Die Erfindung geht von einer Kraftstoffpumpvorrichtung für eine nach dem Zweitaktprinzip arbeitende Verbrennungskraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aus.
Eine derartige Kraftstoffpumpvorrichtung ist aus der DE 37 27 266 A1 bekannt. Diese Druckschrift beschreibt eine Membrankolbenpumpe, die Kraftstoff zum Betrieb einer Einspritzvorrichtung fördert und verdichtet. Dazu wird der Membrankolbenpumpe aus einem Kraftstofftank über eine Vorförderpumpe der Kraftstoff zugeführt. Der dort verdichtete Kraftstoff wird zum Einspritzventil gefördert. Die Membrankolbenpumpe erhält ihren Antrieb von der aus dem Kurbelgehäuse der Verbrennungskraftmaschine abgeleiteten Impulsluft. Hierfür sitzt auf dem den Kraftstoff verdichtenden Kolben eine Membrane, die auf der dem Kolben abgewandten Seite von der Impulsluft beaufschlagt wird. Der im Kurbelgehäuse während eines Arbeitstaktes entstehende Überdruck betätigt den Verdichtungskolben. Den Rückhub des Verdichtungskolbens übernimmt eine mechanische Feder in Kombination mit dem Kurbelgehäuseunterdruck im Verdichtungstakt des Zweitakters.
In der DE 41 25 593 A1 wird eine vergleichbare Membrankolbenpumpe für eine Kraftstoffeinspritzung beschrieben, bei der der Rückhub des Verdichtungskolbens über ein Blattfederpaket erfolgt. Die Federrate des Blattfederpakets ist mechanisch mittels einer Stellschraube veränderbar.
Bei der Ausführung der Kraftstoffpumpe nach der EP 0 133 178 ist nur eine Durchbiegung der Membran in eine Richtung möglich. Hierbei liegt eine Feder an der einen Seite der Membran an. In Grundstellung (Mittenstellung) liegt die andere Seite der Membran am Gehäuse an. Die Membran kann in diese Richtung nicht durchgebogen werden. Eine zweite Feder umgibt einen Stössel in allen Ausführungsbeispielen und liegt an einem Bund dieses Stössels an. Die Membran kann nicht gegen die Kraft dieser Feder durchgebogen werden, da die Membran bereits vorher am Gehäuse anliegt. Es sind keine Hinweise zu entnehmen, dass die Membran in beide Richtungen durchgebogen werden kann, wodurch sich ein besserer Übertragungswirkungsgrad der Pulsationsenergie in hydraulische Energie ergibt.
Die erfindungsgemäße Kraftstoffpumpvorrichtung beinhaltet mindestens eine Membrankolbenpumpe bei der der Impulsluftanschluß in einen zwischen der Membrane und dem Pumpenkolben liegenden Gehäuseraum mündet. Auf jede Seite der Membrane wirkt mindestens ein Federelement, wobei sich das im Gehäuseraum angeordnete Federelement über den separaten Pumpenkolben an der Membrane abstützt. Bei dieser Konstruktionsvariante steht die Impulsluft unmittelbar mit dem Pumpenkolben in Verbindung. Das hat zum einen den Vorteil, daß die vom Kurbelgehäuse einströmende, ölhaltige Impulsluft die bewegten Teile in diesem Gehäuseabschnitt schmiert, so daß die Federauflagen und die Dichtung zwischen dem Pumpenkolben und dem ihn führenden Gehäuseteil weniger verschleißen. Zum anderen wird im Falle einer Leckage zwischen dem Pumpenkolben und dem ihn führenden Gehäuseteil der dort austretende Kraftstoff während des Verdichtungshubs des Zweitakters abgesaugt. Der Kraftstoff gelangt also nicht wie bei den bekannten Membrankolbenpumpen ins Freie.
Zusätzlich ist die Kraftstoffpumpvorrichtung mit einer Antriebseinheit ausgestattet, die sie zumindest in der Anlaßund/oder Leerlaufphase unterstützt. Die Antriebseinheit wirkt mittels eines synchron zur Druckpulsation der im Kurbelgehäuse eingeschlossenen Gasmenge oszillierenden Vorspannstößels über die Membrane auf den Pumpenkolben. Dadurch wird zumindest bei Start- und/oder Leerlaufdrehzahl, also bei niedriger Druckpulsation ein für die Funktion des Zweitaktmotors minimal erforderlicher Einspritzdruck erzeugt.
Die Antriebseinheit kann beispielsweise ein Permanentmagnetgenerator sein, der jeweils zum richtigen Zeitpunkt dem Magneten die notwendige Energie zuführt. Die dynamische Abstimmung des elektromagnetischen Stellers erfolgt vorzugsweise im Hinblick auf die optimale Funktion bei Start bzw. Leerlauf. Bei höherer Motordrehzahl wird die elektrische Unterstützung nicht mehr benötigt. Die Druckpulsation reicht dann aus, um den minimalen Einspritzdruck zu erzeugen.
Selbstverständlich kann sich der Vorspannstößel der Antriebseinheit auch an dem einzigen Federelement abstützen, das u.a. den Verdichtungshub des Pumpenkolbens bewirkt.
Des weiteren besteht bei der hier vorgestellten Membrankolbenpumpe keine starre, mechanische Verbindung zwischen dem Pumpenkolben und der mit Impulsluft beaufschlagten Membrane bzw. ihrem Membranteller. Der Hub der Membrane wird seitenkraftfrei auf den Pumpenkolben übertragen. Auch das mindert den Verschleiß der Pumpe.
