Druckerzeugungs-Einrichtung (12) ein Kompressionselement (28) zur Druckerzeugung aufweist,
    dadurch gekennzeichnet,dass das Förderelement (16) und das Kompressionselement (28) zum gemeinsamen Antrieb der Kraftstoffpumpe (10) und der Druckerzeugungs-Einrichtung (12) miteinander verbunden sind.
  2. Kraftstoffeinspritz-Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein mit dem Förderelement (16) und/oder dem Kompressionselement (28) verbundenes Antriebselement (30) das mit einer Welle (42) des Verbrennungsmotors verbindbar ist.
  3. Kraftstoffeinspritz-Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffpumpe (10) als Kolbenpumpe mit einem als Förderelement dienenden ersten Kolben (16) ausgebildet ist.
  4. Kraftstoffeinspritz-Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckerzeugungs-Einrichtung (12) einen in einem Kompressionsraum (32) verschiebbar angeordneten, als Kompressionselement dienenden zweiten Kolben (28) aufweist.
  5. Kraftstoffeinspritz-Einrichtung nach einem Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kolben (16) über eine erste Kolbenstange (26) mit dem zweiten Kolben (28) verbunden ist.
  6. Kraftstoffeinspritz-Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffpumpe (10) und die Druckerzeugungs-Einrichtung (12) in Reihe angeordnet sind.
  7. Kraftstoffeinspritz-Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Kolben (16,28) konzentrisch zueinander angeordnet sind.
  8. Kraftstoffeinspritz-Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kolben (28) mit einer als Antriebselement dienenden zweiten Kolbenstange (30) verbunden ist.
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DE2001159508 DE10159508A1 (de) 2001-12-04 2001-12-04 Kraftstoffeinspritz-Einrichtung
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