DE3817404C2 - Membrankraftstoffpumpe für einen mit einem Membranvergaser ausgerüsteten Verbrennungsmotor einer Motorkettensäge - Google Patents
Membrankraftstoffpumpe für einen mit einem Membranvergaser ausgerüsteten Verbrennungsmotor einer MotorkettensägeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Membrankraftstoffpumpe für
einen mit einem Membranvergaser ausgerüsteten Verbrennungs
motor eines Arbeitsgerätes, insbesondere eines handgeführ
ten Arbeitsgerätes wie Motorkettensäge oder dgl. nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine derartige, aus der EP 0 236 858 A2 bekannte Membran
kraftstoffpumpe ist als Impulspumpe vom wechselnden Kurbel
gehäuseinnendruck angetrieben und zum Beispiel bei Verbren
nungsmotoren von Motorkettensägen ausgeführt. Bei Unter
druck im Kurbelgehäuse wölbt sich die Membran der Kraft
stoffpumpe im Sinne einer Volumenverkleinerung des An
triebsraumes und entsprechender Volumenvergrößerung des
Pumpenraumes, wodurch Kraftstoff über das erste Rückschlag
ventil in den Pumpenraum angesaugt wird. Bei folgendem
Überdruck wird die Membran im Sinne einer Volumenvergröße
rung des Antriebsraumes und entsprechender Volumenverklei
nerung des Pumpenraums ausgelenkt, wodurch Kraftstoff über
das zweite Rückschlagventil auf der Druckseite der Pumpe
zum Membranvergaser gefördert wird.
Da der Kurbelgehäuseinnendruck etwa zwischen -0,2 und 0,6
bar stark drehzahlabhängig schwankt, ist auch der Förder
druck auf der Druckseite der Membrankraftstoffpumpe
(Impulspumpe) schwankend, weshalb vor Eintritt in den Ver
gaser ein Druckregler vorgesehen ist, der starke Druck
schwankungen ausgleichen soll. Vom Regelraum des Druck
reglers führt ein Hauptdüsenkanal über eine Hauptdüse und
ein Rückschlagventil in den Ansaugkanal des Motors; ferner
führt ein Leerlaufdüsenkanal Kraftstoff vom Regelraum über
eine Leerlaufdüse in den Ansaugkanal.
Um in bestimmten Betriebs fällen eventuelle Störeinflüsse
des Druckreglers zu eliminieren, ist zur Schaffung eines
Nebensystems der Leerlaufdüsenkanal unter Umgehung des
Regelraumes mit der Druckseite der Kraftstoffpumpe verbun
den; in der Verbindungsleitung ist ein in Abhängigkeit vom
Druck im Regelraum schaltbares Sperrventil vorgesehen.
Im Leerlauf muß sich im Regelraum leichter Unterdruck aus
bilden können, um das Rückschlagventil der Hauptdüse ge
schlossen zu halten und so eine Kraftstoffzufuhr in den
Venturi-Abschnitt des Ansaugkanals ausschließlich über den
Leerlaufdüsenkanal zu erzielen.
In der Praxis hat sich gezeigt, daß bei auf das Regelsystem
wirkenden äußeren Beschleunigungen im Leerlauf der Druck
regler die starken Druckschwankungen der Kraftstoffpumpe
nicht so weit ausgleichen kann, daß sich der zum sicheren
Schließen des Rückschlagventils der Hauptdüse erforderliche
Unterdruck im Regelraum einstellt. Wird auf das Nebensystem
umgeschaltet, wirken die Druckschwankungen der Kraftstoff
pumpe unmittelbar auf das Leerlaufsystem und den Regelraum.
Daher treten auch im Leerlauf positive Drücke im Regelraum
auf, wodurch Kraftstoff an der Hauptdüse austritt (Haupt
düsentropfen) und das angesaugte Gemisch stark überfettet.
Der Motor geht aus.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem von
einer Membrankraftstoffpumpe gespeisten Membranvergaser
starke Druckschwankungen im Regelraum zu unterbinden, um
das Hauptdüsentropfen im Leerlauf zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird nach den kennzeichnenden Merkmalen des
Anspruchs 1 gelöst. Bei niedriger Drehzahl (Leerlaufdreh
zahl) fließt über den Bypass ein derart hoher Volumenstrom
an Kraftstoff zurück zur Saugseite (z. B. auch direkt in den
Kraftstoffbehälter), daß der Kraftstoffdruck am Eingang des
Druckreglers deutlich abgesenkt und vergleichmäßigt ist. Es
wird ein etwa um den Faktor 10 geringerer Pumpendruck er
halten als ohne Bypass. Bei niedriger Drehzahl auftretende
Druckspitzen werden ferner über den Bypass sicher abgebaut.
