WO2010012315A1 - Kompakte einspritzvorrichtung - Google Patents

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WO2010012315A1
WO2010012315A1 PCT/EP2008/060315 EP2008060315W WO2010012315A1 WO 2010012315 A1 WO2010012315 A1 WO 2010012315A1 EP 2008060315 W EP2008060315 W EP 2008060315W WO 2010012315 A1 WO2010012315 A1 WO 2010012315A1
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injection device
fuel
injection
injector
actuator
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PCT/EP2008/060315
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Hans Schlembach
Joerg Heyse
Christian Bayer
Helmut Schneider
Udo Sieber
Rene Deponte
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Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to an injection device with a fuel pump, a pressure regulator, an injector and an air actuator 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
  • injectors usually comprise in a tank a fuel pump with a pressure regulator, the fuel pump injecting fuel at a predetermined pressure into a duct, e.g. a rail o.a., promotes.
  • a control device 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.
  • a fuel injection device with electronic control in which an injector is arranged close to 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.
  • 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 are made particularly simple and inexpensive. 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 lawn mowers or the like.
  • the injection device comprises a fuel pump, a pressure regulator for controlling an injection pressure, an injector 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 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 four 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.
  • the injection device comprises exactly one actuator, which simultaneously actuates the fuel pump and the aerator.
  • a separate actuator for the aerator or the fuel pump can be dispensed with, so that the number of components is significantly reduced.
  • this also results in a cost reduction.
  • the only actuator of the injector assumes the function of the pump drive and, secondly, the function of the actuator for the air actuator.
  • the only actuator of the injection device is preferably a magnetic actuator with exactly one coil and exactly one armature. This allows a particularly simple and inexpensive construction can be realized.
  • the armature is designed as a plunger, wherein the plunger has a first end portion and a second end portion.
  • the first end region is assigned to the fuel pump and the second end region is assigned to the air actuator.
  • the fuel pump preferably comprises a diaphragm for generating pressure.
  • the fuel pump includes a bellows.
  • the diaphragm is connected to the first end portion of the plunger.
  • the fuel pump comprises a pumping chamber, in which the fuel is sucked in, and a separate pressure chamber, into which the pressurized fuel is supplied.
  • a pumping chamber in which the fuel is sucked in
  • a separate pressure chamber into which the pressurized fuel is supplied.
  • an aperture and / or a check valve is arranged for connection. In this way, a pressure control of the pressure between the pumping chamber and the pressure chamber can take place.
  • the pumping chamber preferably has a volume which corresponds to a volume of a maximum injectable amount of fuel at a maximum injection pressure.
  • the actuator is angular synchronous according to a position of a piston or a crankshaft of the internal combustion engine operable. As a result, an improved accuracy of injection timing is achieved.
  • the injection device further comprises a control unit which controls the injector and the actuator, wherein the control unit is designed to hold the air actuator in its open position during an injection phase. This ensures that sufficient air is available for the combustion of the injected fuel via the aerator.
  • the control unit is also integrated in the injection module.
  • the injection device comprises a fuel pump, which has a common suction-pressure chamber with a fuel inlet port, a fuel return port and an injector port.
  • a valve in particular a check valve, is arranged in the fuel inlet connection, in the fuel return connection and in the injector connection. This allows the injector to have a particularly compact and inexpensive construction.
  • the actuator comprises a separate armature which is connected to a piston via a spring element arranged between the armature and the piston.
  • the spring element thereby biases the armature and the piston in opposite directions from each other.
  • 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.
  • FIG. 1 shows a schematic view of a small motor with an injection device according to a first embodiment of the invention
  • FIG. 2 shows a schematic view of a small motor with an injection device according to a second exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 3 shows a schematic view of an injection device similar to FIG. 2, in which an injection takes place
  • FIG. 4 shows a schematic sectional view of an injection device according to a third exemplary embodiment of the present invention in a state in which no injection takes place
  • FIG. 5 shows a schematic sectional view of an injection device according to a fourth exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 6 shows a schematic sectional view of an injection device according to a fifth exemplary embodiment of the invention
  • Figures 7 to 9 are sectional views of an injection device according to a sixth
  • Figures 10 and 11 are schematic views of an injection device according to a seventh
  • FIG. 1 shows schematically 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 denotes a bypass line for air, which branches off 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 plate, which are arranged in a common housing, 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 pre-assembled in advance as a complete injection module be 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 motors for two-wheelers or lawn mowers.
  • FIGS. 2 and 3 show schematic views of an injection device designed as an injection module 2 in section.
  • FIG. 2 shows a state in which no injection of fuel into a suction pipe 8 takes place
  • FIG. 3 shows a state in which an injection into the suction pipe 8 is carried out.
  • the injection module 2 comprises a fuel pump 20a which comprises a piston 23, an armature 22 fixedly connected to the piston, a coil 21 and a membrane 26.
  • the diaphragm 26 is disposed at a first end 23 a of the piston 23.
  • the armature 22 is fixedly connected to the piston 23 at a second end 23 b of the piston 23.
  • a return spring 24 is arranged between a housing part 25 and the armature 22 and biases the armature 22 against a valve seat 12a in the bypass line 12.
  • the armature 22 is conically formed at its end directed to the bypass line 12 end 22a and thus forms an aerator 2Od.
  • the injection module 2 comprises a pump chamber 27 and a pressure chamber 28.
  • the diaphragm 26 forms a wall region of the pump chamber 27.
  • the pump chamber 27 and the pressure chamber 28 are separated from each other, wherein a first check valve 29 at the separation area between the pump chamber 27 and the pressure chamber 28 is arranged.
  • the first check valve 29 opens in the direction of the pump chamber 27 to the pressure chamber 28.
  • the pump chamber 27 is connected via a second check valve 30 to the fuel supply line 6a, wherein a suction of fuel through the second
  • the injection module 2 comprises a pressure regulator 20b, which regulates an injection pressure in the pressure chamber 28.
  • the pressure regulator 20b comprises a third check valve 31, which opens at too high a pressure in the pressure chamber 28 to the pressureless fuel supply line 6a and degrades a possibly too high pressure in the pressure chamber 28 in the fuel supply line 6a.
  • the pressure chamber 28 is connected to an injector 20c, which in this embodiment is an outwardly opening valve which opens above a predetermined pressure level and makes an injection into the intake manifold 8.
