DE10335345A1

DE10335345A1 - Vergaseranordnung für einen Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE10335345A1
Application number: DE10335345A
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl.-Ing. Nickel; Claus Dipl.-Ing. Naegele
Original assignee: Andreas Stihl AG and Co KG
Current assignee: Andreas Stihl AG and Co KG
Priority date: 2003-08-01
Filing date: 2003-08-01
Publication date: 2005-02-17
Anticipated expiration: 2023-08-02
Also published as: JP4533693B2; JP2005054782A; FR2858363B1; US20050022790A1; CN1580534A; CN100400842C; US6932058B2; FR2858363A1; DE10335345B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vergaseranordnung für einen per Seilzug zu startenden Verbrennungsmotor mit einem Ansaugkanalabschnitt (9) und einem in den Ansaugkanalabschnitt (9) mündenden Kraftstoffkanal (8), der mit einem kraftstoffgefüllten Speicherraum (4) verbunden ist. Abhängig vom Unterdruck im Kanalabschnitt (9) wird Kraftstoff angesaugt. Mit einer Startvorrichtung (30) wird beim Startvorgang der Unterdruck im Ansaugkanalabschnitt (9) angehoben. Um den Motor bei eingelegter Startvorrichtung (30) lauffähig zu halten, wird zwischen der Mündung (HA) des Kraftstoffkanals (8) in den Ansaugkanalabschnitt (9) und dem Speicherraum (4) ein Schaltventil (40) angeordnet, das von einer Steuereinheit (41) in Abhängigkeit von der Drehzahl des Verbrennungsmotors (28) geöffnet oder geschlossen wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vergaseranordnung für einen Verbrennungsmotor, insbesondere für einen per Seilzug zu startenden Verbrennungsmotor in einem handgeführten Arbeitsgerät wie einer Motorkettensäge, einem Freischneider, einem Trennschleifer oder dgl. nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Vergaseranordnungen für mittels eines Seilzuges zu startende Zweitaktmotoren für handgeführte Arbeitsgeräte sind allgemein bekannt. In den Ansaugkanalabschnitt mündet ein Kraftstoffkanal, der mit einem kraftstoffgefüllten Speicherraum verbunden ist und abhängig vom Unterdruck im Ansaugkanal Kraftstoff zuführt. Da per Seilzug zu startende Verbrennungsmotoren nur geringe Startdrehzahlen erreichen, wird für den Start mittels einer Startvorrichtung der Ansaugunterdruck erhöht, indem z. B. eine Chokeklappe den Strömungsquerschnitt des Ansaugkanalabschnittes vor der Vergaseranordnung reduziert. Dadurch wird sichergestellt, daß auch mit einem Seilzugstarter im Startvorgang ausreichend Kraftstoff angesaugt wird, so daß mit wenigen Starthüben ein zündfähiges Gemisch bereitgestellt ist, das ein Starten des Verbrennungsmotors sicherstellt.
Nachteilig bei derartigen den Ansaugunterdruck erhöhenden Startvorrichtungen ist, daß sie auch bei anlaufendem Verbren nungsmotor wirksam sind, so daß der hochlaufende Verbrennungsmotor zu einem starken Anstieg des Ansaugunterdrucks und damit zu einem erhöhten Anstieg der Kraftstofförderung führt, wodurch das Gemisch stark anfettet. Dies führt dazu, daß das Gemisch bei hochlaufendem Verbrennungsmotor überfettet und der Motor fett ausgeht. Der Benutzer muß daher bei anlaufendem Verbrennungsmotor zeitgerecht den Choke öffnen und zugleich dafür Sorge tragen, daß während der Warmlaufphase das Gemisch nicht durch vollständiges Öffnen des Chokes derart abmagert, daß der Motor mager ausgeht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vergaseranordnung derart auszubilden, daß bei eingelegtem Choke und hochlaufendem Verbrennungsmotor ein Ausgehen des Motors durch Überfettung sicher vermieden ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß nach den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Im Kraftstoffkanal wird vor der Mündung in den Ansaugkanalabschnitt ein Schaltventil angeordnet, das von