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Die
Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung für einen
Verbrennungsmotor, insbesondere für einen Zweitaktmotor in einem
handgeführten Arbeitsgerät wie einer
Motorkettensäge,
einem Freischneidegerät,
einem Trennschleifer oder dgl. nach dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
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Eine
derartige Kraftstoffeinspritzvorrichtung ist aus der
DE 42 23 757 A1 bekannt.
Zum Starten des Verbrennungsmotors wird ein Chokeventil geschaltet,
welches eine Düsenöffnung im
Ansaugkanal des Verbrennungsmotors mit einem Regelventil verbindet,
das mit dem Druckanschluß der
Kraftstoffpumpe verbunden ist. Mit dem so gebildeten Hilfsvergaser
wird gewährleistet,
daß bereits
nach wenigen Starthüben
dem Brennraum ein brennfähiges
Kraftstoff/Luft-Gemisch zugeführt
wird, so daß der
Verbrennungsmotor anläuft.
Nach einigen Umdrehungen hat die Kraftstoffpumpe einen ausreichenden Systemdruck
aufgebaut, so daß die
Einspritzpumpe ihre Arbeit aufnimmt und das Chokeventil abgeschaltet
werden kann. Dennoch können
bei einem derartigen System Startschwierigkeiten auftreten, insbesondere
mußte
festgestellt werden, daß oft
der Verbrennungsmotor zwar anläuft,
aber beim Abschalten des Hilfsvergasersystems die von der Einspritzpumpe
eingespritzte Kraftstoffmenge noch unzureichend war. Bei kaltem
Motor ergibt sich dann ein unrunder Leerlauf, in Extremfällen geht
der Motor wieder aus und muß erneut
gestartet werden.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung
für einen
handzustartenden Verbrennungsmotor, insbesondere den Zweitaktmotor
in einem handgeführten
Arbeitsgerät, derart
auszubilden, daß nach
wenigen Starthüben ein
sicheres Anlaufen des Verbrennungsmotors gewährleistet ist.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß nach den
kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Die
Impulsleitung zum Antriebsraum der Einspritzpumpe ist derart ausgelegt,
daß bei
geöffneter Drossel
der Pumpenkolben einen großen
Hub ausführt
und daher eine große
Menge Kraftstoff in den Brennraum des Zweitaktmotors einspritzt.
Sobald der Motor warmläuft,
muß diese
Kaltanreicherung zurückgenommen
werden, wozu die Drossel temperaturabhänging ihren Querschnitt ändert. Hierzu
ist die Drossel in der Impulsleitung nahe dem Verbrennungsmotor
angeordnet, so daß bei
wärmer
werdenden Kurbelgehäusegasen
die temperaturabhängige Drossel
anspricht und ihren Querschnitt vermindert. Der im Antriebsraum
wirkende Druck wird geringer, so daß der Pumpenhub abnimmt und
die Einspritzmenge zurückgeht.
Bei maximaler Drosselstellung fördert
die Einspritzpumpe eine Kraftstoffmenge, die bei warmem Motor einen
kraftvollen Lauf gewährleistet.
Die Kaltanreicherung ist temperaturabhängig abschaltbar.
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Bevorzugt
besteht die Drossel aus einem Bimetallelement, welches aus zwei
Bimetallstreifen zusammengesetzt ist. Die Bimetallstreifen sind
in Draufsicht etwa rechteckförmig
und haben eine Breite, die geringer als der Durchmesser der Impulsleitung
ist. Die Streifen sind insbesondere in Längsrichtung teilkreisförmig gebogen
und liegen mit ihren konvexen Seiten einander zugewandt, so daß bei Erwärmung der
Streifen sich diese etwa deckungsgleich aufeinander legen und den
Durchtrittsquerschnitt der Impulsleitung mindern; die Drossel hat ihre
maximale Drosselstellung.
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Weitere
Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der
Beschreibung und der Zeichnung, in der nachfolgend ein im einzelnen
beschriebenes Ausführungsbeispiel
der Erfindung dargestellt ist. Es zeigen:
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1 in
schematischer Darstellung eine mechanisch-pneumatische Kraftstoffeinspritzvorrichtung
für einen
Zweitaktmotor,
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2 einen
Schnitt durch eine Impulsleitung mit einer temperaturgesteuerten
Drossel,
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3 eine
um 90° gedrehte
Schnittdarstellung der Impulsleitung nach 2,
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4 einen
Schnitt längs
der Linie IV-IV in 3,
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5 in
vergrößerter Darstellung
eine Seitenansicht auf einen Bimetallstreifen.
