DE3528895C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit Alkohol als Hauptkraftstoff nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei Motoren, die mit 100% Alkohol betrieben werden, wie zum Beispiel mit Methanol oder Äthanol, oder aber mit Alkohol und Zuschlagstoffen betrieben werden, die keinen niedrigen Siedepunkt besitzen, gestaltet sich sowohl der Kaltstartbetrieb als auch der Anwärmbetrieb relativ schwierig, da nämlich die Zündeigenschaft von Alkohol schlechter ist als die von Benzin.

Alkohol besitzt eine höhere latente Verdampfungswärme als Benzin und einen höheren Zündpunkt. Alkohol besteht aus einer Komponente, die keinen niedrigen Siedepunkt besitzt. Dadurch ergeben sich bei Alkoholmotoren Schwierigkeiten hinsichtlich des Kaltstartbetriebs und des Anwärmbetriebs.

Zur Lösung dieses Problems hat man eine Einrichtung vorgeschlagen, mit welcher eine kleine Menge Benzin zur stromaufwärtigen Seite des Venturibereichs des Vergasers geleitet wird. Eine ausreichende Zerstäubung des Benzins als Fremdkraftstoff kann jedoch nicht erfolgen. Außerdem ist die zuzuführende Benzinmenge geringer als die zuzuführende Alkoholmenge. Dies führt zu einer ungenügenden Kraftstoffzerstäubung.

Um die Zerstäubung zu verbessern, hat man eine Einrichtung zur Zuleitung von Benzin zu dem Hauptkanal des Vergasers in einem einzigen System vorgeschlagen, das sowohl den Kaltstartbetrieb als auch den Anwärmbetrieb des Motors erfaßt. Jedoch kann auch diese Einrichtung keine zufriedenstellende Lösung im Hinblick auf die Tatsache schaffen, daß die beim Kaltstart erforderliche Menge an Hilfskraftstoff von jener abweicht, die beim Anwärmen des Motors benötigt wird. Wenn die beim Kaltstart benötigte Hilfskraftstoffmenge eingestellt ist, wird die beim Anwärmbetrieb zugeführte Hilfskraftstoffmenge unverhältnismäßig hoch.

Bei einer bekannten Brennkraftmaschine (DE-PS 6 49 384) für Schweröl als schwer entzündlicher Kraftstoff ist ein thermostatisch betätigbares Umschaltventil eingesetzt. In einer bei kaltem Motor eingestellten Stellung des Umschaltventils wird Hilfskraftstoff über zwei Hilfsleitungen zum Vergaser gefördert, in denen jeweils angepaßte Blenden zum Steuern der jeweils benötigten Kraftstoffmenge vorgesehen sind. Es sind dabei getrennte Kraftstoffleitungen für die Zufuhr von Schweröl und Hilfskraftstoff zum Vergaser vorgesehen. Aufgrund unterschiedlicher Viskositäten, die bei Temperaturunterschieden der beiden Kraftstoffe auftreten können, kann ein genaues Mischungsverhältnis für die Kraftstoffe nicht eingehalten werden. Der Druckschrift ist weiter kein Hinweis betreffend die Vorgehensweise zum Starten bei betriebswarmen Motor zu entnehmen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine mit Alkohol als Hauptbrennstoff zu schaffen, bei der die Zufuhr von Hilfskraftstoff zu einem Vergaser oder einer Kraftstoffeinspritzung beim Kaltstartbetrieb und Anwärmbetrieb in unterschiedlichen Mengen derart ermöglicht ist, daß das jeweilige Verhältnis zwischen der Hilfskraftstoffmenge und der Alkoholmenge möglichst genau einem vorbestimmten Wert entspricht.

Diese Aufgabe wird bei einem Gegenstand nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 erfindungsgemäß durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst.

Dabei wird Fremdkraftstoff, dessen Entzündlichkeit höher ist als die von Alkohol, mit Alkohol vermischt, und dieser Mischkraftstoff wird einem Kraftstoffzufuhrsystem zugeleitet. Auf diese Weise kann der Motor besser bzw. leichter gestartet werden. Beim Anwärmen des Motors, das heißt nach dem Starten, werden Alkohol und Fremdkraftstoff in einem vorher bestimmten Verhältnis gemischt, wodurch der Anwärmbetrieb des Motors erleichtert wird.