Die Folge ist, daß im Leerlauf und bei niedriger Drehzahl
im leerlaufnahen Bereich der Druckregler aufgrund des
gedämpften Eingangssignals eine bessere Regelgüte erreicht;
im Reglerraum stellt sich der erforderliche Unterdruck ein,
der ein sicheres Schließen des Rückschlagventils der Haupt
düse gewährleistet. Ein Hauptdüsentropfen im Leerlauf und
daraus resultierende Gemischüberfettung ist sicher vermie
den.
Bei ansteigender Drehzahl wirkt die Drossel immer stärker
und vermindert den Volumenstrom durch den Bypass. Druck
spitzen hingegen können über den Bypass weiter abgebaut
werden, so daß bei ansteigender Drehzahl bis zur Höchst
drehzahl ein weitgehend konstanter Kraftstoffdruck am
Eingang zum Druckregler ansteht. Der erzielte weitgehend
konstante Pumpendruck über einen großen Drehzahlbereich
stellt sicher, daß eine einmal vorgenommene Besteinstellung
des Vergasers zum Beispiel bei 8000 U/min über den gesamten
Drehzahlbereich weitgehend beibehalten wird. Die Bestein
stellung kann allein nach dem Venturi des Vergasers und den
Einstelldrosseln erfolgen; ein stark schwankender Kraft
stoffdruck beeinflußt die Einstellung nicht mehr. Neben
einem konstruktiv beeinflußbaren günstigeren Kraftstoff
verbrauch ergibt sich damit auch ein über der Drehzahl
weitgehend optimal eingestelltes Gemisch, was eine gute
Verbrennung sicherstellt. Die Abgasemission ist daher
verbessert.
In Weiterbildung der Erfindung ist die Drossel einstellbar
ausgebildet, vorzugsweise derart, daß die Drossel in Ab
hängigkeit der Strömungsgeschwindigkeit höhere Drosselwerte
einnimmt. Mit dieser Ausbildung kann insbesondere eine
Pumpe mit hohem Förderdruck im Leerlauf bzw. im leerlauf
nahen Drehzahlbereich der Förderdruck deutlich abgesenkt
werden, was durch einen entsprechend groß dimensionierten
Bypass möglich ist; bei Vollast ist dennoch eine umfassende
Ausnutzung des gesamten Fördervolumens bzw. bei hohem För
derdruck aufgrund der sich volumenstromproportional
einstellenden größeren Drosselwerte möglich. Mit einer
variablen Drossel kann ferner - unabhängig von einer
stetigen oder einer sprunghaften Änderung der Drosselwerte
- auf einfache Weise der Pumpenförderdruck bzw. das
Fördervolumen an eine vorgegebene Kurve über der Drehzahl
angepaßt werden.
In einfacher Weise ist eine variable Drosselaals zwischen
einen Zulauf und einen Ablauf ragende Drosselzunge ausge
bildet, die vorzugsweise ein Teil eines Membrantuches ist,
in dem ferner die Pumpenrückschlagventile und die Pumpen
membran ausgebildet sind.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den
weiteren Ansprüchen und den in den Zeichnungen darge
stellten, nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen
der Erfindung. Es zeigen
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Membran
kraftstoffpumpe mit angeschlossenem Membran
vergaser in Vollaststellung gemäß einem nicht
vorveröffentlichten Stand der Technik,
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Membranver
gasers nach Fig. 1 in Leerlaufstellung,
Fig. 3 eine schematische Darstellung der erfindungs
gemäßen Membrankraftstoffpumpe mit Bypass und
angeschlossenem Membranvergaser in Vollast
stellung,
Fig. 4 eine schematische Darstellung der erfindungs
gemäßen Membrankraftstoffpumpe mit im Bypass
angeordneter variabler Drossel,
Fig. 4a eine Draufsicht auf die variable Drossel,
Fig. 5 eine Draufsicht auf ein bekanntes Membrantuch
für eine Kraftstoffpumpe nach Fig. 1,
Fig. 6 eine Draufsicht auf ein Membrantuch nach Fig. 5
mit integrierter variabler Drossel nach Fig. 4a.
