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Stand der Technik
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Einspritzvorrichtung mit einer
Kraftstoffpumpe und einem Injektor in einer kompakten Bauweise mit
einem nach innen öffnenden Injektor.
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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 Kleinbrennkraftmaschinen
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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Offenbarung 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 und einen Injektor umfasst,
welche integrale Bestandteile eines Einspritzmoduls sind. Das Einspritzmodul
ist ein kompaktes, kleinbauendes Bauteil, in welchem die Kraftstoffpumpe
und der Injektor angeordnet sind. Ein Druckregler zur Regelung eines
Einspritzdrucks ist in dem Injektor integriert. Die Kraftstoffpumpe
umfasst einen Aktuator zur Betätigung eines Kolbens sowie
eine Pumpkammer mit einer Zufuhrbohrung zur Zuführung von
Kraftstoff und eine mit einer Kraftstoffrückleitung verbundene
Rückführbohrung. Der Injektor umfasst dabei ein
nach innen öffnendes Ventilelement. Hierdurch kann eine
besonders einfache Ventilgruppe bereitgestellt werden, da insbesondere
der Aufwand für die bisher immer nach außen öffnenden
Ventilelemente entfallen kann. Der Druckregler wird vorzugsweise
durch ein Rückstellelement des Ventilelements bereitgestellt.
Somit kann eine kompakte Einspritzvorrichtung mit nach innen öffnendem
Ventilelement bereitgestellt werden, wobei für eine Einspritzung
das Ventilelement entgegengesetzt zur Einspritzrichtung bewegt wird.
Das Einspritzmodul kann ferner 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.
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Die
Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Vorzugsweise
umfasst die Einspritzvorrichtung eine Zerstäuberplatte,
welche stromabwärts des Ventilelements angeordnet ist.
Diese Zerstäuberplatte definiert den Kraftstoffaustritt
während des Einspritzvorgangs. Erfindungsgemäß kann
somit je nach Wahl eine Zerstäuberplatte mit verschiedenen Öffnungen
individuell auf die jeweilige Brennkraftmaschine ausgelegt werden.
Dadurch kann eine hohe Anzahl von Gleichteilen in der Einspritzvorrichtung erhalten
werden und lediglich eine individuelle Zerstäuberplatte
für verschiedene Anwendungen eingebaut werden. Die Zerstäuberplatte
weist eine Vielzahl von Bohrungen auf, welche z. B. verschieden
große Durchmesser und/oder in unterschiedliche Richtungen
gerichtet sein können. Hierdurch kann ein individuelles
Spray bereitgestellt werden. Besonders bevorzugt weichen dabei eine
Vielzahl von Lochachsen in der Zerstäuberplatte von einer
Axialachse der Einspritzvorrichtung ab.
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Um
einen möglichst kompakten Aufbau bereitzustellen, ist vorzugsweise
ein Zufuhrspalt vorgesehen, welcher die Pumpkammer mit dem Injektor verbindet.
Der Zufuhrspalt ist dabei radial außerhalb des Injektors
angeordnet. Der Zufuhrspalt umfasst dabei vorzugsweise zwei Spaltabschnitte,
welche bogenförmig an einem Ventilkörper angeordnet
sind und eine ausreichende Breite aufweisen, um Kraftstoff zum Ventilelement
zuzuführen.
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Weiter
bevorzugt umfasst der Injektor den Ventilkörper mit einem
Aufnahmeraum, einem Dichtsitz, einem Anschlag und einem im Aufnahmeraum angeordneten
Rückstellelement. Das Ventilelement ist dabei ebenfalls
im Aufnahmeraum angeordnet. Das Rückstellelement übt
eine Rückstellkraft auf das Ventilelement auf, wobei eine
in Einspritzrichtung gerichtete Druckseite des Ventilelements mit
dem Kraftstoff der Pumpkammer in Kontakt steht. Wenn nun ein Druck
in der Pumpkammer ansteigt, steigt der Druck auch am Ventilelement
an, wobei das Ventilelement öffnet, sobald der Druck größer
als eine Rückstellkraft des Rückstellelements
ist. Es sei angemerkt, dass vorzugsweise der Aufnahmeraum mit dem
Tank bzw. einer Rückführleitung verbunden ist, so
dass im Aufnahmeraum im Wesentlichen Umgebungsdruck herrscht.