Durch diese Ausbildung läßt sich das Verhältnis zwischen Fremdkraftstoffmenge und Alkoholmenge des dem Motor zuzuführenden Kraftstoffs für den Kaltstartbetrieb und für den Anwärmbetrieb des Motors jeweils unterschiedlich steuern bzw. regeln.

Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine mit Alkohol als Hauptkraftstoff zeigt bei konstruktiv einfacher Ausbildung folgende Vorteile und Wirkungen:

• (1) Bei Kaltstart des Alkoholmotors wird ein Gemisch mit einem festgelegten Mischungsverhältnis aus Alkohol und Fremdkraftstoff, dessen Entzündlichkeit höher ist als die des Alkohols, über das Kraftstoffzufuhrsystem dem Motor zugeleitet, der sich dadurch besser bzw. einfacher starten läßt. Andererseits wird beim Anwärmen des Motors das Alkohol/Kraftstoffgemisch über das Kraftstoffzufuhrsystem dem Motor in einem anderen Mischungsverhältnis zugeleitet, als jenem beim Kaltstart des Motors, wodurch eine zu hohe Zufuhr von Fremdkraftstoff verhindert und der Anwärmbetrieb des Motors auf wirtschaftliche Weise erleichtert wird.
• (2) Da die Summe der über der Kraftstoffzufuhrsystem dem Motor zuzuleitenden Alkohol- und Fremdkraftstoffmenge konstant ist, wird die entsprechend dem Fremdkraftstoff beizumischende Alkoholmenge reduziert und die beizumischende Fremdkraftstoffmenge erhöht, während die zu zerstäubende Alkoholmenge ebenfalls reduziert wird.
• (3) Wenn als Fremdkraftstoff Benzin verwendet wird, das sich stets gut zerstäuben läßt, wird eine Benzinzerstäubereinrichtung nicht benötigt.
• (4) Das Antriebsvermögen des Motors nach Anwärmen wird verbessert, und korrosionsbedingter Verschleiß sowie Ablagerungen werden verhindert.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen im Zusammenhang mit den Zeichnungen. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Hilfskraftstoffzufuhreinrichtung für eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine nach einer ersten bevorzugten Ausführungsform,

Fig. 2 eine schematische Darstellung des wesentlichen Teils einer Hilfskraftstoffzufuhreinrichtung für eine erfindungsgemäße Brennstoffkraftmaschine nach einer zweiten bevorzugten Ausführungsform,

Fig. 3 und Fig. 4 jeweils eine schematische Darstellung der Betriebsweise der Hilfskraftstoffzufuhreinrichtung nach der zweiten bevorzugten Ausführungsform.

Fig. 1 zeigt einen Hauptkraftstoffbehälter 1 zur Aufnahme von Alkohol. Der Hauptkraftstoffbehälter 1 ist derart ausgelegt, daß dieser als Kraftstoffzufuhrsystem Alkohol als Hauptkraftstoff in die Schwimmerkammer 3 eines Vergasers 2 leitet, wobei die zuzuführende Alkoholmenge durch einen Schwimmer 3a eingestellt wird.

Darüber hinaus ist ein Hilfskraftstoffbehälter 4 zur Aufnahme von Benzin als Hilfs- bzw. Fremdkraftstoff vorgesehen und derart ausgelegt, daß Benzin über eine erste Hilfsleitung 7, die ein erstes elektromagnetisches Ventil 5 als Ventileinrichtung aufweist, und eine zweite Hilfsleitung 8, die ein zweites elektromagnetisches Ventil 6 als Ventileinrichtung aufweist, einem oberen Bereich 10a eines Hauptkanals 10 zugeleitet wird, der einen Teil der Kraftstoffzufuhrleitung 9 des Vergasers 2 bildet.

Die erste Hilfsleitung 7 und die zweite Hilfsleitung 8 münden in einer Sammelleitung 30, die die Leitungen 7 und 8 mit dem Hilfskraftstoffbehälter 4 verbindet.

Die Leitungen 7, 8 und 30 bilden eine Hilfskraftstoffleitung, die aus zwei Leitungszweigen besteht. Das erste und zweite elektromagnetische Ventil 5 und 6 dienen als Einrichtung zur Einstellung der Menge des zuzuführenden Hilfskraftstoffs.

