DE3735711C2 - Zweitaktmotor mit pneumatisch betätigter Einspritzpumpe zum Antrieb eines Arbeitsgerätes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Zweitaktmotor zum Antrieb eines tragbaren, handgeführten Arbeitsgeräts wie eine Motorsäge oder dgl. nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Aus der DE-OS 35 21 772 ist eine von einem Zweitaktmotor mit pneumatisch betätigter Einspritzpumpe angetriebene Mo­ torsäge bekannt. Der pneumatische Antriebsraum der Ein­ spritzpumpe ist durch eine Membran in einen Impulsraum und einen Rückraum aufgeteilt. Der Impulsraum ist unmittelbar mit dem Kurbelgehäusedruck beaufschlagt, während der Rück­ raum mit der Atmosphäre in Verbindung steht. Der durch die Auf- und Abbewegung des Kolbens wechselnde Kurbelgehäuse­ druck bewegt die Membran auf und ab und damit einen an der Membran befestigten Pumpenkolben, der in einem Pumpenzylin­ der geführt ist und eine Pumpenkammer begrenzt. Der Pumpen­ kolben taucht in die Pumpenkammer ein und fördert Kraft­ stoff über ein als Rückschlagventil ausgebildetes Auslaß­ ventil; bei der anschließenden Rückbewegung des Pumpen­ kolbens schließt das Ansaugventil und ein in Richtung Pumpenkammer öffnendes, als Rückschlagventil ausgebildetes Ansaugventil läßt Kraftstoff für den nächsten Einspritzzyklus in die Pumpenkammer ein.

Derartige Einspritzpumpen sind am Zweitaktmotor selbst be­ festigt, um die Einspritzleitungen starr und möglichst kurz ausführen zu können, damit eine zeitgenaue Einspritzung ge­ währleistet ist.

Im Betrieb erwärmt sich der Zweitaktmotor, insbesondere im Zylinderbereich, aber auch am Kurbelgehäuse sehr stark. Alle Anbauteile an Zylinder und Kurbelgehäuse, also auch eine angeflanschte Einspritzpumpe, werden dadurch mit auf­ geheizt. In der heißen Einspritzpumpe erwärmt sich der durchgeleitete Kraftstoff und seine leichtsiedenden Be­ standteile neigen dadurch zum Ausdampfen; es entstehen Dampfblasen. Diese Dampfblasen stören die korrekte Kraft­ stoffzumessung, weil die Einspritzpumpe baubedingt nur de­ finierte Volumina fördern kann. Wird eine Dampfblase ange­ saugt und zum Einspritzventil weitergefördert, so fehlt dort die entsprechende Kraftstoffmenge. Große Dampfblasen führen zum Stillstand des Motors.

Für die ungestörte Funktion des Einspritzmotors muß daher die Einspritzpumpe thermisch isoliert werden, um eine übermäßige Erwärmung zu vermeiden. Isoliermaterial zwischen dem Verbrennungsmotor und der Einspritzpumpe beansprucht aber zuviel Bauraum.

Ferner führen die nicht unerheblichen Schwingungen des Zweitaktmotors zu Funktionsstörungen in der Einspritzpumpe, insbesondere an deren Rückschlagventilen.

Aus der US 3 525 373 ist es bekannt, die schwingungsverursachenden Komponenten einer Motorkettensäge den Verbrennungsmotor mittels Dämpfungselementen von den übrigen Komponenten zu isolieren. Der Brennraum des Motors wird dabei über einen Vergaser mit Kraftstoff versorgt, welcher über ein Venturi-Rohr zugeführt wird. Die Kraftstofförderung ist unterdruckabhängig, so daß Vibrationen und Dampfblasen nur eine untergeordnete Bedeutung haben. Die bei einer Einspritzpumpe auftretenden Probleme liegen bei einem Vergaser nicht vor.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Störanfällig­ keit einer an einem Zweitaktmotor in einem Arbeitsgerät an­ geordneten pneumatischen Einspritzpumpe in bezug auf Dampf­ blasenbildung und Schwingungen zu senken.

