DE3521772A1 - Verfahren zum einspritzen von kraftstoff bei zweitaktmotoren und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff bei Zweitaktmotoren mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Bei handgesteuerten Motorsägen wird beispielsweise zum Entasten mit hohen Drehzahlen von etwa 9000 bis 12 000 Umdrehungen pro Minute gearbeitet, während beim Fällen von Bäumen mit Drehzahlen von etwa 6000 bis 9000 Umdrehungen pro Minute bei maximaler Schnittleistung gearbeitet wird. Die Leerlaufdrehzahl beträgt etwa 2000 bis 3000 Umdrehungen pro Minute. Bei einem bekannten Zweitaktmotor (DE-AS 22 48 584), bei dem der Kraftstoff bei zunehmendem Druck im Kurbelkasten von der Einspritzpumpe angesaugt und bei ansteigendem Kurbelkastendruck der Kraftstoff zur Einspritzung in die Brennkammer gefördert wird, ist keine zufriedenstellende Anpassung des Einspritzzeitpunktes an den jeweiligen Drehzahlzustand zu erreichen. Der eigentliche Einspritzvorgang, d.h. das Einspritzen des Kraftstoffes in den Brennraum des Motors, sollte vorzugsweise etwa dann stattfinden, wenn sich der Kolben des Motors im unteren Totpunktbereich befindet. Bei höheren Motordrehzahlen stellen sich aber Verzögerungen ein, weil der Luftdruck eine gewisse Zeit benötigt, um vom Kurbelgehäuse zur Einspritzpumpe zu gelangen. Eine gewisse Zeit ist zudem erforderlich, um den Pumpenkolben in der Einspritzpumpe auszulenken bzw. zu bewegen. Eine zusätzliche Verzögerung stellt sich durch den Förderweg des Kraftstoffs ein. Diese Verzögerungen sind bei hohen Drehzahlen so gravierend, daß, obwohl der Einspritzvorgang im Bereich des unteren Totpunktes ausgelöst wurde, der eigentliche Einspritzbeginn erst kurz vor dem oberen Totpunkt des Kolbens beginnt. Das Ende des Einspritzvorganges ist somit noch weiter verzögert. Das führt so weit, daß das Einspritzende über den oberen Totpunkt hinaus in die schon ablaufende Verbrennung übergeht, wodurch ein schlechter Wirkungsgrad erzielt wird. Durch die bei hohen Drehzahlen auftretenden Verzögerungen findet somit keine optimale Verbrennung mehr statt, so daß einzelne Verbrennungen vollständig ausfallen können und insgesamt der Arbeitszyklus des Zweitaktmotors bei verschiedenen Drehzahlen gestört ist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 dahingehend weiterzubilden, daß unabhängig von der Höhe der Motordrehzahl die geförderte Kraftstoffmenge in Abhängigkeit von den jeweils herrschenden Betriebsdrehzahlen zum jeweils richtigen Zeitpunkt eingespritzt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sowie weitere Vorteile und wesentliche Einzelheiten der Erfindung sind den Merkmalen der Unteransprüche, der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmen, die in schematischer Darstellung bevorzugte Ausführungsformen als Beispiel zeigt. Es stellen dar:

Fig. 1 eine Gesamtansicht einer erfindungsgemäßen Einspritzvorrichtung mit einer geschnitten dargestellten Einspritzpumpe und einem geschnitten dargestellten Vorschaltventil,

Fig. 2 eine weitere erfindungsgemäße Einspritzvorrichtung ähnlich der Fig. 1, jedoch mit einer zusätzlichen Steuerung des Vorschaltventils über den Kurbelkasten- Mitteldruck,

Fig. 3 eine andere erfindungsgemäße Einspritzvorrichtung ähnlich der Fig. 2,

Fig. 4 eine geschnittene Ansicht einer anders ausgeführten erfindungsgemäßen Einspritzpumpe mit integriertem Vorschaltventil,

Fig. 5 eine vergrößerte Teilschnittansicht des Differentialkolbens und der Pumpenkammer sowie den zugehörigen Rückschlagventilen in der Einspritzpumpe der Fig. 1 bis 3,

Fig. 6 ein Diagramm mit dargestelltem Druckverlauf im Kurbelkasten des Zweitaktmotors und

Fig. 7 ein Kreisdiagramm einer Kurbelumdrehung des Zweitaktmotors.

Die erfindungsgemäße Einspritzvorrichtung 1 ist für einen Zweitaktmotor 2 vorgesehen, der insbesondere bei handgesteuerten Arbeitsgeräten wie Motorsägen und dergleichen verwendet wird und einen Zylinder 3, einen Kolben 4, eine Brennkammer 5, eine Einspritzdüse 6, einen Kubelkasten 7 sowie eine Kurbelwelle 8 und einen Pleuel 9 für den Kolben 4 aufweist. Beim Betrieb des Zweitaktmotors 2 ändert sich bei der Auf- und Abbewegung des Kolbens 4 der Druck im Kurbelkasten 7 gemäß der Darstellung in Fig. 5. Man erkennt, daß der Druck bei der Abwärtsbewegung des Kolbens 4 vom oberen Totpunkt (OT) bis annähernd zum unteren Totpunkt (UT) ansteigt, so daß ein Überdruck entsteht, und dann bei der Aufwärtsbewegung des Kolbens 4 wieder so weit abfällt, daß ein Unterdruck im Kurbelkasten 7 entsteht. Die Fig. 6 zeigt zudem, wie bei einer 360-Grad- Kurbelwellenumdrehung der Einlaßkanal, der Auslaßkanal und der Überstromkanal im Zweitaktmotor 2 gesteuert werden.