  • An orifice 12b of the bypass line 12 is arranged directly adjacent to the ejection opening of the injector 20c. According to the invention, the term "immediately adjacent" here means a distance of a few 10 1 mm to 1 cm from the ejection opening of the injector 20c.
  • Figure 2 shows the intake of the injection module 2, the piston 22 is pressed due to the restoring force of the return spring 24 via the armature 22 upwards in the direction of the bypass line 12.
  • the bypass line 12 is closed at the valve seat 12a by the end 22a of the armature 22.
  • a suction of fuel via the second check valve 30 from the fuel supply line 6 a as indicated by the arrow A.
  • the control unit 5 controls the common actuator for the fuel pump 20a and the air actuator 2Od consisting of the coil 28 and the armature 22, so that the coil 21 is energized and the armature 22 against the spring force the return spring 24 is pulled in the direction of arrow B, as shown in Figure 3.
  • the bypass line 12 is opened at the valve seat 12a, so that air can flow via the bypass line 12, which is indicated by the arrow C in FIG.
  • the diaphragm 26 presses against the sucked in the pump chamber 27 fuel.
  • the common actuator comprising the piston 23 and the armature 22 simultaneously actuates both the fuel pump 20a and the air actuator 20d formed by the end 22a of the armature 22 and the valve seat 12a in the bypass passage 12.
  • only one electrical connection for the actuator must be provided, which according to the invention always simultaneously actuates the air actuator 2Od and the fuel pump 20a.
  • an additional air supply via the bypass line 12 is always achieved simultaneously with the fuel injection, so that during the mixture preparation in the intake manifold 8, a swirl amplification and thus a better mixing of the fuel in the supplied air is achieved.
  • the injector 20c may on the one hand be designed as an electromagnetically driven injection valve.
  • the check valve is designed as a pressure regulator 20b, which regulates the injection pressure to a desired value.
  • the injector 20c may also be designed as an outwardly opening valve which is biased by a spring and opens at a certain pressure.
  • the check valve has only a safety function as
  • the ⁇ ffhungstik this pressure relief valve must be higher than the ⁇ ffhungstik the injector 20c in any case.
  • a housing of the injection module 2 is preferably made of as few parts as possible, preferably in two parts, and more preferably made of a metallic material.
  • the injection module 2 which integrally includes the injector 20c, the fuel pump 20a, the pressure regulator 20b and the air plate 2Od, very compact.
  • the number of components can be kept low, so that the injection module 2 according to the invention can be provided very inexpensively.
  • the volume of the pumping chamber 27 is dimensioned in such a way that it stores the maximum amount that can be injected per stroke into the intake manifold 8 at a predetermined pressure. Furthermore, a control of the air actuator 2Od takes place synchronously. That is, at a certain angle at the beginning of the intake stroke of the internal combustion engine, the coil 21 is energized. This can be done during this
  • Phase of the energization of the coil 21 are actuated at a suitable injection timing of the injector 20c and carried out the injection.
  • the flow through the bypass channel 12 is particularly preferably dimensioned such that the air distributor 2Od is in any case still open after a fuel injection by means of the injector 20c. This and due to the sufficiently sized volume of the pump chamber 27 ensures that the required target fuel pressure in the pressure chamber is maintained despite the injection.
  • the aerator 2Od is closed as soon as a desired amount of air has passed the bypass channel 12.
  • the closing time of the air regulator 2Od is determined primarily by the end of injection. For closing the air regulator 2Od only the energization of the coil 21 is interrupted, so that the armature 22 is brought by the restoring force of the return spring 24 in the closed position. Since at the same time the diaphragm 26 is returned to the top, there is a new intake stroke of the pump chamber 27. In this case prevents the first check valve 29 between the pump chamber 27 and the pressure chamber 28 a
  • the injection module 2 of the third embodiment substantially corresponds to that of the second embodiment, in contrast to the pumping chamber and the pressure chamber are replaced by a common pump chamber 37.
  • a return element 38 is arranged, which presses against a membrane 26.
  • the membrane 26 is fixedly connected to the piston 23 as in the second embodiment.
  • the pump chamber 37 is bounded on the one hand by the membrane 26 and three check valves 34, 35, 36.
  • the check valve 34 is arranged in a fuel supply line 6a and the check valve 36 is in a
  • Fuel return line 6b arranged.
  • the check valve 35 locks or releases the path to the injector 20c in an injector port 6c.
  • Reference numeral 2Oe denotes a male terminal of the injector 20c.
  • the two check valves 35 and 36 are closed and the check valve 34 is opened, so that fuel from the conduit 6a can flow into the pump chamber 37.
  • the air actuator 2Od is closed as in the second embodiment.
  • the membrane 26 is pressed down by the energization of the coil 21 and the movement of the armature to build up pressure in the pressure chamber 37.
  • the aerator 2Od is opened.
  • valve 36 is designed as a pressure relief valve, which opens the way to the fuel return line 6b at too high a pressure.
  • Figure 4 the energized state of the coil 21 is shown, wherein the return spring 38 has brought the diaphragm 26 in its normal position, so that the intake stroke of the fuel pump is just finished.
  • FIG. 4 also shows a plug connection 21a of the coil 21. Otherwise, this embodiment corresponds to the second embodiment, so that reference can be made to the description given there.
  • the fourth embodiment substantially corresponds to the third embodiment, wherein in contrast to the third embodiment in the fourth embodiment additionally an intermediate piece 39 between the membrane 26 and a housing part 25 is arranged.
  • the additional intermediate piece 39 in particular improves a seal between the membrane 26 and the housing of the injection device.
  • a larger contact surface of the membrane 26 can be achieved on a housing component (see Figure 5 in the area above the check valves 34 and 36).
  • this embodiment corresponds to the third embodiment, so that reference can be made to the description given there.
  • FIG. 6 shows an injection device according to a fifth exemplary embodiment of the present invention, wherein again identical or functionally identical parts are designated by the same reference numerals as in the preceding exemplary embodiments.
  • the injection module 2 according to the fifth embodiment comprises a bellows 40 which is fixedly fixed to the piston 23 of the fuel pump.
  • the bellows 40 is hollow inside and open to a single pumping chamber 37 out.
