EP2240682B1 - Kompakte einspritzvorrichtung mit druckgesteuerter düse - Google Patents

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EP2240682B1
EP2240682B1 EP09707071A EP09707071A EP2240682B1 EP 2240682 B1 EP2240682 B1 EP 2240682B1 EP 09707071 A EP09707071 A EP 09707071A EP 09707071 A EP09707071 A EP 09707071A EP 2240682 B1 EP2240682 B1 EP 2240682B1
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EP
European Patent Office
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pressure
diaphragm
injection apparatus
injection
membrane
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Martin Mueller
Udo Sieber
Walter Maeurer
Harald Lang
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
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    • F02M61/047—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00 having valves, e.g. having a plurality of valves in series the valves being formed by deformable nozzle parts, e.g. flexible plates or discs with fuel discharge orifices
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    • F02M63/06—Use of pressure wave generated by fuel inertia to open injection valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M37/00—Apparatus or systems for feeding liquid fuel from storage containers to carburettors or fuel-injection apparatus; Arrangements for purifying liquid fuel specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines
    • F02M37/0011—Constructional details; Manufacturing or assembly of elements of fuel systems; Materials therefor
    • F02M37/0023—Valves in the fuel supply and return system

Definitions

  • the present invention relates to an injection device with a fuel pump, a pressure regulator, a nozzle with a pressure-controlled nozzle and an air actuator, as in US 5170761 presented, but in a compact design.
  • Injectors are known in the prior art in various configurations. Especially for cost and space reasons require small internal combustion engines, which have only one or only two cylinders and a small displacement, independent solutions. Applications of such small internal combustion engines are, for example, two-wheelers or tricycles or lawn mowers, etc.
  • Known injection devices usually comprise in a tank a fuel pump with a pressure regulator, wherein the fuel pump fuel at a predetermined pressure in a line, e.g. a rail or similar, promotes.
  • a line e.g. a rail or similar
  • an injector is arranged, which, controlled by a control device, injects fuel into a suction pipe or directly into a combustion chamber.
  • injectors are very expensive and especially expensive, so that they also make small internal combustion engines very expensive.
  • an electronic control fuel injection device in which an injector is disposed near a pump piston. Further, in this case, a pre-pressure valve is provided for exerting an admission pressure on the fuel in an initial phase of a pressure stroke of the piston in the return line of the fuel to the tank.
  • the admission valve evacuates a part of the fuel located in a pressure chamber in the return line. In this way, in particular the formation of vapor bubbles in the injector can be reduced.
  • the structure is relatively complicated and the device takes up a large amount of space.
  • Injectors with membranes in the pressure-controlled nozzles are made of eg DE 4445585 .
  • the injection device according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that it has a very compact structure. Furthermore, the injection device according to the invention can be produced in a particularly simple and cost-effective manner become. As a result, the injection device according to the invention can be used in particular in small internal combustion engines, for example in two-wheeled vehicles or lawnmowers or the like.
  • the injection device comprises a fuel pump, a pressure regulator for controlling an injection pressure, an injector with pressure-controlled nozzle and an air actuator, which are integral components of an injection module.
  • the injection module is a compact, small-sized component, in which the fuel pump, the pressure regulator, the injector and the air actuator are arranged.
  • the injector comprises a pressure-controlled nozzle
  • the pressure-controlled nozzle comprises a pressure chamber, a nozzle body and an elastic membrane.
  • the term elastic membrane is understood to mean an elastic component which provides a predetermined deformation at a pressure increase in the pressure chamber, in order to enable an injection of fuel from a predetermined pressure level in the pressure chamber. Due to the pressure-controlled nozzle, the injection device thus has a very simple and inexpensive construction.
  • the injection module can be completely pre-assembled so that it only needs to be connected to the necessary connections and can be installed directly into a vehicle.
  • the components of the injection module are preferably arranged in a common housing of the injection module. In addition to the compactness of the injection module is another great advantage that other components for the injection module can be minimized. As a result, the injection device according to the invention is particularly suitable for use in small machines.
  • the injector preferably comprises an actuator which simultaneously actuates the fuel pump and the aerator.
  • an actuator which simultaneously actuates the fuel pump and the aerator.
  • the nozzle body of the injector comprises a sealing seat.
  • the membrane rests against the sealing seat and the membrane has at least one injection opening.
  • the membrane also has the effect of a closing member for the injector, wherein the membrane lifts from the sealing seat when the pressure in the pressure chamber has risen above the predetermined pressure, so that fuel through the gap between the sealing seat and the Membrane can flow and can be ejected from the injection port of the membrane.
  • the number of parts of the pressure-controlled nozzle can be kept very low.
  • the pressure-controlled nozzle comprises a closing body which is arranged on a side of the membrane facing the pressure chamber on the membrane.
  • the closing body can be attached to the membrane, for example, by gluing or welding.
  • the sealing seat on the nozzle body is preferably annular. This also has fluidic advantages during the injection process.
  • the membrane is fixed directly on the nozzle body.
  • the membrane is preferably fixed to the nozzle body by means of laser welding, wherein the nozzle body is preferably cylindrical at the region in which the membrane is to be fastened. This makes it possible for the membrane to have a structure similar to a hemisphere or shell.
  • the nozzle body of the pressure-controlled nozzle comprises a sealing seat and the membrane is connected to a closing body.
  • the closing body cooperates with the sealing seat and releases or closes a gap between closing body and sealing seat for injection of fuel.
  • the closing body is preferably a ball, wherein the membrane is fixed to the maximum circumference of the ball.
  • the pressure-controlled nozzle preferably comprises a return element to return the membrane to its original position.
  • a stop is provided to limit a stroke of the membrane. This ensures that the diaphragm is not damaged due to a too large stroke.
  • the membrane is connected to a sealing ring.
  • the sealing ring is arranged with radial clearance in an annular groove, wherein the annular groove is formed in the nozzle body.
  • the membrane has a radial play on the sealing ring, so that they can center together with a closing body in the sealing seat.
  • the sealing ring is preferably an O-ring.
  • the membrane comprises at least one or more concentric waves. Due to the concentric waves, the membrane has a softer behavior.
  • the fuel pump comprises a pumping chamber and further a first, a second and a third check valve, which are arranged on supply lines or outlets of the pumping chamber.
  • the first check valve between a supply area for fuels and the pumping chamber is arranged.
  • the second check valve is disposed between the pumping chamber and the injector, and the third check valve is disposed between the pumping chamber and a discharge area of overpressure peaks.
  • the use of the pumping chamber allows a particularly compact and thus space-saving and inexpensive construction and can preferably be arranged on a common axis with the armature of the actuator.
  • the pumping chamber preferably has a volume which corresponds to a volume of a maximum injectable amount of fuel at maximum injection pressure.
  • the present invention relates to an internal combustion engine which comprises exactly one cylinder or exactly two cylinders and a fuel injection device according to the invention.
  • the internal combustion engine comprises a fuel tank, which is arranged above the injection module.
  • the fuel pump can be designed very small.
  • FIGS. 1 to 3 a small motor 1 with an injection device according to the invention according to a first embodiment described in detail.
  • FIG. 1 schematically shows the structure of the small motor 1, which is designed as a single-cylinder engine.
  • the small engine 1 comprises a cylinder 3, a reciprocating piston 4, a control unit 5 and a tank 6.
  • the tank 6 is connected to an injection module 2 via a fuel supply line 6a.
  • a fuel return line 6b goes from the injection module 2 back to the tank 6.
  • the tank 6 is arranged above the injection module 2.
  • the injection module 2 is shown very schematically and includes a Fuel pump, a pressure regulator, an injector and an air actuator, so that the injection module 2 is very compact.
