DE10141038A1 - Kraftstoffzuführsystem für einen Motorradverbrennungsmotor - Google Patents

Abstract

Es wird ein Kraftstoffzuführsystem für einen Motorradverbrennungsmotor mit Kraftstoffeinspritzung und Kickstarter vorgeschlagen, das einen elektrisch angetriebenen Niederdruckzweig (A) für die Versorgung des Motors mit Kraftstoff beim Startvorgang und einem vom gestarteten Motor mechanisch angetriebenen Hochdruckzweig (B) für die Versorgung des gestarteten Motors mit Kraftstoff besitzt.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftstoffzuführsystem für einen Motorradverbrennungsmotor, der eine Kraftstoffeinspritzung und einen Kickstarter besitzt.
• Obwohl nachfolgend von einem Motorradverbrennungsmotor mit Kraftstoffeinspritzung und Kickstarter ausgegangen wird, ist das erfindungsgemäße Kraftstoffzuführsystem auch für einen Motorradverbrennungsmotor mit Kraftstoffeinspritzung vorgesehen, der einen elektrischen Startermotor zum Starten des Verbrennungsmotors besitzt.
• Bei Motorrädern, die für den Geländesportwettbewerb eingesetzt werden, ist es von großer Bedeutung, das Gewicht des Fahrzeugs möglichst gering zu halten. Bei solchen Wettbewerbsfahrzeugen werden daher überwiegend Einzylindermotoren eingesetzt, die ein vorteilhaftes Leistungsgewicht des damit ausgestatteten Motorrads ermöglichen. Um aus Umweltschutzgründen das Emissionsverhalten dieser Motoren zu verbessern, werden vermehrt Abgasreinigungsanlagen eingesetzt, die eine Kraftstoffeinspritzung des Motors voraussetzen. Auch bei ohne eine solche Abgasreinigungsanlage betriebenen Motoren setzt sich die Kraftstoffeinspritzung aufgrund des damit erzielbaren Leistungs- und Ansprechverhalten des Motors immer mehr durch.
• Zur Verringerung des Gewichts des Motorrads kann ein elektrischer Startermotor weggelassen werden und der Motorradmotor mit dem Kickstarter in Gang gesetzt werden, oder aber es wird ein elektrischer Startermotor mit geringer Leistung eingesetzt, da dieser dann ein geringes Bauvolumen einnimmt und ein geringes Gewicht besitzt. Beides setzt eine hohe Startwilligkeit des Motors voraus. Ein größerer Anlassermotor mit beispielsweise mehr als 0.5 kW Leistung scheidet aufgrund der dafür benötigten leistungsstarken Batterie im Bordspannungsnetz des Motorrads aus. Auch erlaubt es eine vergleichsweise leistungsschwache Batterie, dass ein vom Verbrennungsmotor angetriebener Generator mit niedriger Leistung für das Aufladen der Batterie ausreichend ist.
• Ein solches Motorrad zeichnet sich daher durch ein vergleichsweise leistungsschwaches elektrisches Bordspannungsnetz aus. Zur Erhöhung der Motorleistung der üblicherweise mit einem Hubvolumen von etwa 250 ccm bis etwa 700 ccm arbeitenden derartigen Motorradmotoren und um das Emissionsverhalten zu optimieren, ist es erforderlich, den Kraftstoff mit einem hohen Druck in den Brennraum beziehungsweise in das Saugrohr einzubringen. Wenn dieser hohe Kraftstoffdruck über die bei der Kraftstoffeinspritzung üblicherweise vorgesehene elektrisch angetriebene Kraftstoffpumpe erzeugt wird, dann erfordert dies ein leistungsstarkes Bordspannungsnetz mit einem entsprechend leistungsstarken Generator und einer leistungsstarken Batterie. Dies wiederum aber läuft dem Ziel der Gewichtsverringerung des Motorrads zuwider.
• Der vorliegenden Erfindung liegt daher nunmehr die Aufgabe zugrunde, diesen Zielkonflikt zu beseitigen.
• Die Erfindung weist zur Lösung dieser Aufgabe die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale auf. Vorteilhafte Ausgestaltungen hiervon sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
