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Stand der Technik
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Einspritzvorrichtung mit einer
Kraftstoffpumpe, einem Druckregler, einem Injektor mit druckgesteuerter Düse
und einem Luftsteller in einer kompakten Bauweise.
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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 Kleinbrennkrafmaschinen
ebenfalls sehr teuer machen.
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Aus
der
EP 1 340 906 B1 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.
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Vorteile der Erfindung
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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.
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Die
Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Weiter
bevorzugt umfasst die Membran wenigstens eine oder mehrere konzentrische
Wellen. Durch die konzentrischen Wellen weist die Membran ein weicheres
Verhalten auf.
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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.
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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.
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Zeichnung
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Nachfolgend
werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter
Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben.
In der Zeichnung ist:
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1 eine
schematische Ansicht eines Kleinmotors mit einer Einspritzvorrichtung
gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung,
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2 eine
schematische Ansicht der Einspritzvorrichtung gemäß dem
ersten Ausführungsbeispiel,
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3 eine
schematische Schnittansicht einer druckgesteuerten Düse
gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
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4 eine
schematische Schnittansicht einer druckgesteuerten Düse
gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung,
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5 eine
schematische Schnittansicht einer druckgesteuerten Düse
gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung,
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6 eine
schematische Schnittansicht einer druckgesteuerten Düse
gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung,
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7 eine
schematische Schnittansicht einer druckgesteuerten Düse
gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung,
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8 eine
schematische Schnittansicht einer druckgesteuerten Düse
gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, und
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9 eine
schematische Schnittansicht einer druckgesteuerten Düse
gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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Bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 ein
Kleinmotor 1 mit einer erfindungsgemäßen
Einspritzvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel
im Detail beschrieben.
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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 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.
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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.
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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.
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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.
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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 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 2 gezeigten
Ausgangspositionen zurück. Die in 2 gezeigte
Position ist dabei eine Position am Ende eines Ansaughubes der Kraftstoffpumpe 20a.
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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 Rückschlagventil 30 und ein drittes
Rückschlagventil 31 angeordnet. Das erste Rückschlagventil 29 ist
zwischen der Kraftstoffzuleitung 6a und der Pumpkammer 27 angeordnet. Das
zweite 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 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.
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Wie
insbesondere aus den 2 und 3 ersichtlich
ist, umfasst der Injektor 20c neben dem zweiten Rückschlagventil 30 auch
eine druckgesteuerte Düse 40. Die druckgesteuerte
Düse 40 ist im Detail in 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 Membran 42,
in welcher mehrere Spritzlöcher 43 gebildet sind.
Die Membran 42 ist mittels Laserschweißen am Düsenkörper 44 befestigt.
Wie aus 3 ersichtlich ist, weist die
Membran 42 im befestigten Zustand eine halbkugelförmige
bzw. schalenartige Gestalt auf.
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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.
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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 3 durch die gestrichelte Membran 42' dargestellt.
Dadurch kann Kraftstoff über die Spritzlöcher 43 in
das Saugrohr 8 eingespritzt werden. 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.
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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 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.
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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.
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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.
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf 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 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 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.
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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.
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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.
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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.
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf 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.
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Wie
aus 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 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.
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf 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.
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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.
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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 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.
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Wie
aus 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 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 9 ersichtlich ist,
weist der O-Ring 55 ein seitliches radiales Spiel S1 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.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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