Die Einspritzvorrichtung 1 weist eine Einspritzpumpe 10, ein Vorschaltventil 11 und eine Verbindungsleitung 12 auf, die am Kurbelkasten 7 angeschlossen ist und den hier vorherrschenden Druck zur Einspritzpumpe 10 leitet. An der Einspritzpumpe 10 ist zudem eine Kraftstoffzuführleitung 13 angeschlossen, durch die der Kraftstoff aus einem Tank 14 mittels einer Vorförderpumpe 15 zu einem als Rückschlagventil ausgebildeten Ansaugventil 16 gefördert wird.

Das Ansaugventil 16 befindet sich auf der einen Seite einer im Gehäuse 17 der Einspritzpumpe 10 ausgebildeten Pumpenkammer 18, während auf der gegenüberliegenden Seite ein Auslaßventil 19 angeordnet ist, das ebenfalls als Rückschlagventil ausgeführt ist. Von diesem Auslaßventil 19 führt eine Einspritzleitung 20 zur Einspritzdüse 6 des Zweitaktmotors 2.

Die vom Kurbelkasten 7 abgeleitete Verbindungsleitung 12 führt zu einer Druckkammer 21 der Einspritzpumpe 10. Die Druckkammer 21 ist durch eine Membran 22 von einer gegenüberliegenden Kammer 23 getrennt. Die Kammer 23 ist bei den Ausführungsformen der Fig. 1 und 2 durch Öffnungen 24 mit der Umgebungsatmosphäre verbunden.

In der Mitte der Membran 22 ist ein Pumpenkolben 25 befestigt, der in einer Führungsbohrung 26 des Gehäuses 17 axial hin- und herbewegbar gelagert ist. Insbesondere der Fig. 4 ist zu entnehmen, daß der Pumpenkolben 25 als Differentialkolben ausgeführt ist und dazu in axialer Verlängerung eine Kolbenstange 27 besitzt, deren Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser des Kolbenteils 28, der an der Pumpenkolbenabstufung im Bereich der Pumpenkammer 18 die scheibenringförmige Kolbenfläche 29 aufweist. Die im Querschnitt dünnere Kolbenstange 27 durchsetzt die Pumpenkammer 18 und ist an ihrem Endbereich mit der Kraft einer Feder 30 beaufschlagt, die beim vorliegenden Ausführungsbeispiel als Schraubendruckfeder ausgeführt ist und in axialer Richtung des Pumpenkolbens 25 gegen die Membran 22 wirkt. Die Kraft der Feder 30 ist über eine hülsenförmige Schraube 31 stufenlos einstellbar.

Die Fig. 1 bis 4 zeigen zudem, daß der Pumpenkolben 25 an der Außenumfangsfläche mittels Ringdichtungen 32 gegenüber der Führungsbohrung 26 abgedichtet ist. Die Ringdichtungen 32 können aus einem Elastomer bestehen und z.B. als O-Ring oder Lippendichtung ausgeführt sein. Die eine Ringdichtung 32 ist dem im Durchmesser größeren Kolbenteil 28 zugeordnet, während die andere Ringdichtung 32′ der im Durchmesser kleineren Kolbenstange 27 zugehörig ist.

Das zur erfindungsgemäßen Einspritzvorrichtung 1 gehörende Vorschaltventil 11 dient der selbsttätigen Steuerung des vom Kurbelkasten 7 abgeleiteten und zur Einspritzpumpe 10 geführten Drucks in Abhängigkeit von der Drehzahl und/oder den Lastverhältnissen des Zweitaktmotors 2 und ist dazu in der Verbindungsleitung 12 im Bereich zwischen dem Kurbelkasten 7 und der Einspritzpumpe 10 vorgesehen. Das Vorschaltventil 11 besitzt einen Eingang 33, an dem der vom Kurbelkasten 7 herangeführte Teil der Verbindungsleitung 12 angeschlossen ist, und einen Ausgang 34, an dem der zur Einspritzpumpe 10 weitergeführte Teil der Verbindungsleitung 12 sich befindet.

Im Vorschaltventil 11 sind ein Ringraum 35 und ein weiterer Raum 36 vorgesehen, die durch eine Dichtungsmembran 37 voneinander getrennt sind. Die Dichtungsmembran 37 ist an der dem Raum 36 zugewandten Rückseite 38 mit der Kraft eines Federelementes 39 beaufschlagt, das hier konkret als Schraubendruckfeder ausgebildet und mittels einer Gewindeschraube 40 stufenlos einstellbar ist. Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist der Raum 36 durch einen Durchbruch 41 mit der Umgebungsatmosphäre verbunden.

An der der Rückseite 38 gegenüberleigenden Seite der Dichtungsmembran 37 ist eine Dichtplatte 42 angeordnet, die an einem Ventilsitz 43 abhebbar anliegt, der in etwa kegelförmig ausgebildet ist und in den Ringraum 35 hineinragt. Der Ringraum 35 ist mit dem Ausgang 34 verbunden.