  • the small engine 1 further comprises a throttle valve 7, which is arranged in a suction pipe 8.
  • a spark plug 9 On the cylinder 3, a spark plug 9, an intake valve 10 and an exhaust valve 11 are further arranged.
  • the reference numeral 12 designates a bypass line for air, which branches off air from the intake manifold 8 from a region in the flow direction of the air in front of the throttle valve 7 and leads directly to the integrated into the injection module 2 air actuator. An outlet of the bypass line 12 lies directly adjacent to the injector of the injection module. 2
  • the small engine 1 further comprises an exhaust pipe 13, which is released or closed by the exhaust valve 11. Further, an oxygen sensor 14 is provided on the exhaust pipe 13, which is connected to the control unit 5, and the control unit 5 is further comprising a cooling water sensor 15, an oil temperature sensor 16 and a sensor unit 17 for detecting a throttle position, a temperature in the intake manifold 8 and a Pressure in the suction pipe 8 connected.
  • the control unit 5 controls the injection module 2 on the basis of the received signals.
  • the injection device according to the invention is thus provided as an injection module 2 with a fuel pump, a pressure regulator, an injector and an air actuator, and can be designed to be particularly compact and physically small. Furthermore, the injection device according to the invention can be produced very inexpensively and in particular be pre-assembled in advance as a complete injection module, so that it only needs to be installed in the small engine 1 as a compact assembly. The integration of the four items fuel pump, pressure regulator, injector and air actuator thus a simple and inexpensive manufacturability is guaranteed. The fuel pump and the air actuator are actuated by a common actuator. As a result, the injection device 2 according to the invention can be used, for example, in small engines of two-wheelers or lawnmowers.
  • FIG. 2 shows the injection module 2 in detail.
  • the fuel pump 20a, the pressure regulator 20b, the injector 20c and the air actuator 20d are integrated.
  • a multi-part housing 25 is provided.
  • a common actuator simultaneously actuates the fuel pump 20a and the air actuator 20d.
  • the common actuator comprises a coil 21 and an armature 22 FIG. 2 it can be seen, a closing member 23 of the air actuator 20d is attached to the armature 22, wherein the closing member 23 can release or close the bypass line 12 to a valve seat 12a of a bypass line 12.
  • the armature 22 is also fixedly connected to a piston 24, which in this embodiment is a part of the fuel pump 20a.
  • the piston 24 is designed as a plunger.
  • the coil 21 actuates when energized, both simultaneously the closing member 23 and the piston 24. After elimination of the energization of the coil 21, a return spring 28, the closing member and the piston 24 back into the in FIG. 2 back home positions shown. In the FIG. 2 shown position is a position at the end of a suction stroke of the fuel pump 20a.
  • the injection module 2 further comprises the multi-part housing 25, comprising a first housing part 25a, a second housing part 25b, a third housing part 25c and a fourth housing part 25d.
  • the first housing part 25a is assigned to the air actuator 20d and provides the valve seat 12a of the air actuator 20d ready. Furthermore, the first housing part 25a still has the function of a guide element for the armature 22.
  • the second housing part 25b covers the coil 21 from.
  • the third housing part 25c serves to receive the coil 21 and the fourth housing part 25d serves as a guide element for the piston 24 and provides a pumping chamber 27 ready.
  • connections are also arranged for the fuel supply line 6a and 6b for a fuel return line.
  • the fuel supply line 6a opens into the pumping chamber 27 and the fuel return line 6b starts from the pumping chamber 27. It should be noted that it is also possible that the fuel return line 6b does not lead back into a tank, but is connected to the fuel supply line 6a.
  • a first check valve 29, a second check valve 30 according to the invention and a third check valve 31 are arranged in the fourth housing part 25d.
  • the first check valve 29 is disposed between the fuel supply line 6 a and the pumping chamber 27.
  • the second check valve 30 according to the invention is arranged between pumping chamber 27 and a pressure chamber 41 of a pressure-controlled nozzle 40.
  • the third check valve is disposed between the pump chamber 27 and the fuel return line 6b.
  • the third check valve 31 in this case forms the pressure regulator 20b in order to reduce an overpressure possibly arising in the third pumping chamber 27.
  • the second check valve 30 according to the invention is further designed such that it opens from a predetermined pressure in the pumping chamber 27, so that fuel can flow into the pressure chamber 41.
  • the injector 20c in addition to the second check valve 30 according to the invention also includes a pressure-controlled nozzle 40.
  • the pressure-controlled nozzle 40 is in detail in FIG. 3 shown.
  • the pressure-controlled nozzle 40 comprises a nozzle body 44, in which an inlet bore 45 is arranged.
  • the inlet bore 45 provides a connection between the second check valve 30 and the pressure chamber 41 ready.
  • the pressure chamber 41 is arranged annularly at the end of the pressure-controlled nozzle 40.
  • a sealing seat 46 is also still formed, which is formed in this embodiment as a ring.
  • the pressure-controlled nozzle 40 comprises a membrane 42 according to the invention, in which a plurality of spray holes 43 are formed.
  • the membrane 42 according to the invention is attached to the nozzle body 44 by means of laser welding. How out FIG. 3 can be seen, the membrane 42 in the attached state has a hemispherical or shell-like shape. In this case, the inside of the membrane 42 abuts against the sealing seat 46. As a result, an injection chamber 47 is formed between the membrane 42 and the inner region on the sealing seat 46.
  • the function of the injection module 2 is as follows.
  • An intake phase of the fuel pump 20a is introduced through the return element 28, wherein the rest position of the return element 28 defines the end of the intake phase.
  • the first check valve 29 is opened and the second and third check valves 30, 31 are each closed.
  • fuel can flow into the pumping chamber 27 via the open first check valve 29.
  • the coil 21 is then energized so that the armature 22 is moved in the direction of the arrow A in order to pressurize the fluid in the pumping chamber 27 by means of the piston 24. This closes the first check valve 29 and as long as there is still a low pressure level in the pumping chamber 27, the second and the third check valve 30, 31 also remain closed.
  • FIG. 3 schematically shows a spray 48, which is ejected from the spray holes 43.
  • the third check valve 31 opens in order to reduce such pressure peaks into the fuel return line.
  • the third check valve 31 takes over the function of the pressure regulator 20b.
  • the closing member 23 of the air actuator 20d is lifted from the seat 12a during energization of the coil 21.
  • the air actuator 20d opens, so that air can flow through the bypass line 12.
  • the injector 20c Due to the pressure-controlled nozzle 40, the injector 20c thus has a very simple and low-wear construction.
  • the injection of fuel via a pressure control so that no expensive electronic control o.ä. necessary is.
  • the injection can be realized simply by energizing or not energizing the armature. As a result, in particular expensive, outwardly opening nozzles can be dispensed with.
  • the injection module 2 has a common actuator for the fuel pump 20a and the aerator 20d.
  • a common actuator for the fuel pump 20a and the aerator 20d is necessary.
  • the injection device is very compact and inexpensive, and the injection module 2 comprises in each case as integral components a fuel pump 20a, a pressure regulator 20b, a pressure-controlled nozzle injector 20c and an aerator 20d.
  • a common actuator for the air actuator 20d and the fuel pump 20a with an armature 22 is provided in particular.
  • a magnetic actuator was described by energizing a coil as an actuator. It should be noted, however, that in principle other possible actuators may be used, e.g. a piezoactuator.
  • FIG. 4 an injection device according to a second embodiment of the invention described in detail. Equal or functionally identical parts are denoted by the same reference numerals as in the first embodiment.
  • the injection device of the second embodiment has the difference from the first embodiment, only a modified pressure-controlled nozzle 40. How out FIG. 4 it can be seen, a closing body 49 is arranged on an inner side of the membrane 42.