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Weiter
bevorzugt umfasst der Injektor ferner einen Einstellbolzen, um eine
Rückstellkraft des Rückstellelements einzustellen.
Hierbei kann eine Relativposition zwischen dem Einstellbolzen und dem
Ventilkörper verändert werden, um die Rückstellkraft
zu ändern.
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Besonders
bevorzugt ist am Anschlag, welcher einen Öffnungsweg des
Ventilelements begrenzt, ein zweiter Dichtsitz für das
Ventilelement vorgesehen. Hierdurch dichtet das Ventilelement im geöffneten
Zustand des Injektors an diesem zweiten Dichtsitz am Anschlag ab,
so dass vermieden wird, dass im geöffneten Zustand des
Injektors Kraftstoff in den Aufnahmeraum strömen kann.
Somit kann eine Leckage bei geöffnetem Zustand des Injektors
vermieden werden.
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Weiter
bevorzugt umfasst das Einspritzmodul als integralen Bestandteil
ferner einen Luftsteller. Hierdurch kann ein noch kompakterer Aufbau
erreicht werden, in dem der Luftsteller ebenfalls in das Einspritzmodul
integriert wird.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Einspritzmodul ferner
genau einen Aktuator, welcher sowohl die Kraftstoffpumpe als auch
den Luftsteller betätigt. Der Aktuator umfasst dabei eine
Spule sowie einen ersten und einen zweiten Anker. 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. Der gemeinsame
Aktuator kann eine gleichzeitige Betätigung der Kraftstoffpumpe
und des Luftstellers durchführen, wobei der Aktuator eine
Spule, einen ersten Anker und einen zweiten Anker umfasst. Hierbei
ist der erste Anker der Kraftstoffpumpe zugeordnet und der zweite
Anker dem Luftsteller, und beide Anker können mittels der
gemeinsamen Spule aktiviert werden. Um einen möglichst
kompakten Aufbau bereitzustellen, ist vorzugsweise der erste Anker
ein Teil des Luftstellers und der zweite Anker ist ein Teil der
Kraftstoffpumpe. Insbesondere ist der erste Anker ein Ventilglied
des Luftstellers und der zweite Anker ist ein Kolben der Kraftstoffpumpe.
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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
wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel 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 Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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2 eine
schematische Ansicht der Einspritzvorrichtung gemäß dem
Ausführungsbeispiel, und
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3 und 4 Schnittansichten
des Injektors in zwei voneinander um 90° gedrehten Ebenen durch
den Injektor.
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Bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 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
Injektor mit integriertem Druckregler, 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 12z der Bypassleitung 12 mündet
im Saugrohr 8 hinter der Drosselklappe 7.
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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.
Ferner ist ein Booster 18 vorgesehen, um zu Beginn der
Aktivierung des Aktuators eine schnellere Aktivierung und damit
eine schnellere Beschleunigung des Kolbens auszuführen.
Der Booster 18 verstärkt dabei insbesondere Signale, welche
für einen Aktuator des Einspritzmoduls vorgesehen sind.
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.
Der Druckregler 20b ist dabei Bestandteil des Injektors 20c.