Im Anschluß an den Eingang 33 befindet sich im Vorschaltventil 11 ein Vorraum 44, der ein Teil des zum Ventilsitz 43 führenden Eintrittsraumes 45 ist. Den Fig. 1 und 2 ist zu entnehmen, daß in der zwischen dem Ringraum 35 und dem Vorraum 44 befindlichen Wand 46 Durchgangsbohrungen 47 ausgebildet sind. An der dem Ringraum 35 gegenüberliegenden Seite der Durchgangsbohrungen 47, also an der dem Vorraum 44 zugewandten Seite der Wand 46, sind Rückschlagklappen 48 angenordnet, die bevorzugt aus einem gummielastischen Material bestehen können und die Durchgangsbohrungen 47 aufgrund der materialspezifischen Federkraft in Richtung zum Ringraum 35 hin verschließen, während die Rückschlagklappen 48 bei einem Überdruck im Ringraum 35 die Durchgangsbohrungen 47 in Richtung zum Vorraum 44 hin freigeben. Es sind somit im Vorschaltventil 11 Rückschlagventile 49 ausgebildet, die sich bei Überdruck im Ringraum 35 in Richtung zum Eintrittsraum 45 hin öffnen.

Den Fig. 1 bis 3 ist weiterhin ein Bypass 50 zu entnehmen, der von der Verbindungsleitung 12 vor dem Eingang 33 des Vorschaltventils 11 abzweigt und mit dem vom Ausgang 34 des Vorschaltventils 11 weggeführten Leitungsteil 51 verknüpft ist, so daß praktisch eine Umgehung des Vorschaltventils 11 gegeben ist, indem der vom Kurbelkasten 7 abgeleitete Druck durch den Bypass 50 zur Einspritzung 10 gelangt. Im Bypass 50 ist eine Drossel 52 vorgesehen, die den Kurbelkastendruck bei hoher Motordrehzahl i.w.sperrt, so daß der Druck maßgeblich durch das Vorschaltventil 11 geleitet wird. Der bei Leerlaufdrehzahl des Zweitaktmotors 2 im Kurbelkasten 7 auftretende wesentlich niedrigere und langsamer aufgebaute Druck wird von der Drossel 52 durchgelassen, so daß der Kurbelkastendruck bei Leerlaufdrehzahl unter Umgehung des Vorschaltventils 11 unmittelbar zur Druckkammer 21 der Einspritzpumpe 10 geleitet wird. Außerdem ist zu erkennen, daß in dem vom Kurbelkasten 7 abgeleiteten Teil der Verbindungsleitung 12 vor dem Eingang 33 des Vorschaltventils 11 und vor dem Abzweig des Bypasses 50 eine Eingangsdrossel 53 vorgesehen ist, die den Kurbelkastendruck im hochtourigen Motordrehzahlbereich vor dem Eintritt in das Vorschaltventil 11 reduziert, wodurch verhindert wird, daß bei höchsten Drehzahlen zuviel Kraftstoff gefördert wird.

Die Auslösung des Einspritzvorganges und der Beginn der Einspritzung in die Brennkammer 5 des Zweitaktmotors 2 erfolgen beim erfindungsgemäßen Einspritzverfahren bei ansteigendem Kurbelkastendruck, also der Kolben 4 sich vom oberen Totpunkt nach unten bewegt. Wird der Kurbelgehäusedruck "0" überschritten, was etwa bei 60 Grad hinter dem oberen Totpunkt geschieht, wird der Einspritzvorgang ausgelöst. Die Auslösung geschieht dadurch, daß der Kurbelkastendruck entgegen der Kraft der Feder 30 in der Einspritzpumpe 10 gegen die Membrane 22 drückt und den Pumpenkolben 25 axial verschiebt, so daß die Kolbenfläche 29 den in der Pumpenkammer 18 befindlichen Kraftstoff durch das Auslaßventil 19, die Einspritzleitung 20 und die Einspritzdüse 6 in die Brennkammer 5 drückt. Der eigentliche Einspritzvorgang, bei dem also der Kraftstoff aus der Einspritzdüse 6 in die Brennkammer 5 eingetragen wird, erfolgt etwa im unteren Totpunkt des Kolbens 4. Bei der anschließenden Aufwärtsbewegung des Kolbens vom unteren Totpunkt zum oberen Totpunkt nimmt der Druck im Kurbelgehäuse 7 ab. Bei Überschreiten des Kurbelgehäusedrucks "0", etwa nach 240 Grad Kurbelumdrehung, entsteht im Kurbelgehäuse 7 ein Unterdruck, der bewirkt, daß die Membrane 22 sich in die dargestellte Position verlagert und den Pumpenkolben 25 somit wie dargestellt zurückzieht. Bei der Rückwärtsbewegung des Pumpenkolbens 25 entsteht in der Pumpenkammer 18 ein Unterdruck, so daß das Ansaugventil 16 öffnet und Kraftstoff in die Pumpenkammer 18 einströmen kann. Das Ansaugen des Kraftstoffs erfolgt somit während der Unterdruckphase im Kurbelkasten 7, während die Auslösung des Einspritzvorganges und die Einspritzung selbst bei ansteigendem Kurbelkastendruck erfolgen.