  • the bellows 40 has an independent reset function due to its inherent elasticity.
  • FIG. 6 again shows the intake state of the fuel pump 20a. When the coil 21 is energized, the armature 22 moves together with the piston 23 fixed thereto, down, so that the bellows 40 is compressed.
  • the injection module 2 comprises an alternative connection between the armature 22 and a membrane 26. More specifically, a connection mechanism 50 with a bracket element 51 and a hook element 52 is provided for this purpose.
  • the stirrup element 51 is connected to the membrane 26 and, in this embodiment, is a cylindrical element with a passage opening at the bottom.
  • the hook member 52 is passed, which is formed of a connected to the armature 22 stem 52a and a handle-mounted plate 52b, wherein the plate 52b is disposed in the interior of the yoke member 51.
  • connection mechanism 50 allows the armature force of the armature 22 to be transmitted only in one direction, namely, in the upward direction.
  • a prestressed spring element 53 is provided between a housing component 25 and the membrane 26. This biased spring element 53 provides in a Bestromungsphase the coil 21 alone a force to change the position of the diaphragm 26 and thus to generate pressure in the single pump chamber 37 ready. The spring force of the spring element 53 thus determines the pressure increase in the pump chamber 37. In addition to the generation of pressure, the spring element 53 also takes over the function of a pressure setting at the same time.
  • FIG. 7 shows the intake state of the fuel pump.
  • the coil 21 is not energized and the armature 22 is pressed against the valve seat 12a in the bypass line 12 due to the restoring force of the return spring 24. Since the hook member 52 is fixedly connected to the armature 22, the plate 52 b of the hook member 52 pulls the bracket member 51 also upwards, whereby the diaphragm 26, which is fixedly connected to the bracket member 51 is pulled into the upper position shown in Figure 7 , As a result, fuel is sucked through the line 6a via the open check valve 34. This is indicated in Figure 7 by the arrow A. Furthermore, thereby the spring element 53 is biased.
  • the armature 22 opens the air actuator 2Od, as shown in Figure 8.
  • the armature 22 is moved against the restoring force of the return spring 24.
  • the hook element 52 is moved down, without thereby the bracket member 51 would be carried.
  • the force of the armature 22 is lifted onto the bracket member 51.
  • the spring element 53 can relax, so that, as shown in FIG. 9, the spring element 53 moves the diaphragm 26 into the pump chamber 37, as a result of which the pressure in the pump chamber 37 is increased (see FIG 9).
  • the injector 20 is at a sufficient pressure, so that an injection can be started, at the same time already the air channel 12 is open.
  • FIGS. 10 and 11 show an injection apparatus according to a seventh embodiment of the present invention, wherein again the same or functionally identical parts are designated by the same reference numerals as in the preceding embodiments.
  • the injection device 2 comprises an armature 22 and a piston 60 which is separate therefrom.
  • the piston 60 is fastened at one end to a diaphragm 66 and has a plate 62 at its other end.
  • the plate 62 serves as a support for a spring element 61, which is arranged between the piston 60 and the armature 22.
  • the plate 62 also serves as a support for a return element 24, which is supported at its other end to a housing member 25.
  • FIG. 10 shows the intake phase of the fuel pump 20 a of the injection device 2.
  • the check valve 30 is opened and draws fuel from the line 6 a into the pump chamber 27.
  • the fuel pump in turn comprises a pump chamber 27 and a pressure chamber 28, as shown in the second embodiment.
  • the coil 21 is not energized, so that the armature 22 is pressed by the force of the spring element 61 against the valve seat 12a in the bypass line 12.
  • the armature 22 moves, as indicated in Figure 11 by the arrow F, down against the spring force of the spring member 61. Since the spring force of the spring member 61 is smaller than the spring force of the return spring 24, which remains Piston 60 in its position, whereby the diaphragm 26 is not moved.
  • the piston 60 moves together with the armature 22.
  • the pressure build-up in the pump chamber 27 begins in the manner described in the second embodiment, until the check valve 29 opens and the fuel flows into the pressure chamber 28.
  • the design of the injection module 2 of the seventh embodiment has the advantage that a delayed movement of the piston 60 is achieved. This ensures that the bypass line 12 is opened via the aerator 2Od, before an injection of fuel can take place via the injector 20c. Otherwise, this embodiment corresponds to the previous embodiments, so that reference can be made to the description given there.
  • the injection device is constructed very compact and inexpensive and the injection module 2 each comprise as integral components a fuel pump 20a, a pressure regulator 20b, an injector 20c and an aerator 2Od.
  • the injection module 2 each comprise as integral components a fuel pump 20a, a pressure regulator 20b, an injector 20c and an aerator 2Od.
  • a common actuator for the aerator 2Od and the fuel pump 20a is provided.
  • a magnetic actuator by energizing a coil has been described as an actuator.
  • other possible actuators may be used, e.g. a piezoactuator. It should also be noted that this is described in the exemplary embodiments
  • Closing element of the air actuator 2Od which is designed as a conical end portion 22a of the armature 22, also in any other way, for example, as a ball or part ball, or may be formed in other ways as a tapered surface.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine 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.

Description

Beschreibung
Titel
Kompakte Einspritzvorrichtung
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einspritzvorrichtung mit einer Kraftstoffpumpe, einem Druckregler, einem Injektor und einem Luftsteller 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.a., 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 Bl 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.
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.a., verwendet werden. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Einspritzvorrichtung eine Kraftstoffpumpe, einen Druckregler zur Regelung eines Einspritzdrucks, einen Injektor 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. 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 vier 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.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Vorzugsweise umfasst die Einspritzvorrichtung genau einen Aktuator, welcher gleichzeitig die Kraftstoffpumpe und den Luftsteller betätigt. Dadurch kann insbesondere 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 einzige Aktuator der Einspritzvorrichtung erstens die Funktion des Pumpenantriebs und zweitens die Funktion des Stellantriebs für den Luftsteller.
Der einzige Aktuator der Einspritzvorrichtung ist vorzugsweise ein Magnetaktuator mit genau einer Spule und genau einem Anker. Hierdurch kann ein besonders einfacher und kostengünstiger Aufbau realisiert werden.