Der in den Fig. 1 und 2 gezeigte, bekannte Membranvergaser
29 ist insbesondere für Verbrennungsmotoren von handge
führten Arbeitsgeräten wie Motorkettensägen oder dgl. vor
gesehen. Er wird über einen Druckregler 15 von einer Mem
brankraftstoffpumpe 5 gespeist, die Kraftstoff aus einem
nicht gezeigten Kraftstofftank ansaugt und an den Druck
regler 15 fördert. Von der Zuleitung 2 des Kraftstofftanks
fließt der Kraftstoff zunächst in einen Ausgleichsraum 3
und von dort über ein als Klappenventil ausgebildetes
Rückschlagventil 4 in den Pumpenraum 7 der Kraftstoffpumpe
5. Der Pumpenraum 7 ist über eine Membran 6 vom Antriebs
raum 8 der Kraftstoffpumpe 5 getrennt. Der Antriebsraum 8
steht mit dem Kurbelgehäuse 9 eines Verbrennungsmotors 1,
insbesondere Zweitaktmotors in Verbindung und ist so vom
wechselnden Kurbelgehäuseinnendruck beaufschlagt.
Steht im Antriebsraum 8 Unterdruck an, wölbt sich die
Membran 6 in der dargestellten Weise, wodurch das Volumen
des Antriebsraums 8 verkleinert und das Volumen des Pum
penraums 7 vergrößert wird; über das nun offene Klappen
ventil 4 wird Kraftstoff in den Pumpenraum 7 angesaugt.
Wechselt der Kurbelgehäuseinnendruck zu positiven Druck
werten, wird die Membran 6 im Sinne einer Volumenver
kleinerung des Pumpenraums 7 ausgelenkt und der im Pum
penraum befindliche Kraftstoff druckbeaufschlagt. Das
Klappenventil 4 schließt und ein auf der Druckseite der
Pumpe 5 angeordnetes Rückschlagventil 11, das ebenfalls als
Klappenventil ausgebildet ist, öffnet. Der Kraftstoff wird
über ein Feinfilter 12 in die Druckleitung zum Druckregler
15 gefördert.
Der Druckregler 15 besteht im wesentlichen aus einem Re
gelraum 18, der mittels einer Regelmembran 16 von einem
atmosphärischen Druck aufweisenden Raum 17 getrennt ist. Im
Zentrum der Regelmembran 16 liegt ein Ende das Reglerhebels
14 an, dessen anderes Ende ein Zulaufventil 13 steuert. Der
Reglerhebel 14 ist im Sinne eines Schließens des Zulauf
ventils 13 federbelastet, so daß der Einlaß zum Regelraum
18 zunächst geschlossen ist.
Vom Regelraum 18 führt ein Hauptdüsenkanal 20 über eine
Hauptdüse 22 in den Ansaugstutzen 25 des Verbrennungsmotors
1. Der Öffnungsquerschnitt der Hauptdüse 22 ist mittels
einer Regelschraube 21 einstellbar. An der Mündung des
Hauptdüsenkanals in den Ansaugstutzen 25 ist ein in den
Ansaugstutzen öffnendes Rückschlagventil 23 vorgesehen. Die
Mündung des Hauptdüsenkanals liegt im Ansaugstutzen zwi
schen einer Starterklappe 24 und einer Drosselklappe 26,
mit denen der Durchtrittsquerschnitt des Ansaugkanals 25
beeinflussbar ist.
Ferner führt vom Regelraum 18 ein Leerlaufdüsenkanal 32
über eine Leerlaufdüse 31 zum Ansaugkanal 25. Auch der
Öffnungsquerschnitt der Leerlaufdüse ist mittels einer
Regelschraube 30 einstellbar. Der Leerlaufdüsenkanal mündet
über einen Austrittskanal 27 in Strömungsrichtung hinter
der Drosselklappe 26 in den Ansaugkanal 25; ferner zweigt
vom Leerlaufdüsenkanal ein Bypass-Kanal 28 ab, der in
Strömungsrichtung vor der Drosselklappe 26 in den Ansaug
kanal mündet.
In Vollaststellung, also bei voll geöffnetem Ansaugkanal
25, wird Kraftstoff sowohl über den Hauptdüsenkanal 20
(Pfeil 19) wie über den Leerlaufdüsenkanal 32 in den
Venturi-Abschnitt des Ansaugkanals 25 angesaugt. Der dabei
entstehende Unterdruck im Regelraum 18 führt zu einer Verlagerung
der Regelmembran 16, wodurch der Reglerhebel 14
betätigt wird, das Zulaufventil 13 öffnet und unter Druck
stehender Kraftstoff nachfließt.