Mit zunehmender Drehzahl wird die Absolutzeit für eine Kurbelwellenumdrehung kleiner, während die Verzögerungszeit von der Auslösung des Einspritzvorganges bis zur tatsächlichen Einspritzung die gleiche bleibt. Das bedeutet, daß innerhalb dieser Zeit ein größerer Kurbelwinkelbereich von dem Kolben 4 zurückgelegt wird. Das heißt, daß die Verzögerungen sich bei Zweitaktmotoren gemäß dem Stand der Technik bei höheren Drehzahlen nachteilig auswirken können, während beim erfindungsgemäßen Verfahren dieser Nachteil aufgrund der selbsttätigen drehzahlabhängigen Steuerung behoben ist, indem bei hohen Drehzahlen die Auslösung des Einspritzvorganges etwa 90 Grad nach OT erfolgt. Bei Grad nach OT taucht der Differentialkolben 25 mit der Kolbenfläche 29 in die Pumpenkammer 18 ein und fördert durch das Auslaßventil 19 den Kraftstoff zur Einspritzdüse 6. Infolge der konstruktiv bedingten Verzögerung im Einspritzsystem erfolgt dann mit hoher Drehzahl von mehr als 9000 Umdrehungen pro Minute die tatsächliche Einspritzung des Kraftstoffes in die Brennkammer 5 etwa zu dem Zeitpunkt, wenn sich der Kolben im unteren Totpunkt befindet. Zur Gemischaufbereitung und Verdichtung steht dann der Kolbenweg vom unteren Totpunkt bis etwa 30 Grad vor dem oberen Totpunkt zur Verfügung. Die Zündung des Kraftstoffgemisches erfolgt etwa bei 30 Grad vor OT, so daß bei dieser Ausbildung eine optimale Verdichtung, Verwirbelung und Aufbereitung des Brennstoffluftgemisches auch bei maximal hohen Drehzahlen gewährleistet ist.

Die weitere Ausbildung des Pumpenkolbens 25 als Differentialkolben gewährleistet darüber hinaus eine exakte Dosierung der einzuspritzenden Kraftstoffmenge.

Bei niedrigen Drehzahlen ist die Kolbengeschwindigkeit geringer und der Kolben 4 legt damit pro Zeiteinheit einen kleineren Weg als bei höheren Drehzahlen zurück, so daß sich die Verzögerung nicht so stark auswirken kann. Um zu verhindern, daß der eigentliche Einspritzvorgang schon vor dem unteren Totpunkt erfolgt und es dadurch zu Überschneidungen zwischen dem bereits ablaufenden Verbrennungsvorgang und dem darauf folgenden Einspritzvorgang kommt, ist zur selbsttätigen Steuerung das Vorschaltventil 11 vorgesehen, das die Übertragung des Kurbelkastendrucks zur Einspritzpumpe 10 in Abhängigkeit von der Drehzahl so lange verschließt, bis der Kurbelgehäusedruck einen vorgegebenen bestimmten Schwellwert erreicht hat. Dadurch erfolgt der Auslösevorgang bzw. die Einleitung des Einspritzvorganges, also das Eintauchen der Kolbenfläche 29 in die Pumpenkammer 18, nicht schon bei 90 Grad nach OT, sondern erst zu einem späteren Zeitpunkt, beispielsweise bei 110 Grad nach OT.
Dadurch wird erreicht, daß bei der zu dieser Drehzahl gehörenden Verzögerung des Einspritzsystems die eigentliche Einspritzung wieder optimal im Bereich des unteren Totpunktes erfolgt.

Der Schwellwert für die Auslösung des Einspritzvorganges kann über die Kraft des Federelementes 39 im Vorschaltventil 11 durch Verdrehen der Gewindeschraube 40 exakt vorbestimmt werden. Wenn der vom Krubelkasten 7 abgeleitete Druck im Eintrittsraum 45 des Vorschaltventils 11 den eingestellten Schwellwert übersteigt, hebt die Dichtungsmembran 37 vom Ventilsitz 43 ab und der Druck gelangt in den Ringraum 35. Der Druck beaufschlagt dabei sofort anschließend die gesamte Fläche der Dichtungsmembran 37, so daß infolge der größeren Wirkfläche der Ventilsitz 43 schnell freigegeben wird. Nach dem schnellen Öffnen beim Überschreiten des eingestellten Grenzdruckwertes wird der Druck durch den Leitungsteil 51 am Ausgang 34 wieder in die Verbindungsleitung 12 und weiter zur Druckkammer 21 der Einspritzpumpe 10 geleitet. Durch das beschriebene Vorschaltventil 11 wird also erreicht, daß die Dichtungsmembran 37 erst bei Erreichen eines bestimmten Druckschwellwertes abhebt und den Weg für die Druckübertragung freigibt, wodurch die Auslösung für den Arbeitshub des Pumpenkolbens 25 zur Einspritzung des Kraftstoffs um etwa 20 Grad Kurbelumdrehung verzögert wird, so daß die Auslösung des Einspritzvorganges etwa bei 110 Grad nach OT erfolgt und die Einspritzung selbst wie gewünscht im Bereich des unteren Totpunktes liegt.