Ein gemeinsamer Aktuator betätigt dabei gleichzeitig die
Kraftstoffpumpe 20a und den Luftsteller 20d. Der
gemeinsame Aktuator umfasst dabei eine Spule 21, einen
ersten Anker 22 und einen zweiten Anker 23a. Wie
aus 2 ersichtlich ist, ist der erste Anker 22 Teil
des Luftstellers 20d, wobei der Anker 22 an einem
Ende als Ventilglied 22a ausgebildet ist, welches an einem
Ventilsitz 12a einer Bypassleitung 12 die Bypassleitung 12 freigeben
bzw. verschließen kann. Dem Luftsteller 20d ist
ferner eine erste Rückstellfeder 28 zugeordnet. Der
zweite Anker 23a ist in diesem Ausführungsbeispiel
ein Teil der Kraftstoffpumpe 20a. Hierbei ist der zweite
Anker 23a fest mit einem Kolben 23 der Kraftstoffpumpe 20a verbunden.
Der zweite Anker 23a ist ein zylindrisches Bauteil und
weist die Form einer Hülse auf, welche neben einer Führungsfunktion auch
eine Abstützfunktion für eine zweite Rückstellfeder 24 zur
Rückstellung des zweiten Ankers 23a aufweist.
Die Spule 21 betätigt dabei, wenn sie bestromt
wird, sowohl den ersten Anker 22 als auch den zweiten Anker 23a.
Nach Wegfall der Bestromung der Spule 21 stellen die erste
Rückstellfeder 28 bzw. die zweite Rückstellfeder 24 die
beiden Anker wieder in die in 2 gezeigten
Ausgangspositionen zurück. Die in 2 gezeigte
Position ist dabei eine Position am Ende eines Ansaughubes der Kraftstoffpumpe 20a,
in welcher sich der Kolben im oberen Totpunkt befindet. Hierbei
ist der Aktuator nicht aktiviert.
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Das
Einspritzmodul 2 umfasst ferner das mehrteilige Gehäuse 25,
umfassend ein erstes Gehäuseteil 25a, ein zweites
Gehäuseteil 25b, ein drittes Gehäuseteil 25c und
ein viertes Gehäuseteil 25d. Das vierte Gehäuseteil 25d ist
dabei zwischen der Kraftstoffpumpe 20a und dem Luftsteller 20d angeordnet.
Dabei weist das vierte Gehäuseteil 25d eine im
Wesentliche topfförmige Form auf und weist an einem inneren
Bodenbereich zusätzlich noch einen Anschlag 26 auf.
Der Anschlag 26 ist dabei fest am inneren Boden des vierten
Gehäuseteils 25d befestigt und dient als Anschlag
für den zweiten Anker 23a. Wie ferner aus 2 ersichtlich
ist, ist an einer äußeren Grundfläche 25e des
vierten Gehäuseteils 25d die erste Rückstellfeder 28 angeordnet
und stützt sich gegen diese äußere Grundfläche 25e ab.
Wie in 2 dargestellt, ist das vierte Gehäuseteil 25d dabei
innerhalb der Spule 21 ortsfest angeordnet und über
eine Hülse 34 mit dem zweiten Gehäuseteil 25b verbunden.
Im zweiten Gehäuseteil 25b sind Anschlüsse
für die Kraftstoffzuleitung 6a sowie für
eine Kraftstoffrückleitung 6b angeordnet. Die
Kraftstoffzuleitung 6a mündet dabei in einem Ansaugbereich 32 und
die Kraftstoffrückleitung 6b geht von einem Rücklaufbereich 33 im
Gehäuse 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. Das dritte Gehäuseteil 25c definiert eine
Pumpkammer 27, in welcher Kraftstoff mittels des Kolbens 23 unter
Druck setzbar ist. Dabei sind im dritten Gehäuseteil 25c eine Zufuhrbohrung 50 mit
einem ersten Rückschlagventil 29 und eine Rückführbohrung 51 mit
einem zweiten Rückschlagventil 31 angeordnet. Das
erste Rückschlagventil 29 öffnet bzw.
schließt eine Verbindung zwischen dem Ansaugbereich 32 und
der Pumpkammer 27. Das zweite Rückschlagventil 31 öffnet
bzw. schließt eine Verbindung der Pumpkammer 27 mit
einem Rücklaufbereich 33, von welchem aus die
Kraftstoffrückleitung 6b abgeht.