  • the closing body 49 is firmly connected to the membrane 42, for example by gluing.
  • the closing body 49 closes a connection between the pressure chamber 41 and the injection chamber 42 at a sealing seat 46.
  • the sealing seat 46 is again annular and formed on the nozzle body 44.
  • the sealing seat is formed by an annular flat surface, which is in contact with the closing body 49 to the connection between the Pressure chamber 41 and the Abspritzraum 47 to close. If, as described in the first embodiment, a pressure increase takes place in the pressure chamber 41, a deformation of the membrane 42 is carried out from a predetermined pressure, so that the closing body 49 lifts from the sealing seat 46. As a result, a connection between the pressure chamber 41 and the spray chamber 47 is opened, so that fuel can be injected via the spray holes 43 into the suction pipe 8.
  • a provision of the membrane 42 is carried out as in the first embodiment by a pressure reduction in the pressure chamber 41. As from FIG. 4 it can be seen, the membrane 42 of the second embodiment is further formed flat, so that the membrane can be fixed in particular free of stress on the nozzle body 44. Otherwise, this embodiment corresponds to the first embodiment, so that reference can be made to the description given there.
  • FIG. 5 shows a pressure-controlled nozzle 40 according to a third embodiment of an injection device of the invention.
  • the pressure-controlled nozzle 40 of the third embodiment substantially corresponds to that of the second embodiment, in contrast to the sealing seat 46 is formed on the nozzle body by a tapered, in particular conical, region 46a.
  • a sealing surface 49a in the form of a cone is formed on the closing body 49.
  • this embodiment corresponds to the second embodiment, so that reference can be made to the description given there.
  • FIG. 6 shows an injection device with a pressure-controlled nozzle 40 according to a fourth embodiment of the present invention. Equal or functionally identical parts are denoted by the same reference numerals as in the preceding embodiments.
  • the pressure-controlled nozzle 40 of the fourth exemplary embodiment additionally comprises a valve body 50.
  • the sealing seat 46 has a conical shape and has a passage opening 46a at an upper end of the cone, which can be closed by means of a membrane 42.
  • a spring 51 is further arranged, which is supported against the valve body 50.
  • a stroke stop 52 is formed on the valve body 50.
  • FIG. 7 an injection device with a pressure-controlled nozzle according to a fifth embodiment of the invention described in detail. Identical or functionally identical parts are again denoted by the same reference numerals as in the previous embodiments.
  • the pressure-controlled nozzle 40 of the fifth embodiment in contrast to the previous embodiments, a membrane 42 which is fixedly connected to a designed as a ball closure member 49.
  • the membrane 42 has a circular hole in which a partial section of the ball is arranged.
  • the closing body 49 is attached to the membrane 42 by means of gluing or laser welding.
  • the membrane 42 itself is fixed to a nozzle body 44 by means of laser welding.
  • the closing body 49 rests against a sealing seat 46 formed on the nozzle body 44 in the closed state.
  • Subordinate to the sealing seat 46 in the flow direction is a bore opening 56, which is covered with a perforated disc 53.
  • a plurality of injection holes 43 are provided, from which a spray 48 emerges when the nozzle is open.
  • the pressure-controlled nozzle 40 is supplied with pressurized fuel via the inlet bore 45 into the pressure chamber 41, begins from a predetermined pressure level, a deformation of the membrane 42, wherein at the same time the closing body 49 lifts from the sealing seat 46.
  • the deformed membrane is designated by the reference numeral 42 'and the lifted closing body 49 by the reference numeral 49'.
  • the membrane 42 returns itself to its original position due to its inherent elasticity, with the closing body 49 once again resting against the sealing seat 46 and closing it.
  • the provision of the perforated disc 53 also has the advantage that the pressure-controlled nozzle may have a basic structure for various purposes, whereby by simply replacing the perforated disc 53 different sprays for different purposes can be generated. As a result, the production costs for the pressure-controlled nozzle can be kept very low. Otherwise, this embodiment corresponds to the previous embodiments, so that reference can be made to the description given there.
  • FIG. 8 a pressure-controlled nozzle 40 according to a sixth embodiment of the invention described in detail. Equal or functionally identical parts are denoted by the same reference numerals as in the previous embodiments.
  • the pressure-controlled nozzle 40 of the sixth embodiment corresponds to the essential of the Fifth embodiment, the difference in addition, in addition, a return spring 51 and a stroke 52 are provided.
  • the stroke stop 52 limits an opening degree of the nozzle, since at a pressure increase of the closing body 49 abuts against the stroke stop 52 and thus another open at the sealing seat 46 is no longer possible.
  • the membrane 42 can also be provided very inexpensively, since the membrane 42 does not have to apply its own restoring forces and thus can be made of a cost-effective material.
  • the stroke stop 52 is attached to an additional part 44 a of the nozzle body 44.
  • a space 54, in which the stroke stop 52 and the return spring 51 are arranged, is filled with a compressible medium, preferably air. Otherwise, this embodiment corresponds to the previous embodiments, so that reference may be made to the description given there.
  • the diaphragm 42 includes two concentric shafts 42a concentrically disposed about a center of the diaphragm. By providing concentric shafts 42a, the membrane softens and can thereby provide a faster response to pressure changes.
  • FIG. 9 a pressure-controlled nozzle according to a seventh embodiment of the invention described in detail. Equal or functionally identical parts are denoted by the same reference numerals as in the preceding embodiments.
  • the seventh embodiment substantially corresponds to the sixth embodiment.
  • the attachment of the membrane 42 on the nozzle body 44 is configured differently in the seventh embodiment.
  • the membrane 42 is connected to an O-ring 55 at its outer periphery.
  • the O-ring 55 is disposed in an annular groove 44b in the nozzle body 44.
  • the O-ring 55 has a lateral radial clearance S 1 inwards and a lateral radial clearance S2 outwards.
  • This has the advantage that the membrane 42 and thereby also the closing body 49, which is firmly connected to the membrane 42, can center itself. As a result, the tolerance requirements for the items are slightly lower, so that a more cost-effective production is possible. Otherwise, this embodiment corresponds to the previous embodiment, so that reference can be made to the description given there.

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Description

    Stand der Technik
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einspritzvorrichtung mit einer Kraftstoffpumpe, einem Druckregler, einem Injektor mit druckgesteuerter Düse und einem Luftsteller, wie in der US 5170761 dargestellt, aber in einer kompakten Bauweise.
  • Einspritzvorrichtungen sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Insbesondere aus Kosten- und Bauraumgründen erfordern Kleinbrennkraftmaschinen, welche nur einen oder nur zwei Zylinder und einen kleinen Hubraum aufweisen, eigenständige Lösungen. Einsatzgebiete derartiger Kleinbrennkraftmaschinen sind beispielsweise Zweiräder oder Dreiräder oder Rasenmäher usw. Bekannte Einspritzvorrichtungen umfassen üblicherweise in einem Tank eine Kraftstoffpumpe mit einem Druckregler, wobei die Kraftstoffpumpe Kraftstoff mit einem vorbestimmten Druck in eine Leitung, z.B. ein Rail o.ä., fördert. Am Ende der Leitung ist ein Injektor angeordnet, welcher, gesteuert durch eine Steuereinrichtung, Kraftstoff in ein Saugrohr oder direkt in einen Brennraum einspritzt. Derartige Einspritzeinrichtungen sind jedoch sehr aufwendig und insbesondere teuer, so dass sie Kleinbrennkraftmaschinen ebenfalls sehr teuer machen.