Zur Anpassung an unterschiedliche Drehzahlen ist das Rückschlagventil 49 innrhalb des Vorschaltventils 11 vorgesehen. Die Durchgangsbohrungen 47 des Rückschlagventils 49 besitzen einen kleinen Querschnitt und wirken somit als Drossel. Wenn im Kurbelkasten 7 Unterdruck herrscht, wird der Ringraum 35 im Vorschaltventil 11 durch die Rückschlagventile 49 evakuiert. Wenn der Kurbelkastendruck wieder ansteigt, bleibt das Vakuum im Ringraum 35 aufrechterhalten, da die Rückschlagklappen 48 die Durchgangsbohrungen 47 in dieser Richtung versperren. Der im Ringraum 35 anstehende Unterdruck unterstützt das Federelement 39, so daß die Dichtungsmembran 37 verstärkt gegen den Ventilsitz 43 gedrückt wird. Die Dichtplatte 42 wird folglich erst bei höheren Kurbelkastendrücken vom Ventilsitz 43 abgehoben und der Einspritzvorgang wird stärker verzögert. Dadurch, daß die Durchgangsbohrungen 47 des Rückschlagventils 49 aber als Drossel ausgeführt sind, ist der sich im Ringraum 35 aufbauende Unterdruck nicht bei allen Drehzahlen gleich, sondern unterschiedlich. Bei hoher Drehzahl ist die Drosselwirkung der Durchgangsbohrungen 47 sehr intensiv, d.h., daß bei hohen Drehzahlen im Ringraum 35 nur ein geringer oder gar kein Unterdruck entsteht. Das Federelement 39 wird dadurch nur schwach oder gar nicht unterstützt, so daß die Dichtungsmembran 37 ziemlich frühzeitig vom Ventilsitz 43 abheben kann und den Druckdurchgang freigibt. Bei niedrigen Drehzahlen steht bedeutend mehr Zeit zur Verfügung, um den Ringraum 35 zu evakuieren. Es entsteht somit ein hoher Unterdruck, der das Federelement 39 stark unterstützt, wodurch die Dichtplatte 42 fest gegen den Ventilsitz 43 gepreßt wird und erst bei einem hohen Kurbelkastendruck zu einem späteren Zeitpunkt vom Ventilsitz 43 abhebt. Dadurch wird die eigentliche selbsttätige Anpassung des Einspritzsystems an die unterschiedlichen Drehzahlen des Zweitaktmotors 2 erzielt. Das Federelement 39 selbst ist eigentlich nur eine gewisse Voreinstellung, die drehzahlunabhängig ist. Die Drehzahlabhängigkeit wird durch den bei verschiedenen Drehzahlen unterschiedlichen Druckabbau bzw. Unterdruckaufbau im Ringraum 35 erzielt.

Da im Leerlauf des Zweitaktmotors 2 die Drücke im Kurbelkasten 7 sehr niedrig sind, ist der Weg für die Druckübertragung durch das Vorschaltventil 11 verschlossen. Um jedoch auch bei Leerlauf einspritzen zu können, ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung in dem Bypass 50 die Drossel 52 vorgesehen. Diese Drossel 52 ist so eingestellt, daß bei höherer Drehzahl der Druck nahezu ausschließlich über das Vorschaltventil 11 geleitet wird, während bei niederen Drehzahlen infolge des langsamen Druckaufbaues und des niederen Kurbelkastendrucks dieser durch die Drossel 52 direkt in die Druckkammer 21 der Einspritzpumpe 10 geleitet wird. Damit ist sichergestellt, daß eine ausreichende Kraftstofförderung im Leerlauf erfolgt.

Die in dem vom Kurbelkasten 7 herangeführten Leitungsteil angeordnete Eingangsdrossel 53 ist für den Höchstdrehzahlbereich bestimmt. Die Leitungsquerschnitte sind normalerweise so bemessen, daß genügend Luft bzw. Druck zur Einspritzpumpe 10 gelangt. Bei höherer Drehzahl kann jedoch zuviel Kraftstoff gefördert werden. Dies wird durch die Eingangsdrossel 53 verhindert. Sie ist so eingestellt, daß oberhalb von etwa 10 000 Umdrehungen pro Minute eine Drosselung des Luftdrucks in der Verbindungsleitung 12 erfolgt, so daß die Einspritzpumpe 10 weniger fördert als ohne Drossel. Dadurch wird erreicht, daß der Zweitaktmotor 2 nicht mit überhöhtem Kraftstoffaufwand läuft.

Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist eine weitere Verbesserung zur selbsttätigen Steuerung des Einspritzsystems vorgesehen, indem der dem Ringraum 35 an der anderen Seite der Dichtungsmembran 37 gegenüberliegende Raum 36 des Vorschaltventils 11 zur Umgebungsatmosphäre hin nicht geöffnet, sondern geschlossen ist. Außerdem ist eine zusätzliche Leitung 54 vorgesehen, die von der Verbindungsleitung 12 hinter der Eingangsdrossel 13 abzweigt und in den Raum 36 führt. Die Leitung 54 kann jedoch auch vor der Eingangsdrossel 53 von der Verbindungsleitung 12 abgezweigt werden, wie dies durch den gestrichelten Leitungsteil 55 dargestellt ist. In der zu dem Raum 36 abgezweigten Leitung 54 ist eine Steuerdrossel 56 angeordnet.

Durch diese Ausbildung ist eine vom mittleren Kurbelkastendruck abhängige Öffnung des Vorschaltventils 11 gegeben, da in den Raum 36 nicht der Atmosphärendruck gelangt, sondern der sich im Kurbelkasten 7 einstellende Mitteldruck eingeleitet wird. Dies hat den Vorteil, daß bei hoher Last, also bei voller Öffnung der Drosselklappe des Zweitaktmotors 2 bzw. voller Lastabnahme ein hoher Druck zur Verfügung steht, der die Dichtmembran 37 von der Rückseite 38 her belastet, so daß die Dichtungsmembran 37 erst später abheben kann und somit die Auslösung des Einspritzvorganges auch erst entsprechend später erfolgt. Bei nachlassender Belastung bzw. niedriger Last nimmt gleichzeitig auch der Mitteldruck im Kurbelkasten 7 ab, so daß die Dichtungsmembran 37 nicht mehr so stark zugehalten wird und deshalb auch wieder früher öffnen kann. Es ist damit eine lastabhängige Steuerung der Einspritzpumpe 10 möglich. Die Steuerdrossel 56 ist so eingestellt, daß sie den Mitteldruck des aus dem Kurbelkasten 7 kommenden Druckes erzeugt bzw. durchläßt und zur Rückseite 38 der Dichtungsmembran 37 gelangen läßt.