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Die
in 1 dargestellte Kraftstoffeinspritzvorrichtung
für einen
Verbrennungsmotor ist insbesondere für einen Zweitaktmotor in tragbaren,
handgeführten
Arbeitsgeräten
wie Motorkettensägen, Trennschleifern,
Freischneidegeräten
oder dgl. bestimmt. Der Verbrennungsmotor ist insbesondere handgestartet,
weshalb die Auslegung derart getroffen ist, daß bereits nach wenigen Pumphüben der
erforderliche Einspritzdruck aufgebaut ist.
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Die
Einspritzvorrichtung besteht im wesentlichen aus einer Kraftstoffpumpe 2,
deren Sauganschluß 3 über ein
Eingangsventil 4 mit einem Kraftstofftank 1 in
Verbindung steht. Das Eingangsventil 4 ist ein in Richtung
auf die Kraftstoffpumpe 2 öffnendes, federbelastetes Rückschlagventil.
Zwischen dem Eingangsventil 4 und dem Kraftstofftank 1 ist
ein Saugpuffer 5 angeordnet, dessen Raum von einer Membran 6 begrenzt
ist, die von einer Feder 7 im Sinne einer Volumenvergrößerung des
Saugpuffers 5 kraftbeaufschlagt ist.
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Der
Druckanschluß 8 der
Kraftstoffpumpe 2 steht über ein Ausgangsventil 9 mit
der Saugleitung 10 einer Pumpenkammer 11 einer
Einspritzpumpe 20 in Verbindung. Die Saugleitung 10 ist über ein
Saugventil 12 mit der Pumpenkammer 11 verbunden,
wobei das Saugventil 12 ein in Richtung zur Pumpenkammer 11 öffnendes
Rückschlagventil
ist.
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Der
Druckanschluß 8 der
Kraftstoffpumpe 2 mündet
zwischen dem Saugventil 12 und einem Druckbegrenzungsventil 13,
welches die Saugleitung 10 über eine Rücklaufleitung 14 zum
Kraftstofftank 1 hin entlastet. Durch Einstellung der Schließfeder 13' im Druckbegrenzungsventil 13 ist
der Systemdruck der Kraftstoffpumpe 2 einstellbar.
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Der
Druckanschluß der
Kraftstoffpumpe 2 kommuniziert mit einem Druckpuffer 15,
der von einer Membran 16 begrenzt ist. Die Membran 16 ist
im Sinne eines Verkleinerns des Druckpuffers von einer Feder 17 kraftbeaufschlagt.
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Der
Druckanschluß 8 ist
ferner über
ein Regelventil 18 und eine Regelkammer 19 mit
einer Düsenöffnung 21 im
Ansaugkanal 51 des Verbrennungsmotors 50 verbunden.
Die Düsenöffnung 21 bildet
zusammen mit einem Regelventil 18 und einer Regelkammer 19 einen
Hilfsvergaser, der bei zu geringem Systemdruck ein Starten des Verbrennungsmotors
mittels Seilzugstarter gewährleistet.
In die Kraftstoffleitung 22 von der Regelkammer 19 zur
Düsenöffnung 21 ist
ein schaltbares Ventil 23 angeordnet, welches als Chokeventil
bezeichnet wird. Ist das Chokeventil 23 geöffnet, ist
der Hilfsvergaser in Betrieb. Das Chokeventil 23 kann von
Hand oder auch durch eine geeignete Steuereinrichtung geschaltet sein.
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Bei
einem ausreichenden Systemdruck ist das Chokeventil 23 geschlossen;
der Pumpenkolben 24 der Einspritzpumpe 20 saugt
bei einem Saughub über
das Saugventil 12 den unter einem Vordruck anstehenden
Kraftstoff in die Pumpenkammer 11 ein. Bei dem anschließenden Druckhub
des Pumpenkolbens 24 wird der Kraftstoff über eine
an die Pumpenkammer 11 angeschlossene Druckleitung 25 und
ein Druckventil 26 einer Einspritzdüse 27 zugeführt, durch
die der Kraftstoff z. B. in den Brennraum 52 des Verbrennungsmotors 50 eingespritzt
wird. Der Einspritzdüse 27 ist
vorzugsweise ein Einspritzventil 28 vorgeschaltet, welches
als federbelastetes Rückschlagventil
ausgebildet ist, das in Strömungsrichtung
zum Brennraum 52 öffnet.