• Die Erfindung schafft nun ein Kraftstoffzuführsystem für einen Motorradverbrennungsmotor mit Kraftstoffeinspritzung und Kickstarter, wobei das Kraftstoffzuführsystem einen elektrisch angetriebenen Niederdruckzweig für die Versorgung des Motors mit Kraftstoff beim Startvorgang besitzt und einen vom gestarteten Motor mechanisch angetriebenen Hochdruckzweig für die Versorgung des bereits gestarteten Motors mit Kraftstoff.
• Zum Startvorgang wird der Motorradverbrennungsmotor über den Niederdruckzweig mit Kraftstoff versorgt und dann über den Hochdruckzweig, wenn er selbsttätig zu laufen begonnen hat. Der Hochdruckzweig wird dabei vom Motor mechanisch angetrieben, so dass die Notwendigkeit entfällt, eine elektrisch angetriebene Kraftstoffpumpe in das Kraftstoffzuführsystem aufzunehmen, welche den Motor mit Kraftstoff unter hohem Druck versorgt. Ein solcher hoher Betriebsdruck des Kraftstoffs ist aber erforderlich, um eine gute Zerstäubung des in den Verbrennungsraum oder das Saugrohr des Motors eingespritzten Kraftstoffs sicherzustellen, um die Verbrennung zu optimieren und damit das Emissionsverhalten, so dass beispielsweise Kohlenwasserstoffwerte im Abgas des Motorradmotors gering gehalten werden können. Auch kann über den hohen Kraftstoffeinspritzdruck beim laufenden Motor während einer vorgegebenen Einspritzzeitdauer ein größerer Massenstrom an Kraftstoff dem Verbrennungsraum zugeführt werden, so dass der Verbrennungsmitteldruck und damit das vom Motor abgegebene Motormoment vergrößert werden kann und damit wiederum die vom Motor abgegebene Leistung.
• Wenn statt der Versorgung des Motors mit Kraftstoff über einen mechanisch angetriebenen Hochdruckzweig eine hohe Kraftstoffeinspritzdrücke zur Verfügung stellende elektrisch angetriebene Kraftstoffpumpe vorgesehen werden würde, so würde dies aufgrund der hohen elektrischen Leistungsaufnahme der Kraftstoffpumpe ein leistungsstarkes Bordspannungsnetz des Motorrads mit einem leistungsstarken und damit wiederum schweren Generator erforderlich machen, was eingangs als nachteilig dargestellt wurde. Auch scheidet das Vorsehen von bei niedrigen Betriebsdrücken entsprechend große Kraftstoffmengendurchsätze zulassenden Einspritzventilen aus, da diese einerseits kostenaufwendig sind und andererseits zu einem negativen Emissionsverhalten des Motors durch die Bildung von Abgas durch Nachtropfen von Kraftstoff führen.
• Das erfindungsgemäß vorgesehene Kraftstoffzuführsystem besitzt daher zwei Zweige, nämlich den Niederdruckzweig und den Hochdruckzweig. Der Niederdruckzweig weist eine elektrisch angetriebene Kraftstoffpumpe auf, die den Motor zum Starten mit Kraftstoff mit einem vorbestimmten Startdruck versorgt, der ausreichend dafür ist, dass der Motor selbsttätig zu laufen beginnt und der daher deutlich niedriger ist als der vom Hochdruckzweig mittels einer mechanisch angetriebenen Kraftstoffpumpe bereitgestellte Betriebsdruck des Kraftstoffs.
• Um ein Rückströmen des unter Betriebsdruck gesetzten Kraftstoffs in den Niederdruckzweig zu verhindern, ist nach der Erfindung vorgesehen, dass der Niederdruckzweig ein Rückschlagventil besitzt, so dass kein unter hohen Betriebsdruck gesetzter Kraftstoff aus dem Hochdruckzweig in den Niederdruckzweig strömen kann.
• Auch ist es vorgesehen, dass der Hochdruckzweig ein Druckregelventil aufweist, das den Betriebsdruck im Hochdruckzweig weitgehend konstant hält, wobei es hier beispielsweise möglich ist, den Betriebsdruck des Kraftstoffs in einem Bereich von etwa 5 bar bis etwa 12 bar weitgehend konstant zu halten. Durch einen solchen hohen Betriebsdruck des zugeführten Kraftstoffs wird einerseits eine gute Kraftstoffzerstäubung und damit abgasoptimierte Verbrennung erreicht und andererseits auch bei nur kurzen zur Verfügung stehenden Einspritzdauern bei einem mit hoher Drehzahl arbeitenden Motor eine ausreichende Menge von Kraftstoff dem Verbrennungsraum zugeführt, was bei schnelllaufenden und mit großen Einzelhubräumen ausgestatteten Motoren oftmals ein Problem darstellt.