Besonders bevorzugt ist der Anker als Plungerkolben ausgebildet, wobei der Plungerkolben einen ersten Endbereich und einen zweiten Endbereich aufweist. Der erste Endbereich ist dabei der Kraftstoffpumpe zugeordnet und der zweite Endbereich ist dem Luftsteller zugeordnet. Hierdurch wird weiter auch eine einfache gleichzeitige Betätigung der Kraftstoffpumpe und des Luftstellers bei einfachem Aufbau des Kolbens der Kraftstoffpumpe erreicht.
Eine besonders kompakte Bauweise kann erreicht werden, wenn die Kraftstoffpumpe vorzugsweise eine Membran zur Druckerzeugung umfasst. Alternativ umfasst die Kraftstoffpumpe einen Faltenbalg. Vorzugsweise ist bei der Kraftstoffpumpe, welche eine Membran umfasst, die Membran mit dem ersten Endbereich des Plungerkolbens verbunden. Hierdurch kann insbesondere in Axialrichtung ein sehr kurzer Aufbau der Einspritzvorrichtung realisiert werden.
Vorzugsweise umfasst die Kraftstoffpumpe eine Pumpkammer, in welcher der Kraftstoff angesaugt wird, und eine separate Druckkammer, in welche der unter Druck stehende Kraftstoff zugeführt wird. Zwischen der Pumpkammer und der Druckkammer ist zur Verbindung eine Blende und/oder ein Rückschlagventil angeordnet. Hierdurch kann eine Druckregelung des Druckes zwischen der Pumpkammer und der Druckkammer erfolgen.
Die Pumpkammer weist vorzugsweise ein Volumen auf, welches einem Volumen einer maximal einspritzbaren Kraftstoffmenge bei einem maximalen Einspritzdruck entspricht.
Besonders bevorzugt ist der Aktuator winkelsynchron entsprechend einer Stellung eines Kolbens bzw. einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine betreibbar. Hierdurch wird eine verbesserte Genauigkeit eines Einspritzzeitpunkts erreicht.
Weiter bevorzugt umfasst die erfindungsgemäße Einspritzvorrichtung ferner eine Steuereinheit, welche den Injektor und den Aktuator steuert, wobei die Steuereinheit derart ausgelegt ist, den Luftsteller während einer Einspritzphase in seiner Offenstellung zu halten. Hierdurch wird sichergestellt, dass über den Luftsteller eine ausreichende Sauerstoffmenge für die Verbrennung des eingespritzten Kraftstoffs bereitsteht. Vorzugsweise ist die Steuereinheit auch in das Einspritzmodul integriert.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst die Einspritzvorrichtung eine Kraftstoffpumpe, welche eine gemeinsame Saug-Druck-Kammer mit einem Kraftstoffzulaufanschluss, einem Kraftstoffrücklaufanschluss und einem Injektoranschluss aufweist. Hierbei ist im Kraftstoffzulaufanschluss, im Kraftstoffrücklaufanschluss und im Injektoranschluss jeweils ein Ventil, insbesondere ein Rückschlagventil, angeordnet. Hierdurch kann die Einspritzvorrichtung einen besonders kompakten und kostengünstigen Aufbau aufweisen.
Gemäß einer weiteren alternativen bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst der Aktuator einen separaten Anker, welcher mit einem Kolben über ein zwischen dem Anker und dem Kolben angeordnetes Federelement verbunden ist. Das Federelement spannt dabei den Anker und den Kolben in einander entgegengesetzte Richtungen voneinander fort. 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 eines Kleinmotors mit einer Einspritzvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Figur 3 eine schematische Ansicht einer Einspritzvorrichtung ähnlich zu Figur 2, bei welcher eine Einspritzung erfolgt,
Figur 4 eine schematische Schnittansicht einer Einspritzvorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in einem Zustand, in welchem keine Einspritzung erfolgt,
Figur 5 eine schematische Schnittansicht einer Einspritzvorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Figur 6 eine schematische Schnittansicht einer Einspritzvorrichtung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Figur 7 bis 9 Schnittansichten einer Einspritzvorrichtung gemäß einem sechsten
Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
Figuren 10 und 11 schematische Ansichten einer Einspritzvorrichtung gemäß einem siebten
Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Figur 1 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 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, welche in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind, 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 für Zweiräder oder Rasenmäher verwendet werden.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figuren 2 und 3 eine Einspritzvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind dabei mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet.
Die Figuren 2 und 3 zeigen schematische Ansichten einer als Einspritzmodul 2 ausgebildeten Einspritzvorrichtung im Schnitt. Figur 2 zeigt dabei einen Zustand, in welchem keine Einspritzung von Kraftstoff in ein Saugrohr 8 erfolgt und Figur 3 zeigt einen Zustand, in welchem eine Einspritzung in das Saugrohr 8 ausgeführt wird.
Wie insbesondere aus Figur 2 ersichtlich ist, umfasst das Einspritzmodul 2 eine Kraftstoffpumpe 20a, welche einen Kolben 23, einen mit dem Kolben fest verbundenen Anker 22, eine Spule 21 sowie eine Membran 26 umfasst. Die Membran 26 ist an einem ersten Ende 23a des Kolbens 23 angeordnet. Der Anker 22 ist an einem zweiten Ende 23b des Kolbens 23 fest mit dem Kolben 23 verbunden. Eine Rückstellfeder 24 ist zwischen einem Gehäuseteil 25 und dem Anker 22 angeordnet und spannt den Anker 22 gegen einen Ventilsitz 12a in der Bypassleitung 12 vor. Hierzu ist der Anker 22 an seinem zur Bypassleitung 12 gerichteten Ende 22a konisch ausgebildet und bildet somit einen Luftsteller 2Od. Ferner umfasst das Einspritzmodul 2 eine Pumpenkammer 27 und eine Druckkammer 28. Die Membran 26 bildet dabei einen Wandbereich der Pumpenkammer 27. Ferner sind die Pumpenkammer 27 und die Druckkammer 28 voneinander getrennt, wobei ein erstes Rückschlagventil 29 am Trennbereich zwischen der Pumpenkammer 27 und der Druckkammer 28 angeordnet ist. Das erste Rückschlagventil 29 öffnet dabei in Richtung von der Pumpenkammer 27 zur Druckkammer 28. Ferner ist die Pumpenkammer 27 über ein zweites Rückschlagventil 30 mit der Kraftstoffzuleitung 6a verbunden, wobei eine Ansaugung von Kraftstoff über das zweite
Rückschlagventil 30 erfolgt. Weiter umfasst das Einspritzmodul 2 einen Druckregler 20b, welcher einen Einspritzdruck in der Druckkammer 28 regelt. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst der Druckregler 20b ein drittes Rückschlagventil 31, welches bei einem zu hohen Druck in der Druckkammer 28 zur drucklosen Kraftstoffzuleitung 6a öffnet und einen eventuell zu hohen Druck in der Druckkammer 28 in die Kraftstoffzuleitung 6a abbaut. Die Druckkammer 28 ist mit einem Injektor 20c verbunden, welcher in diesem Ausführungsbeispiel ein nach außen öffnendes Ventil umfasst, welches oberhalb eines vorbestimmten Druckniveaus öffnet und eine Einspritzung in das Saugrohr 8 vornimmt. Eine Mündung 12b der Bypassleitung 12 ist dabei unmittelbar benachbart zur Ausspritzöffhung des Injektors 20c angeordnet. Erfindungsgemäß wird hierbei unter dem Begriff "unmittelbar benachbart" ein Abstand zwischen wenigen 101 mm bis zu 1 cm von der Ausspritzöffnung des Injektors 20c verstanden.