Diese Aufgabe wird gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Die vom Motor getrennte Anordnung der Einspritzpumpe im schwingungsgedämpften Griffgehäuse des Arbeitsgerätes hält weitgehend die Motorschwingungen von der Einspritzpumpe fern. Darüberhinaus ist gewährleistet, daß aufgrund der ge­ trennten Anordnung vom Zweitaktmotor im Griffgehäuse ein Wärmeübergang vom Zweitaktmotor auf die Einspritzpumpe un­ terbunden ist. Dampfblasenbildung ist somit weitgehend aus­ geschlossen. Diese Maßnahmen erhöhen deutlich die Funk­ tionssicherheit der pneumatischen Einspritzpumpe.

Die Einspritzpumpe im schwingungsgedämpften Griffgehäuse steht der Forderung nach starren, kurzen Einspritzleitungen entgegen. Bei direkter Kraftstoffeinspritzung muß der Verzug zwischen Kraftstofförderung durch die Einspritzpumpe und Einspritzung des Kraftstoffes in den Brennraum klein gehalten werden. Dies gelingt nur mit kurzen, drucksteifen Einspritzleitungen. Es hat sich jedoch überraschend heraus­ gestellt, daß selbst bei Zweitaktmotoren mit direkter Ein­ spritzung derart flexible - aber dennoch formstabile - Ein­ spritzleitungen zugelassen werden können, die eine Schwin­ gungsabkopplung der Einspritzpumpe vom Zweitaktmotor erlau­ ben, womit die Anordnung der Einspritzpumpe im schwingungs­ gedämpften Griffgehäuse möglich ist. Mit formstabilen, schwingungsdämpfenden Einspritzleitungen ist die zeitgenaue Einspritzung auch direkt in den Brennraum des Zweitaktmo­ tors weiterhin gewährleistet.

In Weiterbildung der Erfindung ist ein Ansaugrohrabschnitt in das Gehäuse der Einspritzpumpe integriert, wodurch die angesaugte kalte Verbrennungsluft eine Kühlung des Ein­ spritzpumpengehäuses bewirkt, was eine Dampfblasenbildung auch unter ungünstigen äußeren Betriebsbedingungen aus­ schließt. Vorzugsweise liegt hierzu der Ansaugrohrabschnitt benachbart zur Pumpenkammer der Einspritzpumpe.

Der im Gehäuse der Einspritzpumpe integrierte Ansaugrohrab­ schnitt ist vorzugsweise der Drosselklappenstutzen, so daß die Drosselklappenwelle im Gehäuse der Einspritzpumpe dreh­ bar gelagert werden kann. Es ergibt sich so die Möglich­ keit, die Einspritzpumpe anstelle des Vergasers im Griffge­ häuse anzuordnen, ohne daß sich Platzschwierigkeiten erge­ ben. Zweckmäßig wird zur Platzeinsparung eine Kraftstoff­ vorförderpumpe im Gehäuse der Einspritzpumpe integriert, die ebenfalls vom wechselnden Kurbelgehäusedruck angetrie­ ben ist.

Vorzugsweise ist die Einspritzpumpe benachbart zum hinteren Griff des Griffgehäuses angeordnet, so daß das Gasgestänge kurz gehalten werden kann. Ferner sind so an der Einspritz­ pumpe vorgesehene Verstell- und Einstelleinrichtungen leicht erreichbar; zweckmäßig sind im Griffgehäuse Ausspa­ rungen zum Erreichen der Verstell- und Einstelleinrichtun­ gen vorgesehen.

Als Einspritzleitung hat sich eine Leitung aus einem form­ stabilen, aber weichen Kunststoff auf Polyamidbasis als vorteilhaft herausgestellt. Es konnte nicht erwartet wer­ den, daß bei einer Direkteinspritzung in den Brennraum eines Zweitaktmotors ein formstabiler, aber weicher Kunst­ stoff den Druckbeanspruchungen derart widersteht, daß eine weitgehend zeitgenaue Einspritzung ohne Aufweiten der Ein­ spritzleitung und dadurch zu starke Pufferwirkung möglich ist. Die Einspritzleitung selbst wird enstprechend den äußeren Bedingungen wie Geschwindigkeit des Pumpenkolbens, Einspritzdruck und Form der Einspritzdüse in Leitungslänge, Leitungsdurchmesser und Leitungssteifigkeit abgestimmt.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weite­ ren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, wel­ ches im folgenden im einzelnen erläutert ist. Es zeigen

Fig. 1 einen Schnitt durch ein schematisch dargestell­ tes Arbeitsgerät wie eine Motorkettensäge,

Fig. 2 eine Seitenansicht einer im Griffgehäuse des Arbeitsgerätes nach Fig. 1 angeordneten Ein­ spritzpumpe,

Fig. 3 einen Schnitt durch die Einspritzpumpe gemäß Fig. 2 längs der Linie A-A.