Die erste Hilfsleitung 7 ist an einer Verbindungsstelle 11 in der Nähe des oberen Bereichs 10a des Hauptkanals 10 mit der zweiten Hilfsleitung 8 verbunden. Die erste Hilfsleitung 7 weist auf der stromaufwärtigen Seite der Verbindungsstelle 11 eine Öffnung 12 mit großem Durchmesser auf, während die zweite Hilfsleitung 8 auf der stromaufwärtigen Seite der Verbindungsstelle 11 eine Öffnung 13 mit kleinem Durchmesser aufweist, was bedeutet, daß der Kraftstoffzufluß in der ersten Hilfsleitung 7 größer eingestellt ist als in der zweiten Hilfsleitung 8.

Das erste und zweite elektromagnetische Ventil 5 und 6 sind normalerweise geschlossen und werden durch ein Steuersignal aus einer Steuereinrichtung 16 (Steuerschaltung) im Kaltstartbetrieb des Motors geöffnet, wenn ein aus einem Wassertemperaturfühler 14 ausgegebenes Temperatursignal keine höhere Motorkühlmitteltemperatur oder Schmieröltemperatur als eine vorher festgelegte Temperatur (zum Beispiel 60°C) nachweist und gleichzeitig ein Motorbetrieb- Nachweissignal durch einen Schlüsselschalter- Startpositionsfühler 15 erzeugt wird.

Das zweite elektromagnetische Ventil 6 ist normalerweise geschlossen und wird durch ein Steuersignal der Steuereinrichtung 16 in Abhängigkeit von dem Anwärmbetrieb des Motors geöffnet, wenn das Temperaturnachweissignal aus dem Wassertemperaturfühler 14 keine höhere Motorkühlmitteltemperatur oder Schmieröltemperatur als die vorgegebene Temperatur (zum Beispiel 60°C) nachweist und gleichzeitig ein Motorbetrieb- Nachweissignal durch einen Schlüsselschalter- Zündpositionsschalter 17 erzeugt wird. Zu diesem Zeitpunkt bzw. in diesem Falle ist das elektromagnetische Ventil 5 geschlossen.

Der Startpositionsfühler 15 und der Zündpositionsfühler 17 dienen als Schlüsselschalter für den Nachweis der Position bzw. Stellung des Zündschlüssels.

Der Motor kann mit einem Klopffühler ausgestattet werden. In diesem Falle wird bei Nachweis des Klopfzustandes des Motors ein Öffnungssteuersignal an das erste und zweite elektromagnetische Ventil 5 und 6 geleitet.

Der Hauptkanal 10 wird über die erste Hilfsleitung 7 mit dem elektromagnetischen Ventil 5 und über die zweite Hilfsleitung 8 mit dem elektromagnetischen Ventil 5 mit Alkohol aus der Schwimmerkammer 3 und mit Benzin aus dem Hilfskraftstoffbehälter 4 versorgt, wobei die Benzinmenge G im Verhältnis zur Alkoholmenge A auf einen Wert eingestellt wird, der annähernd einem geeigneten Mischungsverhältnis (zum Beispiel von G : A 1 : 9) entspricht. Die Einstellung des Mischungsverhältnisses erfolgt dabei hauptsächlich über die Öffnungen 12 und 13 in der ersten und zweiten Hilfsleitung 7 und 8.

Das nach dem vorstehend beschriebenen Mischverhältnis hergestellte Kraftstoffgemisch wird über den Hauptkanal 10 der Kraftstoffzufuhrleitung 9 der Düse 26 im Venturibereich 23 eines Vergasers 2 in einer Ansaugleitung 32 zugeführt.

In der Saugleitung 32 ist auf der stromabwärtigen Seite des Venturibereichs 23 ein Drosselventil 22 angeordnet, durch welches das der Brennkammer 27 zuzuführende Kraftstoffgemisch eingestellt wird.

In der Sammelleitung 30 zwischen dem Hilfskraftstoffbehälter 4 und einer Verbindungsstelle 31 der ersten und zweiten Hilfsleitung 7 und 8 kann eine Kraftstoffpumpe 28 vorgesehen sein.

Die in Fig. 1 gezeigte Einrichtung weist noch einen Choke 18 auf.

Bei dieser ersten bevorzugten Ausführungsform der Hilfskraftstoffzufuhreinrichtung für eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine mit Alkohol als Hauptkraftstoff werden das erste und zweite elektromagnetische Ventil 5 und 6 beim Kaltstart des Motors geöffnet, und das durch die Öffnungen 12 und 13 strömende Benzin wird dem Hauptkanal 10 des Vergasers 2 zugeführt und dort mit Alkohol derart vermischt, daß die Benzinmenge G₁ im Verhältnis zur Alkoholmenge A einem vorher bestimmten Verhältnis X (= G₁/A) entspricht.