  • Aus der EP 1 340 906 B1 oder EP 1 306 544 A1 ist eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit elektronischer Steuerung bekannt, bei der ein Injektor nahe einem Pumpenkolben angeordnet ist. Ferner ist hierbei ein Vordruckventil zum Ausüben eines Vordrucks auf den Kraftstoff in einer Anfangsphase eines Druckhubes des Kolbens in der Rückleitung des Kraftstoffs zum Tank vorgesehen. Das Vordruckventil evakuiert dabei einen Teil des in einer Druckkammer befindlichen Kraftstoffs in die Rückleitung. Hierdurch kann insbesondere die Bildung von Dampfblasen im Injektor reduziert werden. Allerdings ist der Aufbau relativ kompliziert und die Vorrichtung nimmt einen großen Bauraum ein.
  • Injektoren mit Membranen in den druckegesteuerten Düsen sind aus z.B. DE 4445585 , DE 4202387 oder WO 03/078826 bekannt.
    • Vorteile der Erfindung
  • Die erfindungsgemäße Einspritzvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass sie einen sehr kompakten Aufbau aufweist. Ferner kann die erfindungsgemäße Einspritzvorrichtung besonders einfach und kostengünstig hergestellt werden. Dadurch kann die erfindungsgemäße Einspritzvorrichtung insbesondere bei Kleinbrennkraftmaschinen, z.B. bei Zweirädern oder Rasenmähern o.ä., verwendet werden. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Einspritzvorrichtung eine Kraftstoffpumpe, einen Druckregler zur Regelung eines Einspritzdrucks, einen Injektor mit druckgesteuerter Düse und einen Luftsteller umfasst, welche integrale Bestandteile eines Einspritzmoduls sind. Das Einspritzmodul ist ein kompaktes, kleinbauendes Bauteil, in welchem die Kraftstoffpumpe, der Druckregler, der Injektor und der Luftsteller angeordnet sind. Da der Injektor eine druckgesteuerte Düse umfasst, kann der Injektor besonders einfach und kostengünstig bereit gestellt werden. Die druckgesteuerte Düse umfasst dabei einen Druckraum, einen Düsenkörper sowie eine elastische Membran. Erfindungsgemäß wird unter dem Begriff elastische Membran ein elastisches Bauteil verstanden, welches eine vorbestimmte Verformung bei einer Druckerhöhung im Druckraum bereitstellt, um ab einem vorbestimmten Druckniveau im Druckraum eine Einspritzung von Kraftstoff zu ermöglichen. Durch die druckgesteuerte Düse weist die Einspritzvorrichtung somit einen sehr einfachen und kostengünstigen Aufbau auf. Das Einspritzmodul kann dabei komplett vormontiert werden, so dass es lediglich an die notwendigen Anschlüsse angeschlossen werden muss und in ein Fahrzeug direkt eingebaut werden kann. Die Bauteile des Einspritzmoduls sind dabei vorzugsweise in einem gemeinsamen Gehäuse des Einspritzmoduls angeordnet. Neben der Kompaktheit des Einspritzmoduls ist ein weiterer großer Vorteil, dass auch andere Bauteile für das Einspritzmodul minimiert werden können. Dadurch eignet sich die erfindungsgemäße Einspritzvorrichtung besonders für einen Einsatz in Kleinmaschinen.
  • Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
  • Die Einspritzvorrichtung umfasst vorzugsweise einen Aktuator, welcher gleichzeitig die Kraftstoffpumpe und den Luftsteller betätigt. Dadurch kann insbesondere jeweils ein separater Aktuator für den Luftsteller bzw. die Kraftstoffpumpe entfallen, so dass die Bauteileanzahl signifikant reduziert wird. Hierdurch ergibt sich selbstverständlich auch eine Kostenreduktion. Somit übernimmt der gemeinsame Aktuator erstens die Funktion des Pumpenantriebs und zweitens die Funktion des Stellantriebs für den Luftsteller.
  • Vorzugsweise umfasst der Düsenkörper des Injektors einen Dichtsitz. An dem Dichtsitz liegt die Membran an und die Membran weist wenigstens eine Spritzöffnung auf. Somit hat die Membran zusätzlich noch die Wirkung eines Schließglieds für den Injektor, wobei sich die Membran vom Dichtsitz abhebt, wenn der Druck im Druckraum über den vorbestimmten Druck angestiegen ist, so dass Kraftstoff durch den Spalt zwischen dem Dichtsitz und der Membran strömen kann und aus der Spritzöffnung der Membran ausgespritzt werden kann. Hierdurch kann die Teile Zahl der druckgesteuerten Düse sehr gering gehalten werden.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgeschaltung der vorliegenden Erfindung umfasst die druckgesteuerte Düse einen Schließkörper, welcher an einer zum Druckraum gerichteten Seite der Membran an der Membran angeordnet ist. Dadurch wird der Membran eine verbesserte Stabilität gegeben, so dass insbesondere ein Einreißen der Membran während des Betriebs vermieden werden kann. Die druckgesteuerte Düse weist dadurch eine längere Lebensdauer auf. Der Schließkörper kann beispielsweise mittels Kleben oder Schweißen an der Membran befestigt werden. Um ein möglichst einfachen Aufbau aufzuweisen, ist der Dichtsitz am Düsenköper vorzugsweise ringförmig ausgebildet. Dies hat ferner auch strömungstechnische Vorteile während des Einspritzvorgangs.
  • Weiter bevorzugt ist die Membran unmittelbar am Düsenkörper fixiert. Die Membran wird vorzugsweise mittels Laserschweißen am Düsenkörper befestigt, wobei der Düsenkörper an dem Bereich, in welchem die Membran befestigt werden soll, vorzugsweise zylindrisch ist. Dadurch ist möglich, dass sie Membran einen Aufbau ähnlich einer Halbkugel bzw. Schale aufweist.
  • Gemäß einer bevorzugten Alternative der vorliegenden Erfindung umfasst der Düsenkörper der druckgesteuerten Düse einen Dichtsitz und die Membran ist mit einem Schließkörper verbunden. Der Schließkörper arbeitet mit dem Dichtsitz zusammen und gibt einen Spalt zwischen Schließkörper und Dichtsitz für eine Einspritzung von Kraftstoff frei bzw. verschließt diesen wieder. Durch das Vorsehen des Schließkörpers an der Membran kann ebenfalls eine lange Lebensdauer der druckgesteuerten Düse sicher gestellt werden. Der Schließkörper ist dabei vorzugsweise eine Kugel, wobei die Membran am maximalen Umfang der Kugel fixiert ist.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst die druckgesteuerte Düse vorzugsweise ein Rückstellelement, um die Membran in ihre Ausgangsposition zurückzustellen. Hierdurch kann eine Rückstellung der Membran schneller ermöglicht werden, und die Membran aus einem kostengünstigen, flexiblen Material hergestellt werden.
  • Weiter bevorzugt ist ein Anschlag vorgesehen, um einen Hub der Membran zu begrenzen. Dadurch wird sicher gestellt, dass die Membran nicht aufgrund eines zu großen Hubes beschädigt wird.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Membran mit einem Dichtring verbunden. Der Dichtring ist dabei mit radialem Spiel in einer Ringnut angeordnet, wobei die Ringnut im Düsenkörper gebildet ist. Dadurch hat die Membran über den Dichtring ein radiales Spiel, so dass sie sich gemeinsam mit einem Schließkörper im Dichtsitz zentrieren kann. Der Dichtring ist vorzugsweise ein O-Ring.
  • Weiter bevorzugt umfasst die Membran wenigstens eine oder mehrere konzentrische Wellen. Durch die konzentrischen Wellen weist die Membran ein weicheres Verhalten auf.