Das schematisch dargestellte Arbeitsgerät ist eine Motorsä­ ge, bestehend aus einem Zweitaktmotor 1 und einem damit verbundenen, nicht dargestellten Sägeschwert sowie einem Griffgehäuse 2 mit Griffen zum Tragen und Führen der Motor­ säge. Der Motor 1 ist von einem nicht dargestellten Gehäuse der Kettensäge abgedeckt.

Das Griffgehäuse 2 ist über Vibrationsdämpfer 3 schwin­ gungsarm mit dem Zweitaktmotor 1 bzw. dessen Gehäuse ver­ bunden; im Griffgehäuse 2 ist ein Kraftstofftank 4 ausge­ bildet, an den der hintere Griff 7 der Motorkettensäge an­ schließt. Geodätisch oberhalb des Kraftstofftanks benach­ bart zum hinteren Griff 7 ist ein im wesentlichen allseitig geschlossenes Griffgehäuseteil 6 vorgesehen, in dem eine Kraftstoffeinspritzpumpe 5 angeordnet ist.

Die Einspritzpumpe 5 (Fig. 2, 3) weist im wesentlichen einen Gehäuseblock 20 auf, in den der pneumatische An­ triebsraum 29 der Einspritzpumpe 5, ein Pumpenzylinder 26, ein Pumpenkolben 25, eine Pumpenkammer 24, ein zur Pumpen­ kammer öffnendes, als Rückschlagventil ausgebildetes An­ saugventil 27, ein von der Pumpenkammer 24 in Strömungs­ richtung zu einer Einspritzleitung 10 öffnendes, als Rück­ schlagventil ausgebildetes Auslaßventil 28 sowie eine Kraftstoffvorförderpumpe 33 integriert sind. Ferner ist - wie aus Fig. 3 ersichtlich - im Gehäuse 20 der Einspritz­ pumpe 5 ein Drosselklappenstutzen 34 des Ansaugkanals aus­ gebildet; die darin angeordnete Drosselklappe 35 ist mit­ tels einer Welle 36 im Gehäuse der Einspritzpumpe 5 gela­ gert. Die an der Drehwelle 36 angreifende Stellvorrichtung 37 zum Verstellen der Drosselklappe 35 ist seitlich am Ge­ häuse der Einspritzpumpe vorgesehen (Fig. 2). Der Drossel­ klappenstutzen 34 steht lotrecht zur Schnittebene A-A in Fig. 2 und ist in seinen beiden Enden offen.

Der pneumatische Antriebsraum 29 der Einspritzpumpe 5 ist durch eine Membran 22 in einen Impulsraum 21 und einen Rückraum 23 geteilt. Über eine flexible Impulsleitung 12 ist der Impulsraum 21 mit dem Kurbelgehäuse 13 des Zwei­ taktmotors 1 verbunden. Die im Kurbelgehäuse 13 bei der Auf- und Abbewegung des Kolbens 19 entstehenden Druckwech­ sel wirken auf die Membran 22; bei Druckanstieg wird der Pumpenkolben 25 in den Pumpenzylinder 26 bewegt, so daß in der Pumpenkammer 24 befindlicher Kraftstoff über das öff­ nende Auslaßventil 28 in die Einspritzleitung 10 abgegeben und über das Einspritzventil 14 in den Brennraum 18 des Zweitaktmotors 1 eingespritzt wird. Bei Druckabfall wird die Membran 22 unter Wirkung einer im Rückraum 23 angeord­ neten Blattfeder 30 zurückgestellt, wobei das Ansaugventil 27 öffnet und Kraftstoff in die Pumpenkammer 24 nachfließt.