einer Steuereinheit betätigt ist. Die Steuereinheit betätigt das Schaltventil in Abhängigkeit von zumindest einem Betriebsparameter des Verbrennungsmotors, welcher in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Drehzahl des Verbrennungsmotors sein kann. Durch die Steuereinheit wird zum Beispiel nach Überschreiten einer ersten Grenzdrehzahl das Schaltventil geschlossen und so eine Abmagerung des Gemisches verbunden mit einem starken Drehzahlanstieg erreicht. Das Schaltventil bleibt geschlossen, so daß das Gemisch weiter abmagert und die Drehzahl nach Überschreiten eines Drehzahlmaximums abfällt. Im Bereich des Drehzahlmaximums wird die Kraftstoffzufuhr wieder geöffnet, so daß das Gemisch wieder anfettet und der Drehzahlabfall gebremst wird. Im Bereich eines folgenden Drehzahlminimums wird das Schaltventil und damit die Kraftstoffzufuhr wieder geschlossen, so daß im folgenden Zeitabschnitt die Drehzahl aufgrund der sich dann einstellenden Abmagerung wieder ansteigt. Dieser Zyklus wird wiederholt durchlaufen, so daß trotz des geschlossenen Chokes die Drehzahl des Verbrennungsmotors in einem betriebsstabilen Drehzahlband gehalten werden kann. Der Motor bleibt lauffähig und geht nicht aus. Der Benutzer hat ausreichend Zeit, den Choke aus der Startustellung teilweise oder ganz zurückzunehmen, um so den Verbrennungsmotor betriebsbereit zu halten. Neben einem Auf/Zu-Betrieb des Ventils kann dieses auch getaktet werden, so daß jede gewünschte Durchlaßmenge proportional eingestellt werden kann. Die Kraftstoffzufuhr kann so drehzahlangepaßt eingestellt werden.

Vorteilhaft kann zur Erkennung der Maxima und Minima der Drehzahlkurve auch der Drehzahlgradient als Betriebsparameter verwendet werden, nach dem die Vergaseranordnung zu steuern ist. Wird der Gradient zu null, liegt ein Extremwert vor.

Münden in den Ansaugkanalabschnitt mehrere Kraftstoffkanäle, kann es vorteilhaft sein, die Kanäle von einer Kanalverzweigung abzweigen zu lassen und das Schaltventil in Strömungsrichtung des Kraftstoffs vor der Kanalverzweigung anzuordnen. Auf diese Weise werden mit nur einem Schaltventil alle in den Ansaugkanalabschnitt mündenden Kraftstoffkanäle gesteuert. Es kann auch zweckmäßig sein, nur einen oder ausgewählte Kanäle über das Schaltventil zu steuern. Dies kann durch entsprechende Auslegung der Kanalverzweigungen leicht erreicht werden.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung, in der ein nachfolgend im einzelnen beschriebenes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist. Es zeigen:
1 in schematischer Darstellung eine erfindungsgemäße Vergaseranordnung mit einem elektromagnetisch schaltbaren Ventil,
2 ein Diagramm zu einem angenommenen Drehzahlverlauf beim Start über der Zeit,
3 ein Diagramm zum Schaltzustand des elektromagnetischen Ventils über der Zeit,
4 ein Diagramm zum Gemischzustand eines Kraftstoff/Luft-Gemisches im Ansaugkanal über der Zeit.
Die Vergaseranordnung 1 wird durch eine Kraftstoffpumpe 2 aus einem nicht näher dargestellten Kraftstoffvorrat versorgt. Die Kraftstoffpumpe 2 fördert über ein Einlaßventil 3 Kraftstoff in einen Speicherraum, der im Ausführungsbeispiel als Regelraum 4 ausgebildet ist. Der Regelraum 4 ist durch eine Regelmembran 5 begrenzt, die über eine mechanische Hebelverbindung 6 das Einlaßventil 3 gegen die Kraft einer Feder 7 öffnet.
Über einen Kraftstoffkanal 8 strömt Kraftstoff in einen Ansaugkanalabschnitt 9, in dem vorteilhaft ein Venturi 10 ausgebildet ist. Der Kraftstoffkanal mündet mit einem Hauptaustritt HA in den Ansaugkanal 9, zweckmäßig im Bereich des Venturis 10. Im Kraftstoffkanal ist in Strömungsrichtung vor dem Hauptaustritt HA ein Rückschlagventil 11 sowie eine Drossel 12 angeordnet.