  • Vorzugsweise umfasst die Kraftstoffpumpe eine Pumpkammer und ferner ein erstes, ein zweites und ein drittes Rückschlagventil, welche an Zuleitungen bzw. Ableitungen der Pumpkammer angeordnet sind. Hierbei ist das erste Rückschlagventil zwischen einem Zuleitungsbereich für Kraftstoffe und der Pumpkammer angeordnet. Das zweite Rückschlagventil ist zwischen der Pumpkammer und dem Injektor angeordnet und das dritte Rückschlagventil ist zwischen der Pumpkammer und einem Ableitungsbereich bzw. Rückleitungsbereich von Überdruckspitzen angeordnet. Die Verwendung der Pumpkammer ermöglicht dabei einen besonders kompakten und somit platzsparenden und kostengünstigen Aufbau und kann vorzugsweise auf einer gemeinsamen Achse mit dem Anker des Aktuators angeordnet werden. Die Pumpkammer weist dabei vorzugsweise ein Volumen auf, welches einem Volumen einer maximalen einspritzbaren Kraftstoffmenge bei maximalem Einspritzdruck entspricht.
  • Weiter betrifft die vorliegende Erfindung eine Brennkraftmaschine, welche genau einen Zylinder oder genau zwei Zylinder sowie eine erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzvorrichtung umfasst. Besonders bevorzugt umfasst die Brennkraftmaschine einen Kraftstofftank, welcher oberhalb des Einspritzmoduls angeordnet ist. Dadurch kann insbesondere die Kraftstoffpumpe sehr klein ausgelegt werden.
    • Zeichnung
  • Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
    • Figur 1
    eine schematische Ansicht eines Kleinmotors mit einer Einspritzvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
    Figur 2
    eine schematische Ansicht der Einspritzvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
    Figur 3
    eine schematische Schnittansicht einer druckgesteuerten Düse gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
    Figur 4
    eine schematische Schnittansicht einer druckgesteuerten Düse gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
    Figur 5
    eine schematische Schnittansicht einer druckgesteuerten Düse gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
    Figur 6
    eine schematische Schnittansicht einer druckgesteuerten Düse gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
    Figur 7
    eine schematische Schnittansicht einer druckgesteuerten Düse gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
    Figur 8
    eine schematische Schnittansicht einer druckgesteuerten Düse gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, und
    Figur 9
    eine schematische Schnittansicht einer druckgesteuerten Düse gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
    Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
  • Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 3 ein Kleinmotor 1 mit einer erfindungsgemäßen Einspritzvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel im Detail beschrieben.
  • Figur 1 zeigt schematisch den Aufbau des Kleinmotors 1, welcher als Einzylindermotor ausgebildet ist. Der Kleinmotor 1 umfasst einen Zylinder 3, einen darin hin- und herbewegbaren Kolben 4, eine Steuereinheit 5 und einen Tank 6. Der Tank 6 ist über eine Kraftstoffzuleitung 6a mit einem Einspritzmodul 2 verbunden. Eine Kraftstoffrückleitung 6b geht von dem Einspritzmodul 2 zurück zum Tank 6. Wie aus Figur 1 schematisch ersichtlich ist, ist der Tank 6 über dem Einspritzmodul 2 angeordnet. Dadurch läuft der Kraftstoff durch die Kraftstoffzuleitung 6a aufgrund der Schwerkraft zum Einspritzmodul 2. Das Einspritzmodul 2 ist sehr schematisch dargestellt und umfasst eine Kraftstoffpumpe, einen Druckregler, einen Injektor und einen Luftsteller, so dass das Einspritzmodul 2 sehr kompakt aufgebaut ist.
  • Der Kleinmotor 1 umfasst ferner eine Drosselklappe 7, welche in einem Saugrohr 8 angeordnet ist. Am Zylinder 3 sind ferner eine Zündkerze 9, ein Einlassventil 10 und ein Auslassventil 11 angeordnet. Das Bezugszeichen 12 bezeichnet eine Bypassleitung für Luft, welche Luft vom Saugrohr 8 von einem Bereich in Strömungsrichtung der Luft vor der Drosselklappe 7 abzweigt und direkt zum in das Einspritzmodul 2 integrierten Luftsteller führt. Ein Auslass der Bypassleitung 12 liegt dabei unmittelbar benachbart zum Injektor des Einspritzmoduls 2.
  • Der Kleinmotor 1 umfasst ferner eine Abgasleitung 13, welche durch das Auslassventil 11 freigegeben bzw. verschlossen wird. Ferner ist ein Sauerstoffsensor 14 an der Abgasleitung 13 vorgesehen, welcher mit der Steuereinheit 5 verbunden ist, und die Steuereinheit 5 ist ferner mit einem Kühlwassersensor 15, einem Öltemperatursensor 16 und einer Sensoreinheit 17 für die Erfassung einer Drosselposition, einer Temperatur im Saugrohr 8 und eines Drucks im Saugrohr 8 verbunden. Die Steuereinheit 5 steuert dabei anhand der erhaltenen Signale das Einspritzmodul 2.
  • Die erfindungsgemäße Einspritzvorrichtung ist somit als Einspritzmodul 2 mit einer Kraftstoffpumpe, einem Druckregler, einem Injektor und einem Luftsteller vorgesehen, und kann besonders kompakt und kleinbauend ausgelegt werden. Ferner kann die erfindungsgemäße Einspritzvorrichtung sehr kostengünstig hergestellt werden und insbesondere schon im voraus als komplettes Einspritzmodul vormontiert werden, so dass es lediglich in den Kleinmotor 1 als Kompaktbaugruppe eingebaut werden muss. Durch die Integration der vier Einzelteile Kraftstoffpumpe, Druckregler, Injektor und Luftsteller ist somit eine einfache und kostengünstige Herstellbarkeit gewährleistet. Die Kraftstoffpumpe und der Luftsteller werden dabei von einem gemeinsamen Aktuator betätigt. Dadurch kann die erfindungsgemäße Einspritzvorrichtung 2 beispielsweise in Kleinmotoren von Zweirädern oder Rasenmähern verwendet werden.
  • Figur 2 zeigt das Einspritzmodul 2 im Detail. Im Einspritzmodul 2 sind die Kraftstoffpumpe 20a, der Druckregler 20b, der Injektor 20c und der Luftsteller 20d integriert. Hierzu ist ein mehrteiliges Gehäuse 25 vorgesehen. Ein gemeinsamer Aktuator betätigt dabei gleichzeitig die Kraftstoffpumpe 20a und den Luftsteller 20d. Der gemeinsame Aktuator umfasst dabei eine Spule 21 und einen Anker 22. Wie aus Figur 2 ersichtlich ist, ist am Anker 22 ein Schließglied 23 des Luftstellers 20d befestigt, wobei das Schließglied 23 an einem Ventilsitz 12a einer Bypassleitung 12 die Bypassleitung 12 freigeben bzw. verschließen kann. Der Anker 22 ist ferner mit einem Kolben 24 zu fest verbunden, welcher in diesem Ausführungsbeispiel ein Teil der Kraftstoffpumpe 20a ist. Der Kolben 24 ist als Plungerkolben ausgebildet. Die Spule 21 betätigt dabei, wenn sie bestromt wird, gleichzeitig sowohl das Schließglied 23 als auch den Kolben 24. Nach Wegfall der Bestromung der Spule 21 stellt eine Rückstellfeder 28 das Schließglied und den Kolben 24 wieder in die in Figur 2 gezeigten Ausgangspositionen zurück. Die in Figur 2 gezeigte Position ist dabei eine Position am Ende eines Ansaughubes der Kraftstoffpumpe 20a.