Dieses Kraftstoffgemisch wird dem Venturibereich 23 des Vergasers 2 zugeführt, wo das Benzin in geeigneter Weise zerstäubt und somit der Startbetrieb des Motors erleichtert wird.

Wenn der Kaltstartbetrieb des Motors abgeschlossen ist, erfolgt der Übergang zum Anwärmbetrieb, in der das erste elektromagnetische Ventil 5 geschlossen und das zweite elektromagnetische Ventil 6 geöffnet ist. Dabei wird das durch die Öffnung 13 strömende Benzin in den Hauptkanal 10 des Vergasers 2 geleitet und dort mit Alkohol derart vermischt, daß die Benzinmenge G₂ (<G₁) im Verhältnis zur Alkoholmenge A einem vorher bestimmten Mengenverhältnis Y (= (G₂/A) < X) entspricht.

Das Kraftstoffgemisch wird dem Venturibereich 23 des Vergasers 2 zugeführt, wo das Benzin in geeigneter Weise zerstäubt und der Anwärmvorgang des Motors durchgeführt wird.

Wenn der auf diese Weise erleichterte Anwärmvorgang abgeschlossen ist und das Temperaturnachweissignal aus dem Wassertemperaturfühler 14 eine höhere Temperatur als die vorher bestimmte Temperatur (60°C) nachweist, wird das zweite elektromagnetische Ventil 6 geschlossen, so daß keine weitere Benzinzufuhr zu dem Hauptkanal 10 des Vergasers 2 erfolgt und die zuzuführende Alkoholmenge folglich um den Abnahmewert der Benzinzufuhr erhöht wird, wodurch eine geeignete Zerstäubung des Kraftstoffs in dem Venturibereich 23 erfolgen kann.

Das erste elektromagnetische Ventil 5 und das zweite elektromagnetische Ventil 6 können je nach Kaltstart- oder Anwärmbetrieb des Motors wahlweise geöffnet und geschlossen werden.

Wenn der Motor nach dem Start aus irgendeinem Grund wieder abgestellt wird, erfolgt eine Betätigung der Steuereinrichtung 16, derart, daß die Ventile 5 und 6 geschlossen werden, wodurch die Benzinzufuhr zu dem Hauptkanal 10 unterbrochen wird.

Dadurch läßt sich die Gefahr ausschalten, daß der Benzin enthaltende Kraftstoff in übergroßen Mengen zugeführt wird, wodurch das erneute Starten des Motors verbessert wird.

Wenn die Motortemperatur höher ist als eine vorher festgelegte Temperatur, bleiben die elektromagnetischen Ventile 5 und 6 während oder nach dem Anlassen des Motors in Schließlage, und es erfolgt keine Benzinzufuhr zur Kraftstoffzufuhrleitung 9. Da aber der Motor in diesem Falle allein durch den Alkoholkraftstoff ausreichend angetrieben wird, entstehen keine Probleme.

Bei Klopfen des Motors werden die elektromagnetischen Ventile 5 und 6 durch das Klopfnachweissignal aus einem Klopffühler geöffnet, und es erfolgt die Zuleitung von Benzin zu dem Hauptkanal 10 des Vergasers 2 ähnlich wie beim Kaltstart- oder Anwärmbetrieb des Motors. Danach wird dem Motor ein Benzin/Alkoholgemisch zugeführt, wodurch das Klopfen des Motors verhindert wird.

In den Fig. 2 bis 4 ist eine zweite bevorzugte Ausführungsform einer Hilfskraftstoffzuführeinrichtung für eine erfindungsgemäße Brennstoffkraftmaschine gezeigt. Ein Rotationsventil 29 ist als Ventileinrichtung an der Verbindungsstelle 31 der Sammelleitung 30 und der ersten und zweiten Hilfsleitung 7 und 8 vorgesehen. Das Rotationsventil 29 weist einen Ventilkörper 29a auf, der durch einen Schrittmotor (nicht dargestellt) angetrieben wird, wobei der Schrittmotor ein Steuersignal aus der Steuereinrichtung 16 erhält.