Vom Kraftstoffkanal 8, der im Ausführungsbeispiel den Hauptdüsenpfad bildet, zweigt ein weiterer Kraftstoffkanal 13 ab, der über eine Leerlaufeinstellschraube 14, in eine Leerlaufkammer 15 führt. Von der Leerlaufkammer 15 zweigen Leerlaufdüsenpfade 16, 17 und 18 ab, die – jeweils über eine Drossel 19, 20 und 21 – in den Ansaugkanalabschnitt 9 münden. Dabei liegen die Mündungen L0, L1, L2 in Strömungsrichtung 22 der Verbrennungsluft hintereinander im Bereich einer Drosselklappe 23, die um eine Drosselklappenwelle 24 drehbar im Ansaugkanalabschnitt 9 gelagert ist. In Schließstellung der Drosselklappe 23 liegt die Mündung L0 des Leerlaufdüsenpfades 16 stromab der Drosselklappe 23, während die Mündung L1 des Leerlaufpfades 17 etwa im Bereich der geschlossenen Drosselklappe liegt. Die Mündung L2 des Leerlaufpfades 18 liegt bei geschlossener Drosselklappe 23 stromauf der Drosselklappe 23.
Es kann zweckmäßig sein, zwischen der Mündung HA des Hauptdüsenaustrittes im Bereich des Venturis 10 und der in Strömungsrichtung 22 nach dem Venturi angeordneten Drosselklappe 23 eine Teillastfestdüse anzuordnen. Hierzu ist ein gestrichelt eingezeichneter Kraftstoffkanal 25 vorgesehen, der über eine Drossel 26 stromab des Venturis 10 zwischen der Mündung HA und der Mündung L2 in den Ansaugkanalabschnitt 9 mündet.
Stromauf des Venturis 10 ist eine Startvorrichtung 30 vorgesehen, die aus einer um eine Welle 31 drehbaren Chokeklappe 32 besteht. Die Chokeklappe 32 ist in Öffnungsstellung gestrichelt eingezeichnet; für einen Start wird die Chokeklappe geschlossen, so daß sie in der mit durchgezogenen Linien gezeigten Stellung liegt.
Der Ansaugkanalabschnitt 9 mündet zum Beispiel in das Kurbelgehäuse 27 eines Zweitaktmotors 28, der lediglich schematisch dargestellt ist. Anstelle des Zweitaktmotors kann auch ein anderer Verbrennungsmotor 28 vorgesehen sein, zum Beispiel ein gemischgeschmierter Viertaktmotor, ein Spülvorlagenmotor oder dergleichen.
Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, in den Kraftstoffkanal 8 zwischen dem als Regelkammer 4 ausgebildeten Speicherraum und der Mündung HA des Kraftstoffkanals 8 in den Ansaugkanalabschnitt 9 ein Schaltventil 40 anzuordnen, welches den Kraftstofffluß im Kraftstoffkanal 8 abschaltet, zumindest aber drosselt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist das bevorzugt elektromagnetisch betätigte Schaltventil 40 im Kanalabschnitt zwischen dem Speicherraum 4 und einer Kanalverzweigung 29 des Kraftstoffkanals 8 vorgesehen, so daß mit dem Schaltventil 40 alle an die Kanalverzweigung 29 angeschlossenen Kraftstoffkanäle steuerbar sind. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind mit dem Schaltventil 40 sowohl der Hauptkraftstoffkanal 8 zur Mündung HA, der Kraftstoffkanal 25 für Teillast, der Kraftstoffkanal 13 zur Leerlaufkammer 15 und damit auch die Leerlaufdüsenpfade 16, 17 und 18 schaltbar.