  • Das Einspritzmodul 2 umfasst ferner das mehrteiliges Gehäuse 25, umfassend ein erstes Gehäuseteil 25a, ein zweites Gehäuseteil 25b, ein drittes Gehäuseteil 25c und ein viertes Gehäuseteil 25d. Das erste Gehäuseteil 25a ist dabei dem Luftsteller 20d zugeordnet und stellt den Ventilsitz 12a des Luftstellers 20d bereit. Ferner hat das erste Gehäuseteil 25a noch die Funktion eines Führungselements für den Anker 22. Das zweite Gehäuseteil 25b deckt die Spule 21 ab. Das dritte Gehäuseteil 25c dient zur Aufnahme der Spule 21 und das vierte Gehäuseteil 25d dient als Führungselement für den Kolben 24 und stellt eine Pumpkammer 27 bereit. Im vierten Gehäuseteil 25d sind ferner Anschlüsse für die Kraftstoffzuleitung 6a sowie für eine Kraftstoffrückleitung 6b angeordnet. Die Kraftstoffzuleitung 6a mündet dabei in der Pumpkammer 27 und die Kraftstoffrückleitung 6b geht von der Pumpkammer 27 aus ab. Hierbei sei angemerkt, dass es auch möglich ist, dass die Kraftstoffrückleitung 6b nicht zurück in einen Tank führt, sondern mit der Kraftstoffzuleitung 6a verbunden ist. Im vierten Gehäuseteil 25d sind ein erstes Rückschlagventil 29, ein zweites erfindungsgemäßes Rückschlagventil 30 und ein drittes Rückschlagventil 31 angeordnet. Das erste Rückschlagventil 29 ist zwischen der Kraftstoffzuleitung 6a und der Pumpkammer 27 angeordnet. Das zweite erfindungsgemäße Rückschlagventil 30 ist zwischen Pumpkammer 27 und einem Druckraum 41 einer druckgesteuerten Düse 40 angeordnet. Das dritte Rückschlagventil ist zwischen der Pumpkammer 27 und der Kraftstoffrückleitung 6b angeordnet. Das dritte Rückschlagventil 31 bildet dabei den Druckregler 20b, um einen gegebenenfalls in der dritten Pumpkammer 27 entstehenden Überdruck abzubauen. Das zweite erfindungsgemäßes Rückschlagventil 30 ist weiter derart ausgelegt, dass es ab einem vorbestimmten Druck in der Pumpkammer 27 öffnet, so dass Kraftstoff in den Druckraum 41 strömen kann.
  • Wie insbesondere aus den Figuren 2 und 3 ersichtlich ist, umfasst der Injektor 20c neben dem zweiten erfindungsgemäßen Rückschlagventil 30 auch eine druckgesteuerte Düse 40. Die druckgesteuerte Düse 40 ist im Detail in Figur 3 dargestellt. Die druckgesteuerte Düse 40 umfasst einen Düsenkörper 44, in welchem eine Zulaufbohrung 45 angeordnet ist. Die Zulaufbohrung 45 stellt dabei eine Verbindung zwischen dem zweiten Rückschlagventil 30 und dem Druckraum 41 bereit. Der Druckraum 41 ist ringförmig am Ende der druckgesteuerten Düse 40 angeordnet. Am Düsenkörper 44 ist ferner noch ein Dichtsitz 46 gebildet, welcher in diesem Ausführungsbeispiel als Ring ausgebildet ist. Ferner umfasst die druckgesteuerte Düse 40 eine erfindungsgemäße Membran 42, in welcher mehrere Spritzlöcher 43 gebildet sind. Die erfindungsgemäße Membran 42 ist mittels Laserschweißen am Düsenkörper 44 befestigt. Wie aus Figur 3 ersichtlich ist, weist die Membran 42 im befestigten Zustand eine halbkugelförmige bzw. schalenartige Gestalt auf. Dabei liegt die Innenseite der Membran 42 am Dichtsitz 46 an. Dadurch wird zwischen der Membran 42 und dem Innenbereich am Dichtsitz 46 ein Abspritzraum 47 gebildet.
  • Die Funktion des erfindungsgemäßen Einspritzmoduls 2 ist dabei wie folgt. Eine Ansaugphase der Kraftstoffpumpe 20a wird durch das Rückstellelement 28 eingeleitet, wobei die Ruhestellung des Rückstellelements 28 das Ende der Ansaugphase definiert. Während der Ansaugphase ist das erste Rückschlagventil 29 geöffnet und das zweite und dritte Rückschlagventil 30, 31 sind jeweils geschlossen. Dadurch kann Kraftstoff über das geöffnete erste Rückschlagventil 29 in die Pumpkammer 27 strömen. Anschließend erfolgt eine Bestromung der Spule 21, so dass der Anker 22 in Richtung des Pfeils A bewegt wird, um das sich in der Pumpkammer 27 befindliche Fluid mittels des Kolbens 24 unter Druck zu setzen. Dadurch schließt das erste Rückschlagventil 29 und solange noch ein geringes Druckniveau in der Pumpkammer 27 herrscht, bleiben das zweite und das dritte Rückschlagventil 30, 31 ebenfalls geschlossen. Ab einem vorbestimmten Druckniveau öffnet dann das zweite Rückschlagventil 30, so dass unter Druck stehendes Fluid in den Injektor 20c strömen kann und über die Zulaufbohrung 45 in den Druckraum 41 strömt. Da die Membran 42 aus einem elastischen Material hergestellt ist, wird, sobald der Druck im Druckraum 41 ein vorbestimmtes Druckniveau überschreitet, die Membran 42 verformt, so dass die Membran 42 vom Dichtsitz 46 abhebt. Dies ist in Figur 3 durch die gestrichelte Membran 42' dargestellt. Dadurch kann Kraftstoff über die Spritzlöcher 43 in das Saugrohr 8 eingespritzt werden. Figur 3 zeigt schematisch ein Spray 48, welches aus den Spritzlöchern 43 ausgespritzt wird. Sollte ein Druck in der Pumpkammer 27 zu groß werden, d.h., größer als ein Referenzwert, öffnet das dritte Rückschlagventil 31, um derartige Druckspitzen in die Kraftstoffrückleitung abzubauen. Somit übernimmt das dritte Rückschlagventil 31 die Funktion des Druckreglers 20b. Gleichzeitig mit der Betätigung der Kraftstoffpumpe 20a wird bei einer Bestromung der Spule 21 auch das Schließglied 23 des Luftstellers 20d vom Sitz 12a abgehoben. Hierdurch öffnet der Luftsteller 20d, so dass Luft durch die Bypassleitung 12 strömen kann.
  • Wenn die Einspritzung beendet werden soll, wird die Bestromung der Spule 21 beendet, so dass der Anker 22 durch das Rückstellelement 28 wieder in die in Figur 2 gezeigte Ausgangsstellung zurückgestellt wird. Hierbei wird der Kolben 24 aus der Pumpkammer 27 herausgezogen, so dass ein Druckniveau in der Pumpkammer 27 reduziert wird. Dadurch schließt das zweite Rückschlagventil 30, so dass auch der Druck im Druckraum 41 verringert ist. Dadurch kann sich die Membran 42 wieder selbständig in ihre Ausgangsposition zurückstellen und liegt an dem ringförmigen Dichtsitz 46 an. Dadurch ist die Einspritzung beendet. Durch die Rückbewegung des Kolbens 24 beginnt ferner wieder die Ansaugphase, in welcher das erste Rückschlagventil 29 geöffnet wird und Kraftstoff über die Kraftstoffzuleitung 6a angesaugt wird. Um eine Verschmutzung insbesondere der Rückschlagventile sowie der druckgesteuerten Düse zu verhindern, ist ferner ein Filter 33 in der Kraftstoffzuleitung angeordnet. Gleichzeitig wird durch die Rückstellung des Ankers 22 auch der Luftsteller 20d wieder verschlossen
  • Durch die druckgesteuerte Düse 40 weist der Injektor 20c somit ein sehr einfachen und verschleißarmen Aufbau auf. Die Einspritzung von Kraftstoff erfolgt über eine Drucksteuerung, so dass keine aufwendige elektronische Steuerung o.ä. notwendig ist. Die Einspritzung kann einfach durch Bestromen bzw. nicht Bestromen des Ankers realisiert werden. Dadurch kann insbesondere auf teuere, nach außen öffnende Düsen verzichtet werden.