Wenn die Drosselklappe des Zweitaktmotors 2 vollständig geöffnet ist und der Motor mit Vollast arbeitet, entsteht im Kurbelkasten 7 ein hoher Druck, der durch die Verbindungsleitung 12, den Leitungsteil 55 und die Steuerdrossel 56 in den Raum 36 gelangt. Dadurch wird die Dichtungsmembran 37 bei Vollast mit hohem Druck beaufschlagt, wodurch die Schließkraft des Federelementes 39 durch diesen Überdruck unterstützt wird. Die Dichtungsmembran 37 wird demgemäß erst dann vom Ventilsitz 43 abheben, wenn ein entsprechend hoher Druck aus dem Kurbelkasten 7 durch den Eintrittsraum 45 gegen die Dichtplatte 42 der Dichtungsmembran 37 wirkt. Arbeitet der Zweitaktmotor 2 also unter Last, erfolgt die Öffnung des Vorschaltventils 11 erst bei einem verhältnismäßig hohen Druck. Der im Raum 36 herrschende relativ hohe Druck ist selbstverständlich immer noch nierdriger als der Spitzendruck, der im Kurbelkasten 7 auftritt. Wenn die Drosselklappe des Zweitaktmotors 2 geschlossen und damit die Leistung niedriger wird, sinkt auch der Mitteldruck im Kurbelkasten 7 und damit der Druck im Raum 36 des Vorschaltventils 11, so daß die Relation zwischen den vor und hinter der Dichtungsmembran 37 herrschenden Drücken und damit die Öffnung der Dichtungsmembran 37 bei geringer Leistung des Zweitaktmotors 2 gewährleistet ist.

Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 3 ist zwischen der Verbindungsleitung 12 und dem Raum 36 auf der Rückseite 38 der Dichtungsmembrane 37 eine zusätzliche Leitung 59 bzw. 59′ mit einem Rückschlagventil 60 vorgesehen. Der Druchbruch 41 vom Raum 36 zum Umgebungsdruck kann als Drossel 61 ausgebildet sein oder, wie dargestellt, in einem Rohrleitungsteil die Drossel 61 aufweisen. Im Kompressionstakt des Zweitaktmotors 2, also bei der Aufwärtsbewegung des Kolbens 4, entsteht im Kurbelkasten 7 ein Unterdruck. Über die Verbindungsleitung 12, die zusätzliche Leitung 59 bzw. 59′ und das Rückschlagventil 60 wird dadurch der Raum 36 des Vorschaltventils 11 entleert und es wird dort ebenfalls ein Unterdruck aufgebaut. Dieser Unterdruck wirkt auf die Dichtungsmembrane 37 gegen die Federkraft der Einstellfeder 39. Der Ventilsitz 43 wird dadurch mit einer geringeren Gesamtkraft geschlossen und folglich bereits bei niedrigeren Überdrücken im Eintrittsraum 45 geöffnet. Der Unterdruck im Raum 36 des Vorschaltventils 11 bewirkt also eine teilweise Aufhebung der Verstellung des Einspritzzeitpunktes bei hohen Drehzahlen.

Bei niedrigen Drehzahlen wird der Raum 36 des Vorschaltventils 11 über die Drossel 61 und den Durchbruch 41 wieder mit Umgebungsluft gefüllt, sobald das Rückschlagventil 60 durch den ansteigenden Kurbelgehäusedruck während des Arbeitstaktes geschlossen wird. Der Unterdruck im Raum 36 wird dadurch ganz oder teilweise wieder abgebaut, so daß die Einstellfeder i.w. alleine auf die Rückseite 38 der Dichtungsmembrane 37 wirkt. Die Einstellwirkung der Einstellfeder 39 auf den Einspritzzeitpunkt bleibt somit bei niedrigen Drehzahlen unbeeinflußt; die Auslösung des Einspritzvorganges wird verzögert.
Durch diese Ausgestaltung erfolgt demnach eine drehzahlabhängige Beeinflussung des Öffnungsdruckes der Dichtplatte 42, so daß eine drehzahlabhängige Steuerung des Einspritzzeitpunktes gegeben ist.

Die Ausführung nach Fig. 4 stellt eine Lösung dar, bei der das Vorschaltventil 11′ in der Einspritzpumpe 10 integriert ist, also mit dieser baulich derart vereinigt ist, daß ein einziges Geräteteil gebildet ist, so daß eine wesentliche bauliche Vereinfachung erzielt wird. Dabei ist es besonders günstig, daß die Membrane 22 der Einspritzpumpe 10 gleichfalls als Dichtungsmembrane des Vorschaltventils 11′ wirkt.

Der Fig. 4 ist zu entnehmen, daß im Boden 57 der ringförmigen Druckkammer 21 der Einspritzpumpe 10 der Ventilsitz 43, der Eintrittsraum 45, die drosselnden Durchgangsbohrungen 47 des Rückschlagventils 49 und der drosselnde Bypass 50 des integrierten Vorschaltventils 11′ ausgebildet sind. An den Boden 57 der Einspritzpumpe 10 schließt sicht ein Ventilgehäuse 58 des Vorschaltventils 11′ an, das den Vorraum 44 begrenzt, in dem die die Durchgangsbohrungen 47 versperrenden Rückschlagklappen 48 vorgesehen sind. Am Ventilgehäuse 58 ist vor dem Vorraum 44 der Eingang 33 angeordnet, in den der vom Kurbelkasten 7 abgeleitete Teil der Verbindungsleitung 12 einmündet. Die von der Verbindungsleitung 12 abgezweigte zusätzliche Leitung 54, in der die Steuerdrossel 56 vorgesehen ist, führt in die Kammer 23, die von der Druckkammer 21 der Einspritzpumpe 10 durch die Membrane 22 getrennt ist und beim vorliegenden Ausführungsbeispiel keine Öffnung zur Umgebungsatmosphäre hin besitzt.