Das Schaltventil 40 wird von einem Steuergerät 41 betätigt, das über eine entsprechende Steuerleitung 42, im Ausführungsbeispiel eine elektrische Leitung, mit dem Schaltventil 40 verbunden ist. Das Steuergerät 41 empfängt über einen Sensor 43 und eine Signalleitung 44 Betriebsparameter des Verbrennungsmotors 28, z. B. die Drehzahl des Verbrennungsmotors. Dabei kann das Steuergerät 41 eine oder auch mehrere Betriebsparameter des Verbrennungsmotors verarbeiten, um eine erfindungsgemäße Betätigung des Schaltventils 40 zu bewirken.
Gemäß der Erfindung ist das Schaltventil 40 vorgesehen, um nach dem Start des Verbrennungsmotors bei geschlossener Chokeklappe 32 (durchgezogene Line) ein Absterben des Verbrennungsmotors aufgrund Überfettung des über den Ansaugkanalabschnitt 9 angesaugten Kraftstoff/Luft-Gemisches zu verhindern.
Wie 2 zeigt, ist zu einem Zeitpunkt t₁ das Schaltventil 40 offen (3); beim Starten des Verbrennungsmotors wird sich ein entsprechend fettes Gemisch einstellen.
Der Verbrennungsmotor ist insbesondere ein Motor, der über einen Seilzugstarter gestartet wird. Die Kurve A in 2 zeigt einen ersten, erfolglosen Startversuch. Der Motor wird zum Zeitpunkt t₁ angeworfen, bei dem das Schaltventil 40 auf ist und das Gemisch entsprechend 4 anfetten kann. Aufgrund mangelnder Zündung verläuft die Drehzahl gemäß Kurve A in 2.
Springt der Motor an, wird aufgrund des ansteigenden Ansaugrohrunterdruckes im Ansaugkanalabschnitt 9 bei geschlossenem Choke 32 eine erhebliche Menge Kraftstoff in den Kanal eintre ten, was zu einem sehr fetten Gemisch führt. Daher wird gemäß 3 bei Überschreiten der Grenzdrehzahl G im Zündzeitpunkt t₂ das Schaltventil 40 geschlossen, so daß – mit entsprechendem Zeitverzug – das Gemisch abmagert. Das abmagernde Gemisch führt zu einer steigenden Drehzahl, wobei etwa im Zeitpunkt t₃ ein Drehzahlmaximum D_max erreicht wird, nach dem die Drehzahl aufgrund zu starker Abmagerung des Gemisches wieder zu fallen beginnt.
Das Steuergerät 41 erkennt das Drehzahlmaximum D_max – z. B. durch Überwachung und Vergleich der Ist-Drehzahl am Anfang und Ende eines vorgebbaren Zeitabschnittes und/oder durch Überwachung des Drehzahlgradienten – und veranlaßt nach einem festgestellten Drehzahlmaximum D_max ein Öffnen des Schaltventils 40. Zum Zeitpunkt t₃ öffnet das Schaltventil 40 und gibt den Kraftstofffluß in die Kraftstoffkanäle wieder frei mit der Folge, daß aufgrund des – bei weiterhin geschlossener Chokeklappe 32 – hohen Rnsaugkanalunterdrucks eine erhöhte Kraftstoffmenge in den Ansaugkanalabschnitt 9 eintritt und das Gemisch wieder anfettet.
Der Drehzahlabfall wird gebremst und im Zeitpunkt t₄ ein Drehzahlminimum D_min durchfahren, was das Steuergerät 41 erkennt und daraufhin das Schaltventil 40 wieder schließt (3). Nach dem Zeitpunkt t₄ magert das fette Gemisch wieder ab (4), so daß in Folge des abmagernden Gemisches die Drehzahl wieder ansteigt, bis ein nächstes Drehzahlmaximum D_max erreicht und das Schaltventil 40 wieder geöffnet wird. Dieser Zyklus wiederholt sich ständig, so daß trotz eines geschlossenen Chokes 32 der Verbrennungsmotor lauffähig bleibt und der Benutzer zu gegebener Zeit den Choke manuell zurücknehmen kann. Ein Ausgehen des Verbrennungsmotors aufgrund Überfettung ist vermieden. Die Leerlaufdrehzahl kann in einer akzeptablen Bandbreite F gehalten werden, wobei die Drehzahlschwankungen im Leerlaufbereich um etwa 2000 Umdrehungen betragen; der Motor bleibt lauffähig.