Die Funktion der erfindungsgemäßen Einspritzvorrichtung ist dabei wie folgt: Figur 2 zeigt den Ansaugzustand des Einspritzmoduls 2, wobei der Kolben 22 aufgrund der Rückstellkraft der Rückstellfeder 24 über den Anker 22 nach oben in Richtung zur Bypassleitung 12 gedrückt wird. Hierdurch ist die Bypassleitung 12 am Ventilsitz 12a durch das Ende 22a des Ankers 22 verschlossen. Gleichzeitig erfolgt eine Ansaugung von Kraftstoff über das zweite Rückschlagventil 30 aus der Kraftstoffzuleitung 6a, wie durch den Pfeil A angedeutet.
Wenn der Zeitpunkt für eine Einspritzung gekommen ist, steuert die Steuereinheit 5 den aus der Spule 28 und dem Anker 22 bestehenden gemeinsamen Aktuator für die Kraftstoffpumpe 20a und den Luftsteller 2Od derart an, so dass die Spule 21 bestromt wird und der Anker 22 gegen die Federkraft der Rückstellfeder 24 in Richtung des Pfeils B gezogen wird, wie in Figur 3 dargestellt. Dadurch wird die Bypassleitung 12 am Ventilsitz 12a geöffnet, so dass Luft über die Bypassleitung 12 strömen kann, was in Figur 3durch den Pfeil C angedeutet ist. Gleichzeitig mit der Bewegung des Ankers 22 wird auch der Kolben 23 nach unten bewegt, so dass die Membran 26 gegen den in der Pumpenkammer 27 angesaugten Kraftstoff drückt. Wenn ein vorbestimmter Öffnungsdruck erreicht ist, öffnet das erste Rückschlagventil 29, so dass Kraftstoff aus der Pumpenkammer 27 in die Druckkammer 28 strömen kann, wie durch den Pfeil D in Figur 3 angedeutet. Zur Einspritzung des Kraftstoffs in das Saugrohr 8, wie in Figur 3 gezeigt, betätigt die Steuereinheit 5 den Injektor 20c. Sollten Druckspitzen auftreten, kann Kraftstoff über das dritte Rückschlagventil 31 wieder in die Kraftstoffzuleitung 6a gelangen, wie durch den Pfeil E angedeutet.
Somit betätigt der gemeinsame Aktuator, umfassend den Kolben 23 und den Anker 22, gleichzeitig sowohl die Kraftstoffpumpe 20a als auch den Luftsteller 2Od, welcher durch das Ende 22a des Ankers 22 und den Ventilsitz 12a in der Bypassleitung 12 gebildet wird. Somit muss insbesondere nur ein elektrischer Anschluss für den Aktuator vorgesehen werden, welcher erfindungsgemäß immer gleichzeitig den Luftsteller 2Od und die Kraftstoffpumpe 20a betätigt. Dadurch wird immer gleichzeitig mit der Kraftstoffeinspritzung auch eine zusätzliche Luftzufuhr über die Bypassleitung 12 erreicht, so dass bei der Gemischaufbereitung im Saugrohr 8 eine Drallverstärkung und somit auch eine bessere Vermischung des Kraftstoffs in der zugeführten Luft erreicht wird. Der Injektor 20c kann einerseits als elektromagnetisch angetriebenes Einspritzventil ausgeführt sein. In diesem Fall ist das Rückschlagventil als Druckregler 20b ausgeführt, das den Einspritzdruck auf einen gewünschten Wert regelt. Andererseits kann der Injektor 20c auch als nach außen öffnendes Ventil, das von einer Feder vorgespannt wird und bei einem bestimmten Druck öffnet, ausgeführt sein. In diesem Fall hat das Rückschlagventil nur eine Sicherheitsfunktion als
Druckbegrenzungsventil. Der Öffhungsdruck dieses Druckbegrenzungsventils muss in jedem Fall höher liegen als der Öffhungsdruck des Injektors 20c.
Ein Gehäuse des Einspritzmoduls 2 ist vorzugsweise aus möglichst wenigen Teilen, vorzugsweise zweiteilig, hergestellt, und weiter bevorzugt aus einem metallischen Material hergestellt. Wie aus den Figuren 2 und 3 deutlich wird, ist das Einspritzmodul 2, welches integral den Injektor 20c, die Kraftstoffpumpe 20a, den Druckregler 20b und den Luftsteller 2Od umfasst, sehr kompakt aufgebaut. Insbesondere kann im Vergleich mit den bekannten Einspritzvorrichtungen die Bauteilezahl gering gehalten werden, so dass das erfindungsgemäße Einspritzmodul 2 sehr kostengünstig bereitgestellt werden kann.