Im Brennraum 52 bildet sich ein zündfähiges Gemisch, was von einer Zündkerze 30 gezündet wird
und den Kolben 53 bewegt, welcher über ein Pleuel 54 eine
in einem Kurbelgehäuse 55 gelagerte
Kurbelwelle 56 antreibt. Von der Kurbelwelle ist der Antrieb
für das
Arbeitswerkzeug des Arbeitsgerätes
abgeleitet.
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Der
Pumpenkolben 24 ist über
einen erheblichen Teil seiner Länge
in einer Führungsbuchse 29 dichtend
geführt,
um im Hochdruckbereich der Einspritzpumpe – die z. B. etwa 20 bar aufbringt – eine sichere
Dichtung zu gewährleisten.
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Der
Förderkolben 32 der
Kraftstoffpumpe 2 ist mit einer Membran 31 verbunden,
die einen Antriebsraum 33 begrenzt. Der Antriebsraum ist über eine
Impulsleitung 39 mit dem Kurbelgehäuse 55 verbunden,
so daß der
Förderkolben 32 durch
den wechselnden Kurbelgehäusedruck
auf und ab bewegt wird, wodurch der Kraftstoff gefördert wird.
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In
gleicher Weise ist der Pumpenkolben 24 der Einspritzpumpe 20 angetrieben.
Eine mit dem Pumpenkolben 24 verbundene Membran 34 trennt einen
vom Kurbelgehäusedruck
beaufschlagten Antriebsraum 35 von einem Rückraum 36 ab.
Der im Arbeitsraum 35 wirkende, ausdem Kurbelgehäuse 55 abgeleitete
wechselnde Druck treibt den Pumpenkolben 24 an, wodurch
die Kraftstofförderung
der Einspritzpumpe gewährleistet
ist. Zur Erzielung einer vorgebbaren Förderungscharakteristik kann
der Arbeitsraum 35 und der Rückraum 36 den gewünschten
Kriterien entsprechend beschaltet sein. Zweckmäßig ist der Rückraum 36 mit
einem Druckspeicher 37 verbunden, der unabhängig von
Ausgleichsvorgängen
rasche Hubbewegungen des Pumpenkolbens 24 sicherstellen
soll. Im gezeigten Ausführungsbeispiel
ist der Antriebsraum 35 über ein in Richtung auf das
Kurbelgehäuse 55 öffnendes
Rückschlagventil 80 mit
der Impulsleitung 39 verbunden. Ferner steht der Antriebsraum 35 über eine
Impulsleitung 139 mit einer Steueröffnung 46 im Fußbereich des
Zylinders des Verbrennungsmotors 50 in Verbindung. Die
Steueröffnung 46 wird
von dem auf und abgehenden Kolben 53 in Abhängigkeit
von seiner Lage geöffnet
und geschlossen. Auf diese Weise ist der Einspritzbeginn und das
Einspritzende konstruktiv festgelegt.
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Zum
Ausgleich schleichend auftretender Systemschwankungen ist zwischen
dem Rückraum 36 und
dem Antriebsraum 35 eine Ausgleichsleitung 138 angeordnet,
in der ein zum Antriebsraum 35 öffnendes Rückschlagventil 81 angeordnet
ist. Der Rückraum 36 steht
ferner über
eine Ausgleichsbohrung 38 mit dem Ansaugkanal 51 des
Verbrennungsmotors 50 in Verbindung, und zwar in einem
Bereich vor der Drosselklappe 58. In der Ausgleichsbohrung ist
eine Drossel 59 angeordnet.
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Um
den Hochdruckbereich der Pumpenkammer 11 wirksam vom Niederdruckbereich
des Rückraums 36 abzudichten,
ist der Pumpenkolben 24 über ein Großteil seiner Länge in einer
Führungsbuchse 29 dichtend
geführt.