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Wie
aus 2 ersichtlich ist, ist die Rückführungsbohrung 51 in
Axialrichtung X-X des Einspritzmoduls näher zum Kolben 23 angeordnet,
als die Zufuhrbohrung 50. Da das zweite Rückschlagventil 31 von
der Pumpkammer 27 zum Rücklaufbereich 33 öffnet,
wird bei einer Bewegung des Kolbens 23 bis zu einer Steuerkante 51a an
der Rückführbohrung 51 Kraftstoff, welcher
sich in der Pumpkammer 27 befindet, über die Rückführbohrung 51 in
die Kraftstoffrückleitung 6b ausgeschoben (Hub
H1 des Kolbens 23). Hierbei können auch eventuell
vorhandene Gasblasen aus der Pumpkammer 27 in die Kraftstoffrückleitung 6b ausgeschoben
werden. Ein Druckaufbau in der Pumpkammer 27 kann dabei
erst erfolgen, wenn der Kolben 23 die Steuerkante 51a überfahren hat,
wobei H2 den Maximalhub des Kolbens 23 bezeichnet.
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Der
Injektor 20c umfasst, wie insbesondere aus den 3 und 4 ersichtlich
ist, ein Ventilelement 40, welches in diesem Ausführungsbeispiel
als Kugel ausgebildet ist. Ferner umfasst der Injektor 20c ein
Federelement 41 zur Rückstellung des Ventilelements 40 sowie
einen Ventilkörper 42 mit einem daran gebildeten
Dichtsitz 43 sowie einem inneren Aufnahmeraum 49.
An diesem Dichtsitz 43 dichtet das Ventilelement 40 ab.
Im Aufnahmeraum 49 ist ein Anschlag 44 angeordnet,
an welchem ein weiterer Ventilsitz 44a gebildet ist. Der
Anschlag 44 ist in diesem Ausführungsbeispiel
ringförmig ausgebildet und kann beispielsweise mittels
einer Pressverbindung fest mit dem Ventilkörper 42 verbunden
werden. Ferner umfasst der Injektor 20c einen Einstellbolzen 45,
welcher an dem dem Ventilelement 40 entgegengesetzten Ende
des Ventilkörpers 42 angeordnet ist. Der Einstellbolzen 45 kann
beispielsweise als Schraubbolzen vorgesehen sein und kann durch
ein tieferes Einschrauben in den Ventilkörper 42 eine
Rückstellkraft des Federelements 41 ändern.
Das Federelement 41 bildet dabei den Druckregler der Einspritzvorrichtung,
um die Höhe des Einspritzdrucks festzulegen. Das Federelement 41 ist
dabei als Kegelfeder ausgebildet.
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An
der Außenseite des Ventilkörpers 42 sind ein
erster Zufuhrspalt 46 und ein zweiter Zufuhrspalt 47 vorgesehen.
Der erste und zweite Zufuhrspalt 46, 47 steht
dabei mit der Pumpkammer 27 in Verbindung. Wie aus 3 ersichtlich
ist, sind im Ventilkörper 42 Verbindungsbohrungen 42a, 42b gebildet,
um den Kraftstoff von den Zufuhrspalten 46, 47 zu
einer Druckseite 40a des Ventilelements 40 zu
führen. Wie weiter aus 4 ersichtlich
ist, ist der Aufnahmeraum 49 des Ventilkörpers 42 über
einen Rücklauf 48 mit einem Tank oder der Kraftstoffrückleitung 6b verbunden
(nicht dargestellt).