Das Volumen der Pumpkammer 27 ist dabei derart bemessen, dass es die pro Arbeitstakt maximal ins Saugrohr 8 einspritzbare Menge bei einem vorgegebenen Druck bevorratet. Weiterhin erfolgt eine Ansteuerung des Luftstellers 2Od winkelsynchron. D.h., zu einem bestimmten Winkel zu Beginn des Einlasstaktes der Brennkraftmaschine wird die Spule 21 bestromt. Hierbei kann während dieser
Phase der Bestromung der Spule 21 zu einem geeigneten Einspritzzeitpunkt der Injektor 20c betätigt werden und die Einspritzung erfolgen. Besonders bevorzugt ist dabei der Durchfluss durch den Bypasskanal 12 derart bemessen, dass der Luftsteller 2Od in jedem Fall auch noch nach einer Kraftstoffeinspritzung mittels des Injektors 20c offen ist. Damit und aufgrund des ausreichend bemessenen Volumens der Pumpenkammer 27 ist sichergestellt, dass der geforderte Soll- Kraftstoffdruck in der Druckkammer trotz der Einspritzung aufrecht erhalten wird.
Während des Leerlaufs und auch während des Warmlaufs der Brennkraftmaschine wird der Luftsteller 2Od geschlossen, sobald eine gewünschte Luftmenge den Bypasskanal 12 passiert hat. In den übrigen Betriebspunkten der Brennkraftmaschine wird der Schließzeitpunkt des Luftstellers 2Od in erster Linie durch das Einspritzende bestimmt. Zum Schließen des Luftstellers 2Od wird lediglich die Bestromung der Spule 21 unterbrochen, so dass der Anker 22 durch die Rückstellkraft der Rückstellfeder 24 in die Schließstellung gebracht wird. Da gleichzeitig die Membran 26 nach oben zurückgestellt wird, erfolgt ein neuer Ansaugtakt der Pumpenkammer 27. Hierbei verhindert das erste Rückschlagventil 29 zwischen der Pumpenkammer 27 und der Druckkammer 28 einen
Druckabbau in der Druckkammer. Liegt der dabei gehaltene Druck in der Druckkammer 28 über einem Dampfdruck des Kraftstoffs, wird dadurch eine Ausgasung des Kraftstoffs bei höheren Temperaturen vermieden.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Figur 4 eine Einspritzvorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen bezeichnet.
Das Einspritzmodul 2 des dritten Ausführungsbeispiels entspricht im Wesentlichen dem des zweiten Ausführungsbeispiels, wobei im Unterschied dazu die Pumpkammer und die Druckkammer durch einen gemeinsamen Pumpenraum 37 ersetzt sind. Im Pumpenraum 37 ist ein Rückstellelement 38 angeordnet, welches gegen eine Membran 26 drückt. Die Membran 26 ist wie im zweiten Ausführungsbeispiel mit dem Kolben 23 fest verbunden. Der Pumpenraum 37 ist einerseits durch die Membran 26 sowie drei Rückschlagventile 34, 35, 36 begrenzt. Das Rückschlagventil 34 ist dabei in einer Kraftstoffzuleitung 6a angeordnet und das Rückschlagventil 36 ist in einer
Kraftstoffrückleitung 6b angeordnet. Das Rückschlagventil 35 sperrt bzw. gibt in einem Injektoranschluss 6c den Weg zum Injektor 20c frei. Das Bezugszeichen 2Oe bezeichnet einen Steckeranschluss des Injektors 20c. Während der Ansaugphase sind die beiden Rückschlagventile 35 und 36 geschlossen und das Rückschlagventil 34 geöffnet, so dass Kraftstoff aus der Leitung 6a in den Pumpenraum 37 strömen kann. Der Luftsteller 2Od ist dabei wie im zweiten Ausführungsbeispiel geschlossen. Während der Druckphase wird die Membran 26 durch die Bestromung der Spule 21 und der Bewegung des Ankers unten gedrückt, um Druck im Druckraum 37 aufzubauen. Gleichzeitig wird der Luftsteller 2Od geöffnet. Dabei ist das Ventil 36 als Überdruckventil ausgelegt, welches bei einem zu hohen Druck den Weg zur Kraftstoffrückleitung 6b öffnet. In Figur 4 ist dabei der unbestromte Zustand der Spule 21 dargestellt, wobei die Rückstellfeder 38 die Membran 26 in ihre Grundstellung gebracht hat, so dass der Ansaughub der Kraftstoffpumpe gerade beendet ist. In Figur 4 ist ferner ein Steckeranschluss 21a der Spule 21 eingezeichnet. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem zweiten Ausführungsbeispiel, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Figur 5 eine Einspritzvorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind wieder mit den gleichen Bezugszeichen wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen bezeichnet. Das vierte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem dritten Ausführungsbeispiel, wobei im Unterschied zum dritten Ausführungsbeispiel beim vierten Ausführungsbeispiel zusätzlich noch ein Zwischenstück 39 zwischen der Membran 26 und einem Gehäuseteil 25 angeordnet ist. Das zusätzliche Zwischenstück 39 verbessert dabei insbesondere eine Abdichtung zwischen der Membran 26 und dem Gehäuse der Einspritzvorrichtung. Insbesondere kann durch das Zwischenstück 39 eine größere Anlagefläche der Membran 26 an einem Gehäusebauteil erreicht werden (siehe Figur 5 im Bereich oberhalb der Rückschlagventile 34 und 36). Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem dritten Ausführungsbeispiel, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.