In der in Fig. 2 dargestellten Leerlaufstellung des Mem
branvergasers ist die Drosselklappe 26 geschlossen. Kraft
stoff sollte nun ausschließlich über den Leerlaufdüsenkanal
32 und den Austrittskanal 27 in den Ansaugkanal 25 in
Strömungsrichtung hinter der Drosselklappe 26 eintreten
(Pfeil 33). Aufgrund der im Regelraum 18 auftretenden
Druckschwankungen, die durch den stark schwankenden Kraft
stoffdruck am Zulaufventil 13 bedingt sind, schließt das
Rückschlagventil 23 des Hauptdüsenkanals 20 unvollständig;
es kommt zum Hauptdüsentropfen mit Überfettung des Leer
laufgemischs. Der Motor kommt aufgrund des nicht mehr zünd
fähigen Gemisches zum Stillstand.
Die in Fig. 3 dargestellte erfindungsgemäße Ausbildung
zeigt einen Bypass 35, in dem eine Drossel 36 vorgesehen
ist. Der Bypass verbindet die Druckseite der Pumpe 5 nach
dem Klappenventil 10 und vorzugsweise dem Feinfilter 11 mit
dessen Saugseite vor dem Klappenventil 4. Der Bypass ist
als Pumpenkurzschluß vorgesehen; ein Teil der Pumpen
fördermenge wird von der Druckleitung 12 abgezogen und
- auf der Saugseite z. B. in den Kraftstofftank wieder
eingespeist - im Kreis gepumpt. Bei entsprechender Aus
legung der Drossel 36 wird bei niedriger Drehzahl (Leer
lauf) ein großer Fördervolumenanteil über den Bypass 35
umgepumpt, so daß am Zulaufventil 13 nur ein kleines För
dervolumen mit niedrigem Druck zufließt. Die Pumpenleistung
ist deutlich reduziert. Da über den Bypass erfindungsgemäß
auch Druckspitzen abgebaut werden, ist das reduzierte
Fördervolumen weitgehend frei von Druckspitzen. Dadurch
kann der Regler 15 im Leerlauf (Fig. 2) im Regelraum 18
einen Unterdruck einstellen, der weitgehend schwankungsfrei
ist und somit ein sicheres Schließen des Rückschlagventils
23 des Hauptdüsenkanals gewährleistet. Hauptdüsentropfen
und damit eine Überfettung des Leerlaufgemischs ist ver
mieden.
Bei steigender und höchster Drehzahl setzt die Wirkung der
Drossel 36 ein. Es wird kein nennenswerter Anteil des
Fördervolumens mehr umgepumpt, so daß weitgehend das ge
samte Fördervolumen am Zulaufventil 13 zur Deckung des
Kraftstoffbedarfs bei Vollast zur Verfügung steht (Fig. 3).
Der Bypass gewährleistet aber weiterhin den Abbau von
Druckspitzen auf der Druckseite der Pumpe, so daß auch im
Regelraum 18 der sich einstellende Regeldruck weitgehend
frei von Druckschwankungen ist.
Aufgrund der Dimensionierung des Bypass wird ferner ein
über der Drehzahl etwa konstanter Pumpendruck erhalten, was
sich bei der Kraftstoffzumessung über den gesamten Dreh
zahlbereich positiv auswirkt. Eine einmal vorgenommene
Besteinstellung des Vergasers bei zum Beispiel 8000 U/min
wird auch bei kleineren Drehzahlen weitgehend eingehalten,
da sich der Pumpendruck nicht ändert. Eine pumpenabhängige
Überfettung oder Abmagerung des Gemisches in unter schied
lichen Drehzahlbereichen - wie sie bei bekannten Vergasern
hingenommen werden muß - tritt nicht mehr auf.
In Weiterbildung der Erfindung nach Fig. 4 ist d vorgesehen,
die Drossel 36 des Bypass variabel zu gestalten. Der Aufbau
der in Fig. 4 gezeigten Kraftstoffpumpe entspricht etwa dem
in Fig. 3; lediglich die Drossel 36 liegt nunmehr in der
Ebene eines Membrantuches 45, in dem auch die Klappen
ventile 4, 10, die Membran des Ausgleichsraums 3 und die
Pumpenmembran 6 ausgebildet sind. Der Bypass weist einen
Drosselraum 37 auf, der über den Kanalabschnitt 35b mit der
Druckseite der Pumpe 5 und über den Kanalabschnitt 35a mit
deren Saugseite verbunden ist. In den Drosselraum 37 ragt
eine flexible Drosselzunge 40, in der eine Drosselblende 41
vorgesehen ist. Die Blende 41 liegt in Strömungsrichtung
etwa mittig im Kanalquerschnitt des Bypass 35a, 35b. Das
freie Ende 42 der Zunge 40 ragt frei in den Drosselraum 37
hinein und wird vom Kraftstoff in Pfeilrichtung 39 um
flossen.