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Der
Injektor 20c umfasst ferner eine Zerstäuberplatte 60,
welche in Strömungsrichtung nach dem Dichtsitz 43 angeordnet
ist. In der Zerstäuberplatte 60 sind eine Vielzahl
von Bohrungen 61 vorgesehen, wobei in den 3 und 4 beispielhaft
lediglich zwei Bohrungen eingezeichnet sind. Die Bohrungen können
dabei parallel zur Axialachse X-X des Einspritzmoduls eingebracht
sein oder die Bohrungsachsen weichen von der Achse X-X ab. Die Bohrungen 61 können
dabei beliebig auf der Zerstäuberplatte 60 verteilt
sein und verschiedene Durchmesser aufweisen. Die Zerstäuberplatte 60 ist
vorzugsweise aus einem Edelstahlblech gefertigt, so dass sie sehr kostengünstig
bereitgestellt werden kann. Da die Bohrungen 61 beliebig
in die Zerstäuberplatte 60 eingebracht werden
können, können unterschiedliche Einspritzsprays,
z. B. kegelförmige oder Zwei-Strahl-Sprays, bereitgestellt
werden. Wie aus den 3 und 4 ersichtlich
ist, ist die Zerstäuberplatte 60 in einer Überwurfmutter 62,
beispielsweise mittels Laserschweißen, befestigt und dann auf
einen Gewindebereich des dritten Gehäuseteils 25c aufgeschraubt.
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Die
Funktion des erfindungsgemäßen Einspritzmoduls 2 ist
dabei wie folgt. Ausgehend von der in der 2 gezeigten
Stellung, in welcher schon eine Ansaugung von Kraftstoff aus der
Kraftstoffzuleitung 6a erfolgt ist, erfolgt eine Bestromung
der Spule 21. Hierbei wird ein von der Steuereinheit 5 der
Spule 21 übermittelte Spannung durch den Booster 18 verstärkt.
Dadurch kann eine große Magnetkraft auf den Kolben 23 wirken,
so dass dieser in Richtung des Pfeils A in Richtung des Bodens der
Pumpkammer 27 bewegt wird. Durch die Bestromung der Spule 21 wird
gleichzeitig auch der erste Anker 22 des Luftstellers 20d in
Richtung des Pfeils B angezogen. Hierdurch öffnet der Luftsteller 20d,
so dass Luft durch die Bypassleitung 12 strömen
kann. Hierbei sei angemerkt, dass durch die Wahl unterschiedlicher
Federkonstanten der ersten Rückstellfeder 28 und
der zweiten Rückstellfeder 24 unterschiedliche
Zeitpunkte für eine Betätigung des Ankers 22 bzw.
des Kolbens 23 gewählt werden können.
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Durch
die Bestromung der Spule 21 beschleunigt somit der Kolben 23,
wobei aufgrund des noch geöffneten zweiten Rückschlagventils 31 noch kein
Druckaufbau in der Pumpkammer 27 erfolgen kann. Während
der Bewegung des Kolbens 23 bis zum Überfahren
der Rückführbohrung 51 werden Kraftstoff
und gegebenenfalls in der Pumpkammer 27 vorhandene Blasen,
welche sich an der Stirnseite des Kolbens 27 gesammelt
haben, über die Rückführbohrung 51 ausgeschoben.
Dabei kann der Kolben 23 nahezu ohne Gegendruck beschleunigen. Sobald
der Kolbenboden die Steuerkante 51a an der Rückführbohrung 51 überfahren
hat, kann kein Medium mehr aus der Pumpkammer 27 in die
Kraftstoffrückleitung 6b ausgeschoben werden.
Nun beginnt ein Druckaufbau in der Pumpkammer 27, wobei
der Druck über den ersten und zweiten Zufuhrspalt 46, 47 und
die Bohrung 42a, 42b zur Druckseite 40a des Ventilelements 40 geführt
wird. Das Ventilelement 40 dichtet dabei noch am Dichtsitz 43 solange
ab, bis der am Ventilelement 40 anliegende Kraftstoffdruck größer
als eine Rückstellkraft des Federelements 41 ist. 3 zeigt
dabei noch den geschlossenen Zustand des Injektors 20c.
Sobald der Druck am Ventilelement 40 größer
als die Rückstellkraft des Federelements 41 wird,
wird das Ventilelement in Richtung des Pfeils C zur Innenseite des
Injektors bewegt, und hebt vom Dichtsitz 43 ab (4).