Im einzelnen ist die Funktion beim Ausführungsbeispiel der Fig. 4 folgende: der vom Kurbelkasten 7 kommende Druck gelangt durch den Eingang 33 und den Vorraum 44 in den Eintrittsraum 45 und beaufschlagt dort im Bereich des Ventilsitzes 43 die Membrane 22, die aufgrund der Dichtung 42 dichtschließend anliegt. Bei entsprechenden Druckverhältnissen hebt die Membrane 22 vom Ventilsitz 43 ab, wenn der Druck im Eintrittsraum 45 größer ist als der Druck der auf den Pumpenkolben 25 wirkenden Feder 30 der Einspritzpumpe 10. Der Kurbelkastendruck gelangt dann in die Druckkammer 21 und beaufschlagt die gesamte Fläche der Membrane 22. Dies hat zur Folge, daß der mit dieser Membrane 22 verbundene Pumpenkolben 25 axial gegen die Kraft der Feder 30 verschoben wird und einen Förderhub ausführt, wobei mittels der Kolbenfläche 29 des Differentialkolbens der in der Pumpenkammer 18 befindliche Kraftstoff durch das Auslaßventil 19 und die Einspritzleitung 20 zur Einspritzdüse 6 in die Brennkammer 5 des Zweitaktmotors 2 gedrückt wird.

Bei abfallendem Kurbelkastendruck wird die Membrane 22 zunächst wieder zurückbewegt bis gegen den Ventilsitz 43. Bei weiter abfallendem Kurbelkastendruck werden die Durchgangsbohrungen 47 durch Abheben der Rückschlagsklappen 48 geöffnet, so daß der Druck in der Druckkammer 21 abnehmen und sich ein Unterdruck einstellen kann, der die Membrane 22 zusätzlich zur Kraft der Feder 30 gegen den Ventilsitz 43 drückt. Bei wiederum ansteigendem Kurbelkastendruck wird die Membrane 22 durch die Kraft der Feder 30 und den Unterdruck, der in der Druckkammer 21 herrscht, verstärkt gegen den Ventilsitz 43 gepreßt, so daß die Öffnung des Vorschaltventils 11′ und somit auch die Auslösung des Einspritzvorganges erst zu einem späteren geeigneten Zeitpunkt stattfindet. Der als Bohrung ausgeführte Bypass 50 erfüllt gleichzeitig die Funktion der Drossel 52, die wie bei den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen für den Leerlaufbetrieb bei geringem Kurbelkastendruck vorgesehen ist. Ein wesentlicher Vorteil des in der Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiels besteht in der kompakten Baueinheit, wobei die Einspritzpumpe 10 und das Vorschaltventil 11′ zu einem Gerät zusammengefaßt sind und wobei eine Dichtungsmembrane eingespart wird, indem die Membrane 22 der Einspritzpumpe 10 die Funktion der Dichtungsmembrane des Vorschaltventils 11′ mit erfüllt. Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 4 erfolgt die Steuerung des Einspritzsystems ebenso wie beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2 über den Mitteldruck des Kurbelkastens 7, wofür die von der Verbindungsleitung 12 abgezweigte und in die Kammer 23 hineingeführte zusätzliche Leitung 54 mit der Steuerdrossel 56 vorgesehen ist.

Claims (22)

1. Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff bei Zweitaktmotoren, insbesondere für handgesteuerte Arbeitsgeräte wie Motorsägen od.dgl., bei dem die Einspritzpumpe mit dem im Kurbelkasten jeweils herrschenden Druck beaufschlagt wird und hiervon abhängig Kraftstoff fördert zur Einspritzung und Verbrennung im Motor, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslösung des Einspritzvorganges und der Beginn der Einspritzung in die Brennkammer (5) bei ansteigendem Kurbelkastendruck erfolgen und daß in Abhängigkeit von der Drehzahl und/oder den Lastverhältnissen des Zweitaktmotors (2) der vom Kurbelkasten (7) zur Einspritzpumpe (10) abgeleitete Druck regelbar ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Kurbelkasten (7) abgeleitete ansteigende Druck erst nach dem Überschreiten eines vorbestimmbaren Schwellwertes zur Einspritzpumpe (10) hin freigegeben wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslösung des Einspritzvorganges und der Beginn der Einspritzung durch den mittleren Kurbelkastendruck gesteuert werden.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine vom Kurbelkasten (7) des Zweitaktmotors (2) abgeleitete Verbindungsleitung (12) an der Einspritzpumpe (10) an einer Druckkammer (21) angeschlossen ist, die gegenüber einer weiteren Kammer (23) mittels einer Membrane (22) getrennt ist, der an der der Druckkammer (21) abgewandten Seite ein Pumpenkolben (25) zugehörig ist, und daß in der Verbindungsleitung (12) zwischen dem Kurbelkasten (7) und der Einspritzpumpe (10) Mittel (11, 11′) zur selbsttätigen Steuerung des auf die Membrane (22) einwirkenden Druckes vorgesehen sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet daß der Pumpenkolben (25) der Einspritzpumpe (10) als Differenzialkolben ausgebildet ist, der an einem Kolbenteil (28) eine einer Pumpenkammer (18) zugewandte scheibenringförmige Kolbenfläche (29) aufweist und in axialer Verlängerung eine die Pumpenkammer (18) durchsetzende Kolbenstange (27) besitzt, deren Querschnitt kleiner ist als der des Kolbenteils (28).