Dabei ist die Dichtpressung zwischen der Führungsbuchse 29 und
dem Pumpenkolben 24 niedrig gewählt, wodurch ein Kraftstoffleckagestrom
zwischen dem Pumpenkolben 24 und der Führungsbuchse 29 zugelassen
ist. Im Bereich des der Pumpenkammer 11 abgewandten Endabschnittes
der Führungsbuchse 29 ist
eine Leckageleitung 49 angeordnet, die den aus der Führungsbuchse 29 austretenden
Leckagekraftstoff vorzugsweise drucklos in die Rücklaufleitung 14 zum
Kraftstofftank 1 zurückführt. Die
Leckageleitung 49 zeigt bevorzugt am Ende der Führungsbuchse 29 vor
einer Außendichtung 48 ab.
So ist eine reibungsarme, verschleißresistente, dauerfeste Abdichtung
geschaffen.
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Im
Rückraum 36 ist
ferner ein Blattfederpaket 47 zur Einstellung der von der
Feder bereitgestellten Hubkraft vorgesehen. Das Blattfederpaket 47 kann über eine
Einstellschraube 45 in der Vorspannung geändert werden.
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In
der Impulsleitung 139 von der Steueröffnung 46 zum Antriebsraum 35 ist
eine den Querschnitt temperaturabhängig ändernde Drossel 40 angeordnet,
deren Aufbau in den 2 bis 5 im einzelnen
dargestellt ist.
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Die
Drossel 40 besteht aus einem Gehäuse 41, welches als
Schlauchverbindungsstück
ausgebildet ist. Der Innendurchmesser D des zylindrischen Gehäuses 41 entspricht
etwa dem der Impulsleitung 139. Das Gehäuse 41 ist in der
Impulsleitung 139 angeordnet.
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Die
Drossel 40 besteht aus einem in dem Gehäuse 41 angeordneten
Bimetallelement 42, welches zumindest einen, gemäß dem Ausführungsbeispiel
zwei rechteckförmige
Bimetallstreifen 43, 44 aufweist, deren Breite
B geringer ist als der Durchmesser D der Impulsleitung 139.
Die Streifen 43 und 44 sind gemäß dem Ausführungsbeispiel
in Längsrichtung
teilkreisförmig
gebogen (5) und liegen mit ihren konvexen
Seiten einander zugewandt (3). Bevorzugt
liegen die Bimetallstreifen 43 und 44 in der maximalen
Drosselstellung deckungsgleich aneinander an und verschließen so – vgl. 4 – einen
Teil des Strömungsquerschnitts
des Gehäuses 41.
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Jeder
Bimetallstreifen 42 und 43 ist im Bereich der
Innenwand der Impulsleitung bzw. des Gehäuses 41 lose gehalten.
Hierzu sind die Enden 60, 61 der Bimetallstreifen 43, 44 lagerähnlich eingerollt, wobei
das eine Ende 60 von einem im Gehäuse 41 gehaltenen
Lagerstift 62 verschwenkbar, in Längsrichtung im wesentlichen
unverschiebbar fixiert ist; das andere Ende 61 des Bimetallstreifens
weist eine Lageröffnung 64 auf,
die in Längsrichtung
ein Mehrfaches größer als
der darin aufgenommene Lagerstift 63 ist. Auf diese Weise
ist der Bimetallstreifen 43 bzw. 44 am Ende 61 in
Längsrichtung
verschiebbar gehalten.
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Aufgrund
der Ausbildung und der gewählten Anordnung
in der Impulsleitung 139 nahe dem Verbrennungsmotor 50 wird
die Temperatur der Kurbelgehäusegase
erfaßt.