  • Somit weist erfindungsgemäß das Einspritzmodul 2 einen gemeinsamen Aktuator für die Kraftstoffpumpe 20a und den Luftsteller 20d auf. Hierdurch ist lediglich eine Spule und eine einzige elektrische Endstufe mit Verkabelung in die Kraftstoffpumpe 20a und den Luftsteller 20d notwendig. Ferner kann der Luftsteller 20d in den Betriebszuständen des Kleinmotors 1, in denen er benötigt wird, d.h., üblicherweise im Leerlauf, öffnen und schließen und in Betriebszuständen, in denen er nicht zwingend benötigt wird, kann sichergestellt werden, dass trotz des gemeinsamen Aktuators mit der Kraftstoffpumpe 20a eine Betätigung der Kraftstoffpumpe 20a nicht verzögert oder anderweitig behindert wird.
  • Es sei angemerkt, dass die Einspritzvorrichtung sehr kompakt und kostengünstig aufgebaut ist und das Einspritzmodul 2 jeweils als integrale Bestandteile eine Kraftstoffpumpe 20a, einen Druckregler 20b, einen Injektor 20c mit druckgesteuerter Düse 40 und einen Luftsteller 20d umfasst. Hierbei ist insbesondere ein gemeinsamer Aktuator für den Luftsteller 20d und die Kraftstoffpumpe 20a mit einem Anker 22 vorgesehen. In dem Ausführungsbeispiel wurde als Aktuator dabei jeweils ein magnetischer Aktuator durch Bestromung einer Spule beschrieben. Es sei jedoch angemerkt, dass grundsätzlich auch andere mögliche Aktuatoren verwendet werden können, z.B. ein Piezoaktuator.
  • Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Figur 4 eine Einspritzvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben. Gleich bzw. funktional gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet. Die Einspritzvorrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels weist dem Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel lediglich eine geänderte druckgesteuerte Düse 40 auf. Wie aus Figur 4 ersichtlich ist, ist an einer Innenseite der Membran 42 ein Schließkörper 49 angeordnet. Der Schließkörper 49 ist beispielsweise durch Kleben fest mit der Membran 42 verbunden. Der Schließkörper 49 verschließt dabei eine Verbindung zwischen dem Druckraum 41 und dem Abspritzraum 42 an einem Dichtsitz 46. Der Dichtsitz 46 ist wieder ringförmig ausgebildet und am Düsenkörper 44 gebildet. Der Dichtsitz ist dabei durch eine ringförmige flache Fläche gebildet, welche sich mit dem Schließkörper 49 in Kontakt befindet, um die Verbindung zwischen dem Druckraum 41 und dem Abspritzraum 47 zu verschließen. Wenn, wie im ersten Ausführungsbeispiel beschrieben, ein Druckanstieg im Druckraum 41 erfolgt, wird ab einem vorbestimmten Druck eine Verformung der Membran 42 ausgeführt, so dass der Schließkörper 49 vom Dichtsitz 46 abhebt. Dadurch ist eine Verbindung zwischen dem Druckraum 41 und dem Abspritzraum 47 geöffnet, so dass Kraftstoff über die Spritzlöcher 43 in das Saugrohr 8 ausgespritzt werden kann. Eine Rückstellung der Membran 42 erfolgt dabei wie im ersten Ausführungsbeispiel durch eine Druckabsenkung im Druckraum 41. Wie aus Figur 4 ersichtlich ist, ist die Membran 42 des zweiten Ausführungsbeispiels ferner flach ausgebildet, so dass die Membran insbesondere frei von Spannungen am Düsekörper 44 fixiert werden kann. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem ersten Ausführungsbeispiel, so dass auf die dortgegebene Beschreibung verwiesen werden kann.
  • Figur 5 zeigt eine druckgesteuerte Düse 40 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel für eine Einspritzvorrichtung der Erfindung. Die druckgesteuerte Düse 40 des dritten Ausführungsbeispiels entspricht im wesentlichen der des zweiten Ausführungsbeispiels, wobei im Unterschied dazu der Dichtsitz 46 am Düsenkörper durch einen sich verjüngenden, insbesondere kegelförmigen, Bereich 46a gebildet ist. In entsprechender Weise ist am Schließkörper 49 eine Dichtfläche 49a in Kegelform gebildet. Ansonsten entspricht dieser Ausführungsbeispiel dem zweiten Ausführungsbeispiel, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.
  • Figur 6 zeigt eine Einspritzvorrichtung mit einer druckgesteuerten Düse 40 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Gleich bzw. funktional gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen bezeichnet.
  • Im Unterschied zu den vorherigen Ausführungsbeispielen umfasst die druckgesteuerte Düse 40 des vierten Ausführungsbeispiels zusätzlich ein Ventilkörper 50. Der Dichtsitz 46 ist kegelförmig ausgebildet und weist eine Durchlassöffnung 46a an einem oberen Ende des Kegels auf, welche mittels einer Membran 42 verschließbar ist. An der Rückseite der Membran 42 ist ferner eine Feder 51 angeordnet, welche sich gegen den Ventilkörper 50 abstützt. Weiter ist am Ventilkörper 50 ein Hubanschlag 52 gebildet. Die Funktion der druckgesteuerten Düse des vierten Ausführungsbeispiels ist dabei wie folgt. Sobald im Druckraum 41 eine Druckerhöhung stattfindet, wird die Membran 42 gegen die Federkraft der Feder 51 vom Dichtsitz 46 abgehoben. Dadurch kann Kraftstoff in den Abspritzraum 47 gelangen und von dort durch Spritzlöcher 43, welche in einer Lochscheibe 53 angeordnet sind, abgespritzt werden. Der Hubanschlag 52 begrenzt dabei einen Weg der Membran 42. Sobald der Druck im Druckraum 41 wieder reduziert wird, wie oben beschrieben, stellt die Feder 51 die Membran 42 wieder in die Ausgangsposition zurück. Dadurch liegt die Membran 42 wieder am Dichtsitz 46 an und die Einspritzung ist beendet. Der Düsenkörper 44 und der Ventilkörper 50 können dabei beispielsweise mittels Schweißen verbunden werden.
  • Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Figur 7 eine Einspritzvorrichtung mit einer druckgesteuerten Düse gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind wieder mit den gleichen Bezugszeichen wie in den vorherigen Ausführungsbeispielen bezeichnet.