Ansonsten entspricht die Ausbildung der zweiten bevorzugten Ausführungsform jener der ersten bevorzugten Ausführungsform, mit der Ausnahme, daß die elektromagnetischen Ventile 5 und 6 in der zweiten bevorzugten Ausführungsform fehlen.

Der Ventilkörper 29a wird auf geeignete Weise in die für den Kaltstart des Motors vorgesehene Position, in der dem Hauptkanal 10 eine hohe Benzinmenge zugeführt wird (Fig. 2), in die für den Anwärmbetrieb des Motors vorgesehene Position, in der dem Hauptkanal 10 eine geringe Benzinmenge zugeführt wird (Fig. 3) oder in die für hohe Betriebstemperatur des Motors vorgesehene Position gedreht, in der keine Benzinzufuhr zu dem Hauptkanal 10 erfolgt (Fig. 4). Auf diese Weise läßt sich wie bei der ersten Ausführungsform der Erfindung das Mengenverhältnis zwischen Benzin und Alkohol des aus dem Hauptkanal 10 über den Venturibereich 23 des Vergasers 2 der Ansaugleitung 3 zuzuführenden Kraftstoffs den jeweiligen Bedingungen entsprechend steuern.

Claims (4)

1. Brennkraftmaschine mit Alkohol als Hauptkraftstoff, mit einem Hauptkraftstoffbehälter (1) zur Aufnahme von Alkohol, mit einem Hilfskraftstoffbehälter (4) zur Aufnahme von Hilfskraftstoff, dessen Entzündlichkeit höher ist als jene von Alkohol, einem mit dem Hauptkraftstoffbehälter (1) verbundenen Hauptkanal (10) für die Zuleitung von Alkohol zu einem Vergaser (2) oder zu einer Kraftstoffeinspritzung, und mit einer ersten und zweiten Hilfskraftstoffleitung (7, 8), die mit Blenden (12, 13) zur Steuerung des Kraftstoffflusses versehen sind, mit Steuerventilen (5, 6) in den Leitungen (7, 8) und mit einer Steuereinrichtung (16) für den Betrieb, mit deren Hilfe das Mengenverhältnis zwischen Hilfskraftstoff und Alkohol beim Kaltstartbetrieb des Motors anders bemessen bzw. eingestellt werden kann als beim Anwärmbetrieb des Motors, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende (12) der ersten Hilfsleitung (7) eine Öffnung mit großem Durchmesser und die Blende (13) der zweiten Hilfsleitung (8) eine Öffnung mit kleinem Durchmesser aufweist, daß die beiden Hilfsleitungen (7, 8) in den Hauptkanal (10) geführt sind, welcher im Saugbereich des Vergasers (2) bzw. einer Einspritzdüse mündet, und daß die Steuereinrichtung (16) die Ventile (5, 6) derart betätigt, daß bei Kaltstartbetrieb der Brennkraftmaschine beide Hilfsleitungen (7, 8) und beim Anwärmbetrieb nur die zweite Hilfsleitung (8) mit dem Hauptkanal (10) verbunden sind, während der Hauptkraftstoffbehälter (1) in allen Betriebsphasen an den Hauptkanal (10) angeschlossen bleibt.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Ventile ein in der ersten Hilfsleitung (7) angeordnetes elektromagnetisches Ventil (5) und ein in der zweiten Hilfsleitung (8) angeordnetes elektromagnetisches Ventil (6) eingesetzt sind.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Hilfsleitung (7) und die zweite Hilfsleitung (8) in eine Sammelleitung (30) münden, die mit dem Hilfskraftstoffbehälter (4) verbunden ist, und daß die Ventileinrichtung (5) oder (6) als Rotationsventil (29) ausgebildet ist, das an einer Verbindungsstelle (31) der ersten Hilfsleitung (7), der zweiten Hilfsleitung (8) und der Sammelleitung (30) angeordnet ist.

4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen Schlüsselschalter (17) zum Nachweis der Zündschlüsselstellung und einen Wassertemperaturfühler (14) zum Nachweis der Motorkühlmitteltemperatur, wobei die Steuereinrichtung (16) derart ausgelegt ist, daß diese entsprechend einem Nachweissignal aus dem Schlüsselschalter (17) und einem Nachweissignal aus dem Wassertemperaturfühler (14) entscheidet, ob sich der Motor im Kaltstartbetrieb oder im Anwärmbetrieb befindet, und ein Steuersignal an die Ventile (5, 6) zur Mengeneinstellung liefert.