Figur 6 zeigt eine Einspritzvorrichtung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei wiederum gleiche bzw. funktional gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen bezeichnet sind. Im Unterschied zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen umfasst das Einspritzmodul 2 gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel einen Faltenbalg 40, welcher fest am Kolben 23 der Kraftstoffpumpe fixiert ist. Der Faltenbalg 40 ist innen hohl und zu einem einzigen Pumpenraum 37 hin geöffnet. Der Faltenbalg 40 weist dabei eine selbstständige Rückstellfunktion aufgrund seiner Eigenelastizität auf. Figur 6 zeigt wiederum den Ansaugzustand der Kraftstoffpumpe 20a. Wenn die Spule 21 bestromt wird, bewegt sich der Anker 22 mitsamt dem daran fixierten Kolben 23 nach unten, so dass der Faltenbalg 40 zusammengedrückt wird. Dadurch wird das Volumen im Pumpraum 37 verkleinert, so dass der sich darin befindliche Kraftstoff auf ein höheres Druckniveau gebracht wird. Bei einem vorgegebenen Öffhungsdruck öffnet das Rückschlagventil 35, so dass der Kraftstoff zum Injektor 20c strömen kann und von dort eingespritzt werden kann. Nach einer erfolgten Einspritzung und gegebenenfalls einer etwas längeren Offenstellung des Luftstellers 2Od wird die Bestromung der Spule 21 wieder beendet, so dass der Faltenbalg 40 wieder aufgrund seiner Eigenelastizität seine ursprüngliche Form einnimmt und den Kolben 23 mitsamt dem Anker 22 wieder in die in Figur 6 gezeigte Ausgangsposition zurückstellt. Dadurch erfolgt gleichzeitig auch eine Ansaugphase über das Rückschlagventil 34 aus der Kraftstoffzuleitung 6a. Bei diesem Einspritzmodul kann insbesondere auf ein separates Rückstellelement für den Kolben oder den Faltenbalg 40 verzichtet werden, da die Rückstellung durch den Faltenbalg 40 selbst übernommen wird. Ansonsten entspricht dieses
Ausführungsbeispiel dem vierten Ausführungsbeispiel, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figuren 7 bis 9 eine Einspritzvorrichtung gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind wieder mit den gleichen Bezugszeichen wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen bezeichnet.
Im Unterschied zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen umfasst das Einspritzmodul 2 gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel eine alternative Verbindung zwischen dem Anker 22 und einer Membran 26. Genauer ist hierzu ein Verbindungsmechanismus 50 mit einem Bügelelement 51 und einem Hakenelement 52 vorgesehen. Das Bügelelement 51 ist mit der Membran 26 verbunden und ist in diesem Ausführungsbeispiel ein Zylinderelement mit einer Durchgangsöffhung am Boden. In dieser Durchgangsöffhung ist das Hakenelement 52 hindurchgeführt, welches aus einem mit dem Anker 22 verbundenen Stiel 52a und einer am Stiel befestigten Platte 52b gebildet ist, wobei die Platte 52b im Inneren des Bügelelements 51 angeordnet ist. Dadurch ermöglicht der Verbindungsmechanismus 50, dass die Ankerkraft des Ankers 22 nur in eine Richtung, nämlich in die nach oben gerichtete Richtung übertragen werden kann. Ferner ist zwischen einem Gehäusebauteil 25 und der Membran 26 ein vorgespanntes Federelement 53 vorgesehen. Dieses vorgespannte Federelement 53 stellt in einer Bestromungsphase der Spule 21 allein eine Kraft zur Positionsänderung der Membran 26 und somit zur Druckerzeugung im einzigen Pumpenraum 37 bereit. Die Federkraft des Federelements 53 bestimmt somit die Druckerhöhung im Pumpenraum 37. Neben der Druckerzeugung übernimmt das Federelement 53 gleichzeitig auch noch die Funktion einer Druckeinstellung.
Figur 7 zeigt dabei den Ansaugzustand der Kraftstoffpumpe. Die Spule 21 ist nicht bestromt und der Anker 22 ist aufgrund der Rückstellkraft der Rückstellfeder 24 gegen den Ventilsitz 12a in der Bypassleitung 12 gedrückt. Da das Hakenelement 52 fest mit dem Anker 22 verbunden ist, zieht die Platte 52b des Hakenelements 52 das Bügelelement 51 ebenfalls nach oben, wodurch die Membran 26, welche fest mit dem Bügelelement 51 verbunden ist, in die in Figur 7 gezeigte obere Stellung gezogen wird. Dadurch wird Kraftstoff durch die Leitung 6a über das geöffnete Rückschlagventil 34 angesaugt. Dies ist in Figur 7 durch den Pfeil A angedeutet. Ferner wird dadurch das Federelement 53 vorgespannt.
Wenn nun die Bestromung der Spule 21 erfolgt, öffnet der Anker 22 den Luftsteller 2Od, wie in Figur 8 dargestellt. Der Anker 22 wird dabei gegen die Rückstellkraft der Rückstellfeder 24 bewegt. Gleichzeitig wird auch das Hakenelement 52 nach unten gefahren, ohne dass dadurch das Bügelelement 51 mitgeführt würde. Durch diese Bewegung des Hakenelements 52 wird jedoch die Kraftwirkung des Ankers 22 auf das Bügelelement 51 aufgehoben. Dadurch kann sich das Federelement 53 entspannen, so dass, wie in Figur 9 gezeigt, das Federelement 53 die Membran 26 in den Pumpenraum 37 bewegt wird, wodurch der Druck im Pumpenraum 37 erhöht wird (vgl. Figur 9). Nun liegt am Injektor 20 ein ausreichender Druck an, so dass eine Einspritzung begonnen werden kann, wobei gleichzeitig schon der Luftkanal 12 geöffnet ist. Gleichzeitig erfolgt auch wieder eine Annäherung des Hakenelements 52 an das Bügelelement 50 (vgl. Figur 9). In der Praxis werden die in den Figuren 8 und 9 als separate Schritte angedeuteten Bewegungen des Ankers 22 und des Hakenelements 52 einerseits und der Membran 26, des Bügelelements 51 und des Federelements 53 im Wesentlichen gleichzeitig erfolgen, da gleichzeitig mit einer Bewegung des Hakenelements 52 die Federkraft des Federelements 53 freigegeben werden kann. Insgesamt ist jedoch zur Rückstellung der Kraftstoffpumpe die Kraft der Rückstellfeder 24 größer als die des Federelements 53.
Die Figuren 10 und 11 zeigen eine Einspritzvorrichtung gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei wiederum gleiche bzw. funktional gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen bezeichnet sind.