Die Membrankolbenpumpe kann mit einem Handtaster ausgerüstet werden. Dazu wird beispielsweise der Vorspannstößel der elektrischen Antriebseinheit aus dem gegenüber der Rückseite der Membrane liegenden Gehäuseteil in Form eines Handtasters herausgeführt. Ein Drücken des Handtasters bewirkt einen Verdichtungshub des Pumpenkolbens. Auf diese Weise kann z.B. bei Zweitaktkleinmotoren, wie sie in handgeführten Arbeitsgeräten verwendet werden, nach einer vollständigen Kraftstofftankentleerung oder nach einer längeren Stillstandszeit die Einspritzleitung und das Einspritzventil vorbefüllt werden, so daß der Anlaßvorgang verkürzt wird.
Die beschriebene Membrankolbenpumpe ist so aufgebaut, daß die Ventile und die Verdichtungskammer von den Bauteilen trennbar sind, die die Membrane umfassen und den Pumpenkolben führen. Das erleichtert zum einen die Wartung und Reparatur und zum anderen die Fertigung.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer schematisch dargestellten Ausführungsform:
Figur 1 zeigt das Funktionsschema einer Kraftstoffpumpvorrichtung für ein Direkteinspritzsystem, wie es bei Zweitaktern verwendet werden kann. Der Kraftstoffdruck wird mit einer Membrankolbenpumpe (10) erzeugt. Die Membrankolbenpumpe (10) saugt über ein innerhalb eines Pumpengehäuses (11) angeordnetes Saugventil (61) den Kraftstoff beispielsweise über einen Filter (2) aus einem Kraftstofftank (1). Der angesaugte Kraftstoff gelangt in eine Verdichtungskammer (51), in die ein Pumpenkolben (22) eintaucht. Der dort verdrängte Kraftstoff strömt über ein Druckventil (71) in einen Kraftstoffdruckspeicher (73) und zu einem beispielsweise elektrisch gesteuerten Einspritzventil (5). Auf der Druckseite entweicht ggf. ein Teil des Kraftstoffs über ein Druckbegrenzungsventil (80) z.B. in den Kraftstofftank (1).
Der Pumpenkolben (22) ragt mit seinem hinteren Ende in den Raum (13) des Pumpengehäuses (11), der pneumatisch an das Kurbelgehäuse der nach dem Zweitaktprinzip arbeitenden Verbrennungskraftmaschine angeschlossen ist. In diesem Impulsluftraum (13) wird der Pumpenkolben (22) über ein Federelement (15) gegen eine mit einem Membranteller (42) verstärkte Membrane (41) gedrückt. Auf der Rückseite der Membrane (41) liegt umschlossen von einem Gehäusedeckel (31) ein Umgebungsluftraum (33), in dem zwei weitere Federelemente (35) und (94) angeordnet sind. Beide Federelemente (35, 94) wirken dem anderen Federelement (15) entgegen. Die vorgespannten Federelemente (15, 35, 94) halten die Membrane (41) in einer Mittellage, sofern beidseits der Membrane (41) der gleiche Luftdruck anliegt und eine am Gehäusedeckel (31) angeordnete Antriebseinheit (90) abgeschaltet in einer Ruheposition ist.
Die Antriebseinheit (90) ist ein Hubmagnet, der als Anker einen Vorspannstößel (91) aufweist. Der Vorspannstößel (91), der im Gehäusedeckel (31) koaxial zum Pumpenkolben (22) angeordnet ist, besteht aus einem Schaft (92) und einer Jochplatte (93). Der Schaft (92) wirkt direkt auf das Federelement (94). Um ihn herum ist eine Wicklung (96) in einem Schalenkern (95) angeordnet.
Bei laufendem Zweitaktmotor strömt die Impulsluft mit Überdruck in den Impulsdruckraum (13) und bewegt die Membrane (41) nach unten, wobei das Federelement (15) den Pumpenkolben (22) der Membrane (41) nachführt und das Federelement (35) weiter gespannt wird. Die Membrankolbenpumpe (10) saugt über ein Saugventil (61) Kraftstoff in die Verdichtungskammer (51). Sobald der Überdruck abfällt schieben die sich teilweise entspannenden Federelemente (35, 94) den Pumpenkolben (22) in die Verdichtungskammer (51) hinein. Der Kraftstoff strömt über das Druckventil (71) zum Einspritzventil (5) und/oder zum Kraftstoffdruckspeicher (73). Der Verdichtungshub geht über die Mittellage der Membrane (41) hinaus, da sich gegen Hubende der nun im Kurbelwellengehäuse vorherrschende Unterdruck auf die Membrane (41) auswirkt. Die Membrane (41) wird nach oben gesaugt.
Mit dem Ansteigen des Impulsluftdrucks wiederholt sich die Pumpbewegung des Pumpenkolbens (22).
Zumindest in der Anlaß- oder Leerlaufphase des Zweitaktmotors wird die Wicklung (96) synchron zum Verdichtungstakt bestromt. Hierbei wird die Jochplatte (93) gegen den Schalenkern (95) gezogen, wodurch der Vorspannstößel (91) das Federelememt (94) gegen die Membrane (41) spannt und somit den Verdichtungshub des Pumpenkolbens (22) zusätzlich unterstützt.
Die Bestromung der Wicklung wird durch eine Steuerung (99) veranlaßt. Das Signal zur Bestromung gibt ein Drucksensor (97), der beispielsweise mit dem Impulsluftanschluß (14) pneumatisch in Verbindung steht.