Das Ansaugventil 27 ist in der im Gehäuse 20 der Einspritz­ pumpe 5 integrierten, nicht näher dargestellten Drucklei­ tung 40 der ebenfalls vom wechselnden Kurbelgehäusedruck angetriebenen Kraftstoffvorförderpumpe 33 angeordnet, die im Gehäuse 20 der Einspritzpumpe 5 integriert ist. Die Kraftstoffvorförderpumpe 33 besteht im wesentlichen aus einer Kammer, die durch eine Membran in einen Förderraum 38 und einen Druckraum 39 aufgeteilt ist. Der Förderraum 38 ist über ein nicht dargestelltes Rückschlagventil mit der Saugleitung 15 zum Tank 4 verbunden, während der Druckraum über die Impulsleitung 12 mit dem wechselnden Kurbelgehäu­ sedruck beaufschlagt ist. Die Zu- und Abführungen der Kraftstoffvorförderpumpe sind vorzugsweise im Gehäuse 20 der Einspritzpumpe integriert.

Die Kraftstoffvorförderpumpe 33 saugt im Betrieb Kraftstoff über die Saugleitung 15 und den Saugschnorchel 16 aus dem Kraftstofftank 4 an und fördert ihn bis zum Ansaugventil 27. Über eine mit Drossel oder Druckhalteventil 42 versehe­ ne Rücklaufleitung 41 wird der Vordruck in der Druckleitung 40 so eingestellt, daß das Ansaugventil 27 gerade nicht öffnet und der geförderte Kraftstoff über die Rücklauflei­ tung 41 in den Tank zurückgepumpt wird. Erst beim Saughub des Pumpenkolbens 25 öffnet das Ansaugventil 27 aufgrund des entstehenden Unterdrucks in der Pumpenkammer 24 und der unter Vordruck stehende Kraftstoff strömt in die Pumpenkam­ mer ein. Die Rücklaufleitung 41 ist mit einem Rücklaufan­ schluß 43 der Einspritzpumpe 5 verbunden.

Die genaue Funktionsweise der Einspritzpumpe ist im ein­ zelnen in der DE-OS 35 21 772 beschrieben.

Die Blattfeder 30 ist an ihren Fußpunkten in Lagerwinkeln 31a, 31b gehalten, so daß sie sich nicht in das vorzugs­ weise aus Aluminium oder Kunststoff bestehende Gehäuse der Einspritzpumpe 5 einarbeiten kann. Der Lagerwinkel 31a ist zur Einstellung der Federvorspannung durch eine Einstell­ schraube 32 in Längsrichtung der Blattfeder 30 im Gehäuse der Einspritzpumpe 5 verschiebbar. Dies gewährleistet eine einfache und genaue Anpassung der Fördermenge der Ein­ spritzpumpe an den anstehenden Kurbelgehäusedruck.

Die im allseitig geschlossenen Gehäuseteil 6 angeordnete Einspritzpumpe 5 ist über flexible Anschlußleitungen mit dem Zweitaktmotor 1 verbunden, wobei die Anschlußleitungen durch entsprechend ausgebildete, vorzugsweise abgedichtete Durchführungen in der Wandung des Gehäuseteiles 6 geführt sind.

So weist die gemeinsame Wand zwischen Gehäuseteil 6 und dem Kraftstofftank 4 zwei Durchführungen 45 und 46 auf, durch die die Saugleitung 13 und die Rücklaufleitung 41 flüssig­ keitsdicht hindurchgeführt sind.

Die die Einspritzpumpe 5 zum Zweitaktmotor 1 abschottende Wand des Gehäuseteiles 6 weist eine Durchführung 47 für die flexible Impulsleitung 12, eine Durchführung 48 für die flexible Ansaugrohrverbindung (Ansaugkrümmer) zwischen Drosselklappenstutzen 34 und Zweitaktmotor 1 und eine Durchführung 49 für die aus formstabilem Kunststoff beste­ hende flexible Einspritzleitung 10 auf.