Im Leerlauf und leerlaufnahen Drehzahlbereich wird über den
Bypass 35a, 35b ein erhebliches Kraftstoffvolumen lediglich
umgepumpt, so daß die in die Druckleitung 12 eingespeiste
Fördermenge der Pumpe nur sehr gering ist und niedrigen
Druck aufweist. Im Drosselraum fließt das umgepumpte Kraft
stoffvolumen in Pfeilrichtung 39 durch den Drosselspalt um
das freie Ende 42 der Drosselzunge 40 sowie durch deren
Blende 41.
Steigt die Drehzahl des Motors 1 an, und damit die Strö
mungsgeschwindigkeit des geförderten Kraftstoffs, wird
dieser bei Durchtritt durch den Drosselspalt die Drossel
zunge 40 mitnehmen bis diese am Boden 38 des Drosselraums
37 dichtend zur Anlage gelangt. Nunmehr bestimmt aus
schließlich die Drosselblende 41 das Verhalten des Bypass;
das durch den Bypass umgepumpte Kraftstoffvolumen ist nun
deutlich kleiner, so daß das in die Druckleitung geförderte
Kraftstoffvolumen deutlich ansteigt. Bei hoher und höchster
Drehzahl behindert die Drosselblende den Kraftstofffluß
durch den Bypass derart, daß das maximal mögliche Förder
volumen der Pumpe zur Speisung der Druckleitung voll aus
geschöpft wird.
Da - unabhängig von der Drehzahl - der Bypass immer zum
Abbau von Druckspitzen offen ist, ist der Kraftstoffdruck
in der Druckleitung zum Zulaufventil 13 des Druckreglers 15
vergleichmäßigt. Bei hohen und höchsten Drehzahlen stellt
sich ein weitgehend konstanter Kraftstoffdruck ein.
In einfacher Ausgestaltung der Erfindung wird die die Drossel
36 bildende Drosselzunge 40 im Membrantuch 45 vorgese
hen (Fig. 6), in dem bereits die Klappenventile 4, 10, die
Membran des Ausgleichsraums und die Membran 6 der Kraft
stoffpumpe vorgesehen sind. Wie aus Fig. 1, 3 und insbe
sondere Fig. 4 ersichtlich, liegt das Membrantuch 45 in
einer Teilungsebene der Kraftstoffpumpe 5.
Claims (8)
1. Membrankraftstoffpumpe für einen mit einem Membran
vergaser (29) ausgerüsteten Verbrennungsmotor (1) eines
Arbeitsgerätes, insbesondere handgeführten Arbeits
gerätes, wie Motorkettensäge oder dgl., wobei die
Membranpumpe (5) einen vom Kurbelgehäuseinnendruck des
Verbrennungsmotors (1) beaufschlagten Antriebsraum (8)
und einen mit einer Membran (6) vom Antriebsraum (8)
getrennten Pumpenraum (7) aufweist, der auf seiner
Saugseite über ein erstes Rückschlagventil (4) mit
einem Kraftstoffbehälter und auf seiner Druckseite über
ein zweites Rückschlagventil (10) mit einem Druckregler
(15) des Membranvergasers (29) verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Druckseite der Membran
pumpe (5) über einen Bypass (35) mit ihrer Saugseite
verbunden und im Bypass eine Drossel (36) angeordnet
ist.
2. Kraftstoffpumpe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Bypass selbst als
Drossel ausgebildet ist.
3. Kraftstoffpumpe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel (36) einstell
bar ist.
4. Kraftstoffpumpe nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel (36) bei
steigender Strömungsgeschwindigkeit höhere Drosselwerte
einnimmt.
5. Kraftstoffpumpe nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel (36) aus einer
Festdrossel (41) und einer parallel dazu durchströmten
variablen Drossel (37, 40) besteht.
6. Kraftstoffpumpe nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die variable Drossel als
umströmte, flexible Zunge (40) ausgebildet ist, die
zwischen einem Zufluß (35b) und einem Abfluß (35a) in
einen Drosselraum (37) ragt.
7. Kraftstoffpumpe nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die Festdrossel als in der
Zunge (40) vorgesehene Blende (41) ausgebildet ist.
8. Kraftstoffpumpe nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die Zunge (40) Teil eines
Membrantuches (45) ist, in dem ferner die Pumpen
rückschlagventile (4, 10) und die Pumpenmembran (6)
ausgebildet sind.
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