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem in einer Führungsbohrung (26) des Gehäuses (17) der Einspritzpumpe (10) axial verschiebbar gelagerten Pumpenkolben (25) mindestens eine Ringdichtung (32) zugeordnet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringdichtung (32) dem Kolbenteil (28) und/oder der Kolbenstange (27) des Pumpenkolbens (25) zugeordnet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpenkolben (25) an dem von der Membrane (22) entfernt liegenden Endbereich der Kolbenstange (27) mit der Kraft einer in Richtung gegen die Membrane (22) wirkenden und bevorzugt über eine hülsenförmige Schraube (31) einstellbaren Feder (30) beaufschlagt ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel für die Steuerung des auf die Membrane (22) einwirkenden Druckes ein Vorschaltventil (11, 11′) in der Verbindungsleitung (12) zwischen dem Kurbelkasten (7) und der Druckkammer (21) der Einspritzpumpe (10) vorgesehen ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorschaltventil (11) einen Eingang (33) für die vom Kurbelkasten (7) herangeführte und einen Ausgang (34) für die zur Einspritzpumpe (10) weitergeführte Verbindungsleitung (12) aufweist und eine Dichtungsmembrane (37) besitzt, die bei Überschreitung des Druckschwellwertes gegen die Kraft eines einstellbaren Federelementes (39) von einem einen Eintrittsraum (45) randseitig begrenzenden Ventilsitz (43) abhebbar ist, der in einen von der Dichtungsmembrane (37) mitbegrenzten Ringraum (35) einmündet, der den Ausgang (34) aufweist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß im Vorschaltventil (11, 11′) ein bei Überdruck im Ringraum (35) in Richtung zum Eintrittsraum (45) hin öffnendes Rückschlagventil (49) ausgebildet ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Wand (46) zwischen dem Ringraum (35) und dem Eintrittsraum (45) Durchgangsbohrungen (47) ausgebildet sind, denen an der dem Ringraum (35) gegenüberliegenden Seite der Wand (46) in einem Vorraum (44) eine bevorzugt gummielastische Rückschlagsklappe (48) zugeordnet ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Raum (36) an der dem Ringraum (35) gegenüberliegenden Seite der Dichtungsmembrane (37) durch einen Durchbruch (41) mit der Umgebungsatmosphäre in Verbindung steht.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Bypass (50) der Verbindungsleitung (12) eine den Kurbelkastendruck bei hoher Motordrehzahl i.w.sperrende und bei Leerlaufdrehzahl zur Druckkammer (21) der Einspritzpumpe (10) i.w. durchlassende Drossel (52) vorgesehen ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß in der vom Kurbelkasten (7) abgeleiteten Verbindungsleitung (12) vor dem Eingang (33) des Vorschaltventils (11, 11′) eine den Kurbelkastendruck im hochtourigen Motordrehzahlbereich reduzierende Eingangsdrossel (53) angeordnet ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Ringraum (35) an der anderen Seite der Dichtungsmembrane (37) gegenüberliegende Raum (36) gegenüber der Atmosphäre verschlossen und über eine vor dem Eingang (33) des Vorschaltventils (11) von der Verbindungsleitung (12) abgezweigte zusätzliche Leitung (54) mit dem Mitteldruck des Kurbelkastens (7) beaufschlagt ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die abgezweigte und zum Raum (36) des Vorschaltventils (11) führende zusätzliche Leitung (54, 59) vor oder hinter der Eingangsdrossel (53) an der Verbindungsleitung (12) angeschlossen ist.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß in der zu dem Raum (36) und der Rückseite (38) der Dichtungsmembrane (37) des Vorschaltventils (11) führenden zusätzlichen Leitung (54) eine den Mitteldruck des Kurbelkastens (7) durchlassende Steuerdrossel (56) vorgesehen ist.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das selbsttätig steuernde Vortschaltventil (11′) in der Einspritzpumpe (10) integriert und mit dieser als eine einzige Baueinheit ausgebildet ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Membrane (22) der Einspritzpumpe (10) gleichfalls die Dichtungsmembrane des Vorschaltventils (11′) ist.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß im Boden (57) der ringförmigen Druckkammer (21) der Einspritzpumpe (10) der Ventilsitz (43), der Eintrittsraum (45), die Durchgangsbohrungen (47) des Rückschlagventils (49) und der drosselnde Bypass (50) des integrierten Vorschaltventils (11′) ausgebildet sind, daß der Vorraum (44) des Vorschaltventils (11′) mit der Rückschlagklappe (48) von einem den Eingang (33) für die vom Kurbelkasten (7) zugeführte Verbindungsleitung (12) aufweisenden und sich an den Boden (57) anschließenden Ventilgehäuse (58) begrenzt ist und daß die von der Verbindungsleitung (12) abgezweigte zusätzliche Leitung (54) für die Zuführung des Kurbelkastenmitteldrucks in die der Druckkammer (21) an der unteren Seite der Membrane (22) gegenüberliegende Kammer (23) der Einspritzpumpe (10) hineingeführt ist.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß dem den Raum (36) mit der Umgebungsatmosphäre verbindenden Durchbruch (41) eine Drossel (61) zugeordnet ist und daß in der vor dem Eingang (33) des Vorschaltventils (11) von der Verbindungsleitung (12) abgezweigten und zum Raum (36) geführten Leitung (59) ein bei im Kurbelkasten (7) auftretenden Unterdruck öffnendes und bei Überdruck schließendes Rückschlagventil (60) vorgesehen ist (Fig. 3).