• Eine ausgesprochen kostengünstige Ausbildung des erfindungsgemäßen Kraftstoffzuführsystems wird dadurch erreicht, dass die im Niederdruckzweig vorgesehene elektrisch angetriebene Kraftstoffpumpe nach Ablauf einer einstellbaren vorbestimmten Zeitdauer beispielsweise mittels eines Zeitrelais abgeschaltet wird. Eine Zuführung von Kraftstoff zum Motor über den Niederdruckzweig wird, nachdem der Motor selbsttätig zu laufen begonnen hat, nicht mehr benötigt, so dass die elektrisch angetriebene Kraftstoffpumpe abgeschaltet werden kann. Neben dem Abschalten der Kraftstoffpumpe nach einer vorbestimmten Zeitdauer ist es nach der Erfindung auch vorgesehen, die Motordrehzahl zu überwachen und die elektrisch betriebene Kraftstoffpumpe bei einer festgestellten Motordrehzahl von etwa 1200 bis 1600 Umdrehungen pro Minute abzustellen. Auch besitzt das Abschalten der elektrisch angetriebenen Kraftstoffpumpe den Vorteil, dass das Bordspannungsnetz vergleichsweise leistungsschwach ausgestaltet werden kann mit einem entsprechend leicht ausgebildeten Generator und Batterie.
• Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es dabei vorgesehen, dass die elektrisch angetriebene Kraftstoffpumpe ein Fördervolumen von etwa 10 Liter pro Stunde bei einem Startdruck von etwa 0,2 bar bis 0,5 bar aufweist.
• Das erfindungsgemäße Kraftstoffzuführsystem ist insbesondere zur Anordnung in einem Motorrad vorgesehen, welches einen Verbrennungsmotor mit nur einem Arbeitszylinder und nur einem Arbeitskolben aufweist, so dass es insbesondere zur Anordnung in für Wettbewerbszwecke vorgesehene Motorräder vorgesehen ist, beispielsweise für Geländesportmotorräder.
• Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in der einzigen Figur eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Kraftstoffzuführsystems.
• Ein nicht näher dargestellter Verbrennungsmotor mit einem Arbeitszylinder und einem Arbeitskolben besitzt einen Ansaugkanal beziehungsweise Saugrohr 1 mit einer schematisch dargestellten Drosselklappe. Über eine Einspritzdüse 2 kann dem Motor Kraftstoff aus einem Kraftstofftank 3 zugeführt werden.
• Aus dem Kraftstofftank 3 kann Kraftstoff über den Niederdruckzweig A und den Hochdruckzweig B der Einspritzdüse 2 zugeführt werden. Zum Startvorgang des Motors wird über eine Batterie 4 eine elektrisch betätigte Kraftstoffpumpe 5 in Betrieb gesetzt, die Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 3 über den Niederdruckzweig A und ein in Durchflussrichtung durchströmtes Rückschlagventil 6 der Einspritzdüse 2 zuführt. Die elektrische Kraftstoffpumpe mit niedriger Leistung kann dabei beispielsweise über einen Schlüsselschalter in Betrieb gesetzt werden oder auch über einen Schalter, der mit dem Kickstarter des Motorrads in Wirkverbindung steht, so dass eine Betätigung des Kickstarters den Schalter auslöst und die elektrische Kraftstoffpumpe über die Batterie des Bordspannungsnetzes in Betrieb gesetzt wird.
• Sobald der Motor selbsttätig zu laufen begonnen hat, wird vom Motor eine mechanisch angetriebene Kraftstoffpumpe in der Form beispielsweise einer Zahnradpumpe 7 angetrieben, die Kraftstoff über den Hochdruckzweig B zur Einspritzdüse 2 fördert. Da das Rückschlagventil 6 entgegen der Durchflussrichtung von dem unter Betriebsdruck gesetzten Kraftstoff angeströmt wird, ist ein Rückströmen in den Niederdruckzweig A nicht möglich. Über die Zahnradpumpe 7 wird dem Motor über die Einspritzdüse 2 Kraftstoff mit einem Druck von beispielsweise 7 bar zugeführt, der eine gute Zerstäubung des über die Einspritzdüse 2 eingespritzten Kraftstoffs ermöglicht und damit einerseits ein günstiges