Beim Kaltstart sind die Bimetallstreifen 43 und 44 im
wesentlichen gestreckt, so daß sie
nicht aneinander anliegen und daher der Durchtrittsquerschnitt der
Drossel 40 bzw. des Gehäuses 41 maximal
geöffnet
ist. Der über
die Steueröffnung 46 abgegriffene
Druckimpuls wirkt in voller Stärke
auf die Membran 34 und bedingt einen großen Hub
des Pumpenkolbens 24, so daß eine erhöhte Kraftstoffmenge entsprechend
der gewünschten
Kaltanreicherung eingespritzt wird. Läuft der Verbrennungsmotor an,
so erwärmen
sich die Gase im Kurbelgehäuse 55 relativ
rasch. Die die Drossel 40 zum Antriebsraum 35 durchströmenden Gase
erwärmen
die Bimetallstreifen 43, 44 welche sich aufgrund
ihrer Eigenschaften durchbiegen und den Durchströmquerschnitt der Drossel 40 langsam
vermindern. Der Pumpenkolbenhub nimmt ab; die Kaltanreicherung wird
vermindert. Ist der Verbrennungsmotor warm, haben die Bimetallstreifen 43 und 44 ihre
maximale Durchbiegung erreicht; sie liegen mit ihren konkaven Seitenflächen flächig und
insbesondere deckungsgleich aneinander an und sperren – wie 4 zeigt – einen
Großteil
des Durchtrittsquerschnitts der Drossel 40. Der Pumpenkolbenhub
der Einspritzpumpe 20 ist auf die bei warmem Verbrennungsmotor
benötigte
Einspritzmenge zurückgenommen.
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Neben
der Kaltanreicherung ist für
ein rasches Starten des Verbrennungsmotors 50 eine möglichst
rasche Kraftstoffzufuhr zum Brennraum 52 zu gewährleisten.
Wird der Verbrennungsmotor nach einer langen Betriebspause kalt
in Betrieb genommen, so sind zunächst
einige Anwerfhübe
notwendig, um über
die Kraftstoffpumpe 2 einen für die Funktion der Einspritzpumpe
notwendigen Kraftstoffsystemdruck aufzubauen. Um auch bei einem
niedrigen Kraftstoffsystemdruck und noch nicht anlaufender Einspritzpumpe
ein sofortiges Starten des Verbrennungsmotors 50 zu gewährleisten,
ist das Chokeventil 23 vorgesehen, welches – z. B.
manuell – beim Start
des Verbrennungsmotors nach einer langen Betriebspause geschaltet
wird. Über
die freigegebene Kraftstoffleitung 22 wird einer in Strömungsrichtung hinter
der Drosselklappe 58 angeordneten Düse 21 im Ansaugkanal 51 Kraftstoff
zugeführt,
der nach einem Ansaugtakt in den Brennraum 52 gefördert und dort
von der Zündkerze 30 gezündet wird.
Der auf- und abgehende Kolben 53 treibt über das
Pleuel 54 eine im Kurbelgehäuse 55 gelagerte Kurbelwelle 56 an.
Die Abgase werden über
einen Abgasauslaß 57 ins
Freie abgeführt.
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In
der Praxis hat sich gezeigt, daß nach
Betriebspausen von drei bis vier Minuten der Kraftstoffsystemdruck
unter den für
eine optimale Funktion der Einspritzpumpe 20 notwendigen
Druck abgefallen ist. Dies kann vom Benutzer nicht erkannt werden.
Um dennoch ein rasches Starten des warmen Verbrennungsmotors 50 zu
gewährleisten,
ist eine das Chokeventil 23 umgehende Bypasskraftstoffleitung 122 vorgesehen,
die von einem druckgesteuerten Ventil 90 sperrbar ist.
Das druckgesteuerte Ventil 90 weist einen Druckraum 91 auf,
der über
die Druckleitung 92 mit dem Druckanschluß 8 der
Kraftstoffpumpe 2 verbunden ist. Liegt ein ausreichend
hoher Kraftstoffsystemdruck an, wirkt dieser auch im Druckraum 91,
so daß der
Ventilstößel des
Schaltventils 90 gegen die Kraft einer öffnungsfeder 93 in
Schließstellung
gehalten ist. An der Düsenöffnung 21 kann
kein Kraftstoff austreten. Ist aufgrund einer Betriebspause der
Kraftstoffsystemdruck unter z. B. 1 bar auf z. B. 0,9 bar abgefallen,
reicht die Kraft der öffnungsfeder 93 aus, um
das Schaltventil 90 zu öffnen.
Die Düsenöffnung 23 steht über die
Kraftstoffleitung 22 und die Bypasskraftstoffleitung 122 mit
der Regelkammer 19 des Regelventils 18 in Verbindung,
so daß bei
einem im Ansaugkanal 51 herrschenden Unterdruck das Regelventil 18 öffnet und
der unter Druck stehende Kraftstoff von der Kraftstoffpumpe unmittelbar
zur Düsenöffnung 21 strömen kann.