Wie aus Figur 10 ersichtlich ist, umfasst die Einspritzvorrichtung 2 einen Anker 22 und einen davon separaten Kolben 60. Der Kolben 60 ist mit seinem einen Ende an einer Membran 66 befestigt und weist an seinem anderen Ende eine Platte 62 auf. Die Platte 62 dient als Auflage für ein Federelement 61, welches zwischen dem Kolben 60 und dem Anker 22 angeordnet ist. Ferner dient die Platte 62 auch noch als Auflage für ein Rückstellelement 24, welches sich mit seinem anderen Ende an einem Gehäusebauteil 25 abstützt. Figur 10 zeigt dabei die Ansaugphase der Kraftstoffpumpe 20a der Einspritzvorrichtung 2. Hierbei ist das Rückschlagventil 30 geöffnet und saugt Kraftstoff aus der Leitung 6a in die Pumpenkammer 27 ein. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Kraftstoffpumpe wiederum eine Pumpenkammer 27 und eine Druckkammer 28, wie im zweiten Ausführungsbeispiel gezeigt. Während der Ansaugphase ist dabei die Spule 21 nicht bestromt, so dass der Anker 22 durch die Kraft des Federelements 61 gegen den Ventilsitz 12a in der Bypassleitung 12 gedrückt wird. Wenn nun die Spule 21 bestromt wird, bewegt sich der Anker 22, wie in Figur 11 durch den Pfeil F angedeutet, nach unten gegen die Federkraft des Federelements 61. Da die Federkraft des Federelements 61 kleiner ist als die Federkraft der Rückstellfeder 24, verbleibt der Kolben 60 in seiner Position, wodurch auch die Membran 26 nicht bewegt wird. Sobald aufgrund der Bewegung des Ankers 22 ein Kräftegleichgewicht zwischen der Federkraft des Federelements 61 und der Anzugskraft des Ankers 22 auf der einen Seite sowie der Rückstellfeder 24 auf der anderen Seite erreicht wird, und die Ankerkraft mitsamt der Federkraft des Federelements 61 größer als die Federkraft der Rückstellfeder 24 wird, bewegt sich der Kolben 60 gemeinsam mit dem Anker 22. Dadurch beginnt der Druckaufbau in der Pumpenkammer 27 in der im zweiten Ausführungsbeispiel beschriebenen Weise, bis das Rückschlagventil 29 öffnet und der Kraftstoff in die Druckkammer 28 strömt. Die Ausgestaltung des Einspritzmoduls 2 des siebten Ausführungsbeispiels hat dabei den Vorteil, dass eine verzögerte Bewegung des Kolbens 60 erreicht wird. Dadurch wird sichergestellt, dass die Bypassleitung 12 über den Luftsteller 2Od geöffnet wird, bevor eine Einspritzung von Kraftstoff über den Injektor 20c erfolgen kann. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel den vorhergehenden Ausführungsbeispielen, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.
Insgesamt sei zu allen beschriebenen Ausführungsbeispielen 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 und einen Luftsteller 2Od umfassen. Hierbei ist insbesondere ein gemeinsamer Aktuator für den Luftsteller 2Od und die Kraftstoffpumpe 20a vorgesehen. In den Ausführungsbeispielen 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. Ferner sei angemerkt, dass das in den Ausführungsbeispielen beschriebene
Schließelement des Luftstellers 2Od, welches als konischer Endbereich 22a des Ankers 22 ausgeführt ist, auch in einer beliebig anderen Weise, beispielsweise als Kugel oder Teilkugel, oder auf andere Weise als sich verjüngende Fläche ausgebildet sein kann.

Claims

Ansprüche
1. Einspritzvorrichtung, umfassend eine Kraftstoffpumpe (20a), einen Druckregler (20b), einen Injektor (20c) und einen Luftsteller (2Od), dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffpumpe (20a), der Druckregler (20b), der Injektor (20c) und der Luftsteller (2Od) integraler Bestandteil eines Einspritzmoduls (2) sind.
2. Einspritzvorrichtung nach Anspruch 1, umfassend genau einen Aktuator (21, 22), welcher gleichzeitig die Kraftstoffpumpe (20a) und den Luftsteller (2Od) betätigt.
3. Einspritzvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator ein Magnetaktuator mit einer Spule (21) und einem Anker (22) ist.
4. Einspritzvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (22) als Plungerkolben mit einem ersten Endbereich und einem zweiten Endbereich ausgebildet ist, wobei der erste Endbereich der Kraftstoffpumpe (20a) zugeordnet ist und der zweite Endbereich dem Luftsteller (2Od) zugeordnet ist.
5. Einspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffpumpe (20a) eine Membran (26) umfasst.
6. Einspritzvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffpumpe (20a) eine Membran (26) umfasst, welche mit dem ersten Endbereich des Plungerkolbens verbunden ist.
7. Einspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffpumpe (20a) ein Faltenbalgelement (40) umfasst.
8. Einspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ausgang (12b) eines Luftbypasskanals (12) benachbart zu einer Einspritzöffnung des Injektors (20) mündet.
9. Einspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffpumpe eine Pumpkammer (27) und eine Druckkammer (28) umfasst, welche voneinander getrennt sind und für eine Verbindung der Pumpkammer (27) zur Druckkammer (28) eine Blende und/oder ein Rückschlagventil (29) angeordnet ist.
10. Einspritzvorrichtung nach Ansprach 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpkammer (27) ein Volumen aufweist, welches einer maximal einspritzbaren Kraftstoffmenge bei einem maximalen Einspritzdruck entspricht.
11. Einspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator winkelsynchron über eine Steuereinheit (5) betreibbar ist.
12. Einspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine
Steuereinheit (5), welche den Injektor (20c) und den Aktuator steuert, wobei die Steuereinheit (5) ausgelegt ist, den Luftsteller (2Od) während einer Einspritzphase des Injektors (20c) in der Offenstellung zu halten.
13. Einspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die
Kraftstoffpumpe genau einen Pumpenraum (37) für das Ansaugen und die Drackerzeugung, einen Anschluss für eine Kraftstoffzuleitung (6a), einen Anschluss für eine Kraftstoffrückleitung (6b) und einen Injektoranschluss (6c) umfasst, wobei im Anschluss für den Kraftstoffzulauf, im Anschluss für den Kraftstoffrücklauf und im Injektoranschluss jeweils ein Ventil angeordnet ist.
14. Einspritzvorrichtung nach Ansprach 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator einen Anker (22), einen Kolben (60) und ein zwischen dem Anker (22) und dem Kolben (60) angeordnetes Federelement (61) umfasst, wobei das Federelement (61) den Anker (22) vom Kolben (60) fort vorspannt.
15. Brennkraftmaschine, umfassend genau einen oder genau zwei Zylinder und eine Einspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
16. Brennkraftmaschine nach Ansprach 15, ferner umfassend einen Kraftstofftank (6), welcher oberhalb des Einspritzmoduls (2) angeordnet ist.
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