Emissionsverhalten des Motorradmotors ermöglicht und andererseits auch eine hohe Leistungsausbeute, da über den hohen Einspritzdruck auch bei vergleichsweise kurzen Einspritzzeiträumen und hohen Drehzahlen des Motors eine ausreichende Kraftstoffmenge zugeführt werden kann. Wenn der von der Zahnradpumpe 7 erzeugte Druck im Hochdruckzweig B einen einstellbaren vorbestimmten Wert von beispielsweise 7,1 bar überschreitet, dann öffnet ein Druckregelventil 8, um die Erzeugung von Druckspitzen im Hochdruckzweig B zu vermeiden und Druck in den Tank 3 zu entspannen.
• Da die elektrisch angetriebene Kraftstoffpumpe 5 beispielsweise über ein Zeitrelais gesteuert abgeschaltet werden kann, ist es nicht erforderlich, die Batterie 4leistungsstark auszulegen, so dass eine Kapazität von beispielsweise 2,3 Amperestunden bei einem Gewicht der Batterie von etwa 800 g ausreichend ist. Diese speist die elektrische Kraftstoffpumpe 5 während des Startvorgangs des Motors mit Strom, so dass diese einen Volumenstrom von etwa 10 Liter pro Stunde bei einem Startdruck von etwa 0,5 bar des Kraftstoffs erzeugen kann.
• Die mechanisch angetriebene Kraftstoffpumpe hingegen kann deutlich höhere Betriebsdrücke von beispielsweise 5 bar bis 12 bar erzeugen und einen Förderstrom von etwa 60 Liter pro Stunde bereitstellen.
• Mit dem erfindungsgemäßen Kraftstoffzuführsystem für einen Motorradmotor wird es ermöglicht, auch an einem mit einem Kickstarter gestarteten Motorradmotor eine Kraftstoffeinspritzung mit hohem Betriebsdruck vorzusehen. Der Motor kann damit leicht gestartet werden, was insbesondere bei Motoren mit nur einem Arbeitszylinder und nur einem Arbeitskolben und einem Hubvolumen von mehr als 250 ccm von wesentlichem Vorteil ist, da solche beispielsweise bei Geländesportmotorrädern eingesetzte Motoren oftmals nach dem Absterben von einem erschöpften Fahrer wieder über den Kickstarter gestartet werden müssen und somit ein leichtes Startverhalten des Motors von wesentlicher Bedeutung ist. Über den hohen Einspritzdruck des Kraftstoffs wird einerseits die Leistungsausbeute des Motors verbessert und andererseits können die vom Motor im Abgasstrom abgegebenen Schadstoffe verringert werden. Die Batterie im Bordspannungsnetz des Motorrads kann leistungsschwach ausgelegt werden, so dass ein ebenfalls leistungsschwacher Generator zum Aufladen der Batterie ausreichend ist, so dass das Fahrzeuggewicht niedrig gehalten werden kann. Da eine leistungsstarke elektrische Kraftstoffpumpe nicht erforderlich ist, kann auch die elektrisch angetriebene Kraftstoffpumpe klein und leicht ausgelegt werden. Dies gilt ebenfalls bezüglich der mechanisch angetriebenen Kraftstoffpumpe, da diese vom Motor direkt mechanisch angetrieben wird.
• Obwohl vorstehend ein über einen Kickstarter gestarteter Verbrennungsmotor eines Motorrads mit dem Kraftstoffzuführsystem beschrieben wurde, eignet sich das erfindungsgemäße Kraftstoffzuführsystem generell auch zur Anordnung an einem über eine elektrische Startvorrichtung gestarteten Motorradmotor, da auch bei diesem dann das Bordspannungsnetz vergleichsweise leistungsschwach mit erheblichen Gewichtsvorteilen ausgestaltet werden kann mit einem entsprechend klein ausgestalteten Generator und einer ebenfalls leistungsschwach ausgebildeten Fahrzeugbatterie 4. Die mit der Erfindung erzielten Vorteile lassen sich auch an einem Motorradmotor erzielen, der mehr als nur einen Arbeitszylinder und nur einen Arbeitskolben aufweist, also auch beispielsweise an einem Zweizylindermotor in V-Anordnung oder an einem Motor mit mehr als zwei Zylindern.
• Hinsichtlich vorstehend im Einzelnen nicht näher erläuterter Merkmale der Erfindung wird im Übrigen ausdrücklich auf die Ansprüche und die Zeichnung verwiesen.

