DE3817404C2 - Membrankraftstoffpumpe für einen mit einem Membranvergaser ausgerüsteten Verbrennungsmotor einer Motorkettensäge - Google Patents

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.