Nach einer kurzen Hublänge kommt dabei das Ventilelement 40 mit
einem Ventilsitz 44a am Anschlag 44 in Kontakt
und dichtet den Aufnahmeraum 49 des Ventilkörpers 42, in
welchem insbesondere das Federelement 41 angeordnet ist,
gegen den nun unter hohem Druck stehenden Bereich vor der Zerstäuberplatte
ab. Dadurch wird verhindert, dass unter hohem Druck stehender Kraftstoff über
den hohlen Ventilkörper 42 zum Rücklauf 48 strömen
kann. In der in 4 gezeigten Offenstellung kann
nun der unter Druck stehende Kraftstoff durch die Bohrungen 61 in
der Zerstäuberplatte 60 geführt werden
und eingespritzt werden.
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Wenn
die Einspritzung beendet werden soll, wird die Bestromung der Spule 21 beendet,
so dass das zweite Rückstellelement 24 den Kolben 23 wieder
in die in 2 gezeigte Ausgangsposition
zurückstellen kann. Während dieser Rückbewegung des
Kolbens 23 ist das zweite Rückschlagventil 31 geschlossen
und das erste Rückschlagventil 29 ist geöffnet.
Somit kann Kraftstoff aus der Kraftzuleitung 6a in die
Pumpkammer 27 angesaugt werden. Sollten sich hierbei Blasen
bilden bzw. Blasen angesaugt werden, sammeln diese sich wieder am
Kolbenboden des Kolbens 23, so dass sie mit dem nächsten Hub
des Kolbens 23 über das dann geöffnete
zweite Rückschlagventil 31 wieder ausgeschoben
werden können. Da somit der Druck in der Pumpkammer 27 wieder
abgesenkt wurde, stellt das Federelement 41 das Ventilelement 40 wieder
in die in 3 gezeigte geschlossene Position
am Dichtsitz 43 zurück.
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In
diesem Ausführungsbeispiel ist der Ventilkörper 42 quaderförmig
ausgebildet, so dass die Zufuhrspalte 46, 47 seitlich
am quaderförmigen Ventilkörper 42 als
gerade Spalte gebildet sind. Es ist jedoch auch möglich,
dass der Ventilkörper 42 im Wesentlichen zylinderförmig
ausgebildet ist, so dass die Zufuhrspalte als Teilringspalte ausgebildet
sind. Weiterhin ist es auch denkbar, dass die Pumpkammer 27 über
Kanäle im Gehäuseteil 25c und/oder im
Ventilkörper 42 mit der Druckseite 40a des
Ventilelements 40 verbunden sind.
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Somit
kann erfindungsgemäß ein Einspritzmodul 2 mit
einem nach innen öffnenden Injektor 20c bereitgestellt
werden, so dass mit diesem Einspritzmodul insbesondere auch eine
problemlose Direkteinspritzung in einem Brennraum ermöglicht
wird. Die Verwendung der Zerstäuberplatte 60 ermöglicht dabei
ferner einen hohen Freiheitsgrad, betreffend eine Strahlformgebung
des Sprays, so dass das erfindungsgemäße Einspritzmodul
bei verschiedensten Brennkraftmaschinen verwendet werden kann, wobei lediglich
dann die Zerstäuberplatte ausgetauscht werden muss. Somit
kann eine hohe Gleichteileanzahl und somit eine kostengünstige
Fertigung erreicht werden.
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Es
sei weiter angemerkt, dass die Einspritzvorrichtung sehr kompakt
und kostengünstig aufgebaut ist. In dem Ausführungsbeispiel
wurde als Aktuator 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 beschriebene
Schließelement 22a des Luftstellers 20d auch als
sich verjüngender, insbesondere konischer, Endbereich des
Ankers 22 ausgeführt sein kann, oder auch in einer
beliebig anderen Weise, beispielsweise als Kugel oder Teilkugel.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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