Da alle Anschlüsse zwischen Einspritzpumpe 5 und Zweitakt­ motor 1 flexibel sind, werden über die Anschlüsse kaum Schwingungen des Zweitaktmotors auf die Einspritzpumpe übertragen. Die Gehäusewand und der Luftspalt zwischen Einspritzpumpe und Zweitaktmotor dient darüberhinaus der Wärmeisolation. Das offene Ende des Drosselklappenstutzens 34 ist als Ansaugtrichter ausgebildet und liegt einer An­ saugöffnung 8 im Griffgehäuseteil 6 gegenüber. Vorzugsweise ist diese Ansaugöffnung als Gitter zum Abhalten grober Schmutzteilchen ausgeführt. Im Betrieb des Zweitaktmotors wird die Drosselklappe 35 mittels eines am Griff 7 angeord­ neten Gashebels verstellt und die Drosselklappe geöffnet. Über die im Gehäuseteil 6 vorgesehene Ansaugöffnung 8 strömt Ansaugluft 9 in den Drosselklappenstutzen und damit in das Gehäuse 20 der Einspritzpumpe 5 ein und kühlt dabei das Gehäuse 20. Vorzugsweise liegt der Drosselklappenstut­ zen benachbart zur Pumpenkammer 24, so daß diese gezielt von der Ansaugluft 9 gekühlt ist. Nach Austritt aus dem Gehäuse 20 wird die Ansaugluft 9 über die Ansaugkanalver­ bindung 11 (Ansaugkrümmer) in das Kurbelgehäuse des Zwei­ taktmotors und dessen Überströmkanäle eingeleitet. Durch den wechselnden Kurbelgehäusedruck, der sowohl die Kraft­ stoffvorförderpumpe 33 als auch die Einspritzpumpe 5 selbst antreibt, wird Kraftstoff über die Einspritzleitung 10 und das Einspritzventil 14 in den Brennraum oder auch in den Ansaugkanal eingespritzt. Die Abgase einer Verbrennung werden aus dem Zylinder über den Auspuff 17 abgeleitet.

Claims (10)

1. Zweitaktmotor (1) zum Antrieb eines tragbaren, handgesteuerten Arbeitsgeräts wie Motorsäge oder dgl., mit einer pneumatisch angetriebenen Einspritzpumpe (5) zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum des Zylinders und einem Ansaugrohr (11, 34) für die Verbrennungsluft sowie einem schwingungsarm gelagerten Griffgehäuse (2) zum Tragen und Führen des Arbeitsgerätes, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzpumpe (5) ge­ trennt vom Zweitaktmotor (1) im Griffgehäuse (2) ange­ ordnet ist und über nachgiebige Anschlüsse mit dem Zweitaktmotor (1) in Verbindung steht, wobei die Einspritzleitung (10) von der Einspritzpumpe (5) zum Zweitaktmotor (1) aus einer weichen, formsteifen und temperaturbeständigen Kunststoffleitung besteht.

2. Zweitaktmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ansaugrohrabschnitt (34) im Gehäuse der Einspritzpumpe (5) integriert ist.

3. Zweitaktmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansaugrohrabschnitt (34) benachbart zur Pumpenkammer (24) der Einspritzpumpe (5) liegt.

4. Zweitaktmotor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansaugrohrabschnitt der Drosselklappenstutzen (34) ist, dessen Drosselklappen­ welle (36) im Gehäuse (20) der Einspritzpumpe (5) dreh­ bar gelagert ist.

5. Zweitaktmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (20) der Ein­ spritzpumpe (5) eine pneumatisch angetriebene Kraft­ stoffvorförderpumpe (33) integriert ist.

6. Zweitaktmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzpumpe (5) nahe dem im Griffgehäuse (2) angeordneten Kraftstofftank (4) angeordnet ist.

7. Zweitaktmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzpumpe (5) be­ nachbart zum hinteren Griff (7) des Griffgehäuses (2) angeordnet ist.

8. Zweitaktmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Einspritzpumpe (5) über eine flexible Impulsleitung (12) der Kurbelgehäusedruck zugeführt ist.

9. Zweitaktmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff ein Kunststoff auf Polyamidbasis ist.

10. Zweitaktmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansaugrohrverbindung (11) zwischen dem Drosselklappenstutzen (34) und dem Zweitaktmotor (1) flexibel ist.