Anstelle einer Überwachung des Drehzahlmaximums D_max und des Drehzahlminimums D_min und dem jeweilig entsprechenden Einschalten bzw. Ausschalten der Kraftstoffzufuhr durch Betätigen des Schaltventils 40 kann das Steuergerät 41 grundsätzlich auch durch Überwachung von Drehzahlgrenzen Fu und Fo des Drehzahlbandes F die Steuerung des Schaltventiles 40 vornehmen. In einem derartigen Ausführungsbeispiel wird nach dem erfolgreichen Start des Verbrennungsmotors und Überschreiten einer Grenzdrehzahl G zunächst das Schaltventil 40 geschlossen, weshalb die Drehzahl über eine obere Grenzdrehzahl Fo des Drehzahlbandes F ansteigen kann. Mit Überschreiten der oberen Grenzdrehzahl Fo wird das Ventil 40 geöffnet, so daß aufgrund der sich dann ergebenden Anfettung der Drehzahlanstieg gebremst wird und die Drehzahl wieder abfällt. Bei Unterschreiten der unteren Grenze Fu des Drehzahlbandes F wird das Schaltventil 40 wieder geschlossen, so daß die sich dann einstellende Abmagerung zu einem erneuten Drehzahlanstieg führt.
Ohne das erfindungsgemäße Ein- und Ausschalten der Kraftstoffzufuhr würde bei einem erfolgreichen Start des Verbrennungsmotors und ansteigender Drehzahl das Gemisch stark anfetten und dann gemäß der eingezeichneten Kurve B der Motor fett ausgehen. Dieses kann nur verhindert werden, wenn nach dem Start des Verbrennungsmotors rasch von Hand die Chokeklappe in eine zumindest teilgeöffnete Stellung überführt wird. Durch das erfindungsgemäße zeitweise Sperren der Kraftstoffzufuhr wird bei geschlossenem Choke ein Abmagern erzwungen, so daß der Verbrennungsmotor trotz geschlossenem Choke lauffähig bleibt.

Claims

Vergaseranordnung für einen Verbrennungsmotor, insbesondere für einen per Seilzug zu startenden Verbrennungsmotor in einem handgeführten Arbeitsgerät wie einer Motorkettensäge, einem Freischneider, einem Trennschleifer oder dgl. mit einem Ansaugkanalabschnitt (9) und einem in den Ansaugkanalabschnitt (9) mündenden Kraftstoffkanal (8), der mit einem kraftstoffgefüllten Speicherraum (4) verbunden ist und abhängig vom Unterdruck im Kanalabschnitt (9) Kraftstoff zuführt, und mit einer Startvorrichtung (30) zur Anhebung des Unterdrucks im Ansaugkanalabschnitt (9) beim Startvorgang, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Mündung (HA) des Kraftstoffkanals (8) in den Ansaugkanalabschnitt (9) und dem Speicherraum (4) ein Schaltventil (40) angeordnet ist, daß das Schaltventil (40) mit einer Steuereinheit (41) verbunden ist, und daß die Steuereinheit (41) das Schaltventil (40) in Abhängigkeit von zumindest einem Betriebsparameter des Verbrennungsmotors (28) betätigt.
Vergaseranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Betriebsparameter die Drehzahl des Verbrennungsmotors ist.
Vergaseranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach Überschreiten einer Grenzdrehzahl (G) das Schaltventil (40) geschlossen ist und etwa nach Erreichen eines folgenden Drehzahlmaximums (D_max) das Schaltventil geöffnet ist und bei Erreichen eines folgenden Drehzahlminimums (D_min) geschlossen ist.
Vergaseranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehzahlgradient der Drehzahlkurve als Betriebsparameter verwendet ist.
Vergaseranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in den Ansaugkanalabschnitt (9) mehrere Kraftstoffkanäle (8, 13, 25) münden und mehrere, vorzugsweise alle Kraftstoffkanäle von einem Schaltventil gemeinsam gesteuert werden.
Vergaseranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Startvorrichtung (30) aus einer Chokeklappe (32) besteht.
Vergaseranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Chokeklappe (32) im Ansaugkanalabschnitt (9) angeordnet ist.