Claims (9)

1. Kraftstoffzuführsystem für einen Motorradverbrennungsmotor mit Kraftstoffeinspritzung und Kickstarter, gekennzeichnet durch einen elektrisch angetriebenen Niederdruckzweig (A) für die Versorgung des Motors mit Kraftstoff beim Startvorgang und einem vom gestarteten Motor mechanisch angetriebenen Hochdruckzweig (B) für die Versorgung des gestarteten Motors mit Kraftstoff.

2. Kraftstoffzuführsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Niederdruckzweig (A) eine elektrisch angetriebene Kraftstoffpumpe (5) aufweist, die den Motor zum Starten mit Kraftstoff mit einem vorbestimmten Startdruck versorgt, der wesentlich niedriger ist, als der vom Hochdruckzweig (B) mittels einer mechanisch angetriebenen Kraftstoffpumpe (7) bereit gestellte Betriebsdruck.

3. Kraftstoffzuführsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Niederdruckzweig (A) ein Rückschlagventil (6) besitzt, das ein Rückströmen des unter Betriebsdruck gesetzten Kraftstoffs in den Niederdruckzweig (A) verhindert.

4. Kraftstoffzuführsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdruckzweig (B) ein Druckregelventil (8) aufweist, das den Betriebsdruck im Hochdruckzweig (B) weitgehend konstant hält.

5. Kraftstoffzuführsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische angetriebene Kraftstoffpumpe (5) nach Ablauf einer vorbestimmten einstellbaren Zeitdauer und/oder bei einer festgestellten vorbestimmten Motordrehzahl abgeschaltet wird.

6. Kraftstoffzuführsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch angetriebene Kraftstoffpumpe (5) ein Fördervolumen von etwa 10 Liter pro Stunde bei einem Startdruck von etwa 0.2 bar bis 0.5 bar besitzt.

7. Kraftstoffzuführsystem nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckregelventil (8) den Betriebsdruck im Hochdruckzweig (B) in einem Bereich von etwa 5 bar bis etwa 12 bar weitgehend konstant hält.

8. Kraftstoffzuführsystem nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch angetriebene Kraftstoffpumpe (5) mittels der Bordnetzbatterie (4) des Motorrads mit einer Kapazität von bis zu etwa 3 Amperestunden angetrieben wird.

9. Motorrad mit einem Verbrennungsmotor mit nur einem Arbeitszylinder und nur einem Arbeitskolben mit einem Kraftstoffzuführsystem nach einem der vorgenannten Ansprüche.