  • Wie aus Figur 7 ersichtlich ist, umfasst die druckgesteuerte Düse 40 des fünften Ausführungsbeispiels im Unterschied zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen eine Membran 42, welche fest mit einer als Kugel ausgebildetem Schließkörper 49 verbunden ist. Die Membran 42 weist ein kreisförmiges Loch auf, in welchem ein Teilabschnitt der Kugel angeordnet ist. Der Schließkörper 49 ist an der Membran 42 mittels Kleben oder Laserschweißen befestigt. Die Membran 42 selbst ist an einem Düsekörper 44 mittels Laserschweißen fixiert. Der Schließkörper 49 liegt im geschlossenen Zustand an einem am Düsenkörper 44 gebildeten Dichtsitz 46 an. Dem Dichtsitz 46 in Strömungsrichtung nachgeordnet ist eine Bohrungsöffnung 56, welche mit einer Lochscheibe 53 abgedeckt ist. In der Lochscheibe 53 sind mehrere Spritzlöcher 43 vorgesehen, aus welchen ein Spray 48 bei geöffneter Düse austritt. Wenn der druckgesteuerten Düse 40 unter Druck stehender Kraftstoff über die Zulaufbohrung 45 in den Druckraum 41 zugeführt wird, beginnt ab einem vorbestimmten Druckniveau eine Verformung der Membran 42, wobei sich gleichzeitig auch der Schließkörper 49 vom Dichtsitz 46 abhebt. In Figur 7 ist die verformte Membran mit dem Bezugszeichen 42' und der abgehobene Schließkörper 49 mit den Bezugszeichen 49' gekennzeichnet. Dadurch wird eine Verbindung zwischen dem Druckraum 41 und der Bohrungsöffnung 56 frei gegeben, so dass Kraftstoff durch die Spritzlöcher 43 nach außen strömen kann. Sobald der Druck im Druckraum 41 wieder sinkt, stellt die Membran 42 sich selbst aufgrund ihrer Eigenelastizität wieder in die Ausgangsstellung zurück, wobei der Schließkörper 49 wieder am Dichtsitz 46 anliegt und diesen verschließt. Dadurch ist die Einspritzung beendet. Das Vorsehen der Lochscheibe 53 hat ferner den Vorteil, dass die druckgesteuerte Düse einen Grundaufbau für verschiedene Einsatzzwecke aufweisen kann, wobei durch einfachen Austausch der Lochscheibe 53 unterschiedliche Sprays für unterschiedliche Einsatzzwecke erzeugt werden können. Dadurch können die Herstellungskosten für die druckgesteuerte Düse sehr gering gehalten werden. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel den vorherigen Ausführungsbeispielen, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.
  • Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Figur 8 eine druckgesteuerte Düse 40 gemäß einem sechstem Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben. Gleich bzw. funktional gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in den vorherigen Ausführungsbeispielen bezeichnet.
  • Die druckgesteuerte Düse 40 des sechsten Ausführungsbeispiels entspricht dem wesentlichen der des fünften Ausführungsbeispiels, beim Unterschied dazu zusätzlich noch eine Rückstellfeder 51 und ein Hubeinschlag 52 vorgesehen sind. Der Hubanschlag 52 begrenzt dabei einen Öffnungsgrad der Düse, da bei einer Drucksteigerung der Schließkörper 49 gegen den Hubanschlag 52 anschlägt und somit ein weiteres öffnen am Dichtsitz 46 nicht mehr möglich ist. Durch das Vorsehen der Rückstellfeder 51 kann die Membran 42 ferner sehr kostengünstig bereit gestellt werden, da die Membran 42 keine eigenen Rückstellkräfte aufbringen muss und somit aus einen kostengünstigen Material hergestellt werden kann. Der Hubanschlag 52 ist dabei an einem Zusatzteil 44a des Düsenkörpers 44 befestigt. Ein Raum 54, in welchem der Hubanschlag 52 und die Rückstellfeder 51 eingeordnet sind, ist mit einem kompressiblem Medium vorzugsweise Luft, gefüllt. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel den vorhergehenden Ausführungsbeispielen, so dass auf die dort gebende Beschreibung verwiesen werden kann.
  • Ferner umfasst die Membran 42 zwei konzentrische Wellen 42a, welche konzentrisch um eine Mitte der Membran angeordnet sind. Durch das Vorsehen der konzentrischen Wellen 42a wird die Membran weicher und kann dadurch eine schnellere Reaktion auf Druckänderungen bereitstellen,
  • Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Figur 9 eine druckgesteuerte Düse gemäß einem siebtem Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben. Gleich bzw. funktional gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen mit bezeichnet.
  • Wie aus Figur 9 ersichtlich ist, entspricht das siebte Ausführungsbeispiel wesentlich dem sechsten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zum sechsten Ausführungsbeispiel ist beim siebten Ausführungsbeispiel jedoch die Befestigung der Membran 42 am Düsenkörper 44 unterschiedlich ausgestaltet. Wie aus Figur 9 ersichtlich ist, ist die Membran 42 mit einem O -Ring 55 an ihrem äußerem Umfang verbunden. Der O-Ring 55 ist in einer Ringnut 44b im Düsenkörper 44 angeordnet. Wie aus Figur 9 ersichtlich ist, weist der O-Ring 55 ein seitliches radiales Spiel S 1 nach innen und ein seitliches radiales Spiel S2 nach außen auf. Dies hat den Vorteil, dass die Membran 42 und dadurch auch der Schließkörper 49, welcher fest mit der Membran 42 verbunden ist, sich selbst zentrieren kann. Dadurch sind die Toleranzanforderungen an die Einzelteile etwas geringer, so dass eine kostengünstigere Herstellung möglich ist. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel den vorhergehenden Ausführungsbeispiel, so dass auf die dort gegeben Beschreibung verwiesen werden kann.

Claims (12)

  1. Einspritzvorrichtung, umfassend eine Kraftstoffpumpe (20a), einen Druckregler (20b), einen Injektor (20c) und einen Luftsteller (20d), dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffpumpe (20a), der Druckregler (20b), der Injektor (20c) und der Luftsteller (20d) integraler Bestandteil eines Einspritzmoduls (2) sind, und der Injektor (20c) ein Rückschlagventil (30) und eine druckgesteuerte Düse (40) mit einem Druckraum (41), einem Düsenkörper (44) und einer Membran (42) umfasst, wobei das Rückschlagventil (30) zwischen einer Pumpkammer (27) der Kraftstoffpumpe (20a) und dem Druckraum (41) der druckgesteuerten Düse (40) derart angeordnet und ausgelegt ist, dass es ab einem vorbestimmten Druck in der Pumpkammer (27) öffnet, so dass Kraftstoff in den Druckraum (41) strömen kann.
  2. Einspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenkörper (44) einen Dichtsitz (46) umfasst, an welchem die Membran (42) anliegt und die Membran (42) wenigstens ein Spritzloch (43) aufweist, wobei zwischen der Membran (42) und dem Düsenkörper (44) ein Abspritzraum (47) angeordnet ist und das wenigstens eine Spritzloch (43) der Membran (42) im Bereich des Abspritzraums (47) angeordnet ist.
  3. Einspritzvorrichtung nach Anspruch 2, ferner umfassend einen Schließkörper (49), welcher an einer zum Druckraum (41) gerichteten Seite der Membran (42) angeordnet ist.
  4. Einspritzvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtsitz (46) ringförmig ausgebildet ist.
  5. Einspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (42) am Düsenkörper (44) fixiert ist.
  6. Einspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (42) mit einem Schließkörper (49) verbunden ist und der Schließkörper (49) an einem Dichtsitz (46), welcher am Düsenkörper (44) gebildet ist, anliegt.
  7. Einspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, ferner umfassend ein Rückstellelement (51), um die Membran (42) in eine Ausgangsposition zurückzustellen.
  8. Einspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (42) eine Eigenelastizität aufweist, um sich selbsttätig in eine Ausgangsposition zurückzustellen.
  9. Einspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend einen Anschlag (52), um einen Hub während einer Einspritzung zu begrenzen.
  10. Einspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (42) mit einem Dichtring (55) verbunden ist, wobei der Dichtring (55) mit einem Radialspiel in einer Ringnut (44b) des Düsekörpers (44) angeordnet ist, um eine Selbstzentrierung der Membran (42) zu ermöglichen.
  11. Einspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (42) wenigstens eine konzentrische Welle aufweist.
  12. Brennkraftmaschine, umfassend genau einen oder genau zwei Zylinder und eine Einspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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