DE4411634A1 - Membranvergaser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Membranvergaser für einen Ver­ brennungsmotor in einem handgeführten Arbeitsgerät, wie einer Motorkettensäge, einem Trennschleifer, einem Freischneidege­ rät oder dgl. nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiger Membranvergaser ist aus der DE 42 39 673 A1 bekannt. Der Hauptdüsenpfad zwischen der Regelkammer und dem Venturiabschnitt des Ansaugkanals ist durch eine erste Fest­ drossel als ungeregelter Pfad und durch eine zweite Festdros­ sel als geregelter Pfad ausgebildet. Der Kraftstoffdurchsatz des geregelten Pfades ist mittels einer Einstellschraube vom Benutzer zu verändern, wobei durch die Festdrossel auch bei voll geöffnetem geregelten Pfad die zufließende Kraftstoff­ menge begrenzt ist. Der im Vollastfall über den Hauptdüsen­ pfad in den Venturiabschnitt eintretende Summenstrom der Kraftstoffmenge ist daher begrenzt, so daß der maximale Kraftstoffmassestrom für den Vollastfall werksseitig derart eingestellt werden kann, daß gesetzliche Abgasgrenzwerte ein­ gehalten werden.

Diese bekannte Lösung hat sich in der Praxis bewährt, bedingt jedoch einen relativ hohen technischen Aufwand bei der Aus­ bildung des geregelten Pfades. Dies deshalb, da der über den geregelten Pfad fließende Kraftstoffmassestrom zu dem durch den ungeregelten Pfad fließenden Kraftstoffmassestrom ver­ hältnismäßig gering ist, weshalb zur Erzielung einer fein­ fühligen Regelung ein hochpräzises Regelventil vorzusehen ist. Mit einem derartigen Regelventil kann dann von Hand eine benutzerorientierte Gemischeinstellung vorgenommen werden, um z. B. eine hohe Drehzahlkonstanz im Vollastfall oder ein gu­ tes Beschleunigungsverhalten zu erzielen.

Im praktischen Einsatz ist der Verbrennungsmotor vor Ort den äußeren Bedingungen angepaßt einzustellen, was zeitaufwendig ist und die Einsatzbereitschaft eines Arbeitsgerätes verzö­ gert. Berücksichtigt man ferner, daß auch bei Motorkettensä­ gen Katalysatoren zur Senkung der Abgasemissionen eingesetzt werden, muß dafür Sorge getragen werden, daß das dem Motor zugeführte Kraftstoff/Luft-Gemisch angepaßt ist, um die Funk­ tionsfähigkeit des Katalysators nicht zu beeinträchtigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Membranverga­ ser der gattungsgemäßen Art derart weiterzubilden, daß ohne manuellen Eingriff des Benutzers ein den äußeren Betriebsbe­ dingungen angepaßtes Kraftstoff/Luft-Gemisch dem Verbren­ nungsmotor zur Verfügung gestellt ist.

Die Aufgabe wird nach den kennzeichnenden Merkmalen des An­ spruchs 1 gelöst.

Da die Festdrossel als einzige Verbindung der Hauptdüsenöff­ nung zur Regelkammer vorgesehen ist, wird sie auf den maximal zulässigen Kraftstoffmassestrom ausgelegt. Die in den Kraft­ stoffkanal einmündende Luftleitung ist über das Regelventil drosselbar, wobei dieses Regelventil einfach ausgebildet sein kann, da Luft ein einfach zu regelndes Medium ist. Dieser einfache Aufbau des Regelventils in Verbindung mit der Luft als zu regelndes Medium ermöglicht den Einsatz einer Stell­ vorrichtung, welche von einer Steuereinrichtung in Abhängig­ keit von Motorbetriebsdaten verstellbar ist. Derartige Motor­ betriebsdaten können die Abgasqualität, die Drehzahl des Ver­ brennungsmotors, die Motortemperatur, die Drehzahlkonstanz oder dgl. sein.

Bevorzugt mündet der Luftkanal in einen im Kraftstoffkanal ausgebildeten Emulsionsraum, so daß die zuströmende Luft in­ nig mit dem über die Kraftstoffestdrossel zutretenden Kraft­ stoff vermischt wird und an der Hauptdüsenöffnung eine homo­ gene Emulsion austritt.

In bevorzugter Ausbildung ist die Steuereinrichtung mit einer im Abgasstrom des Verbrennungsmotors angeordneten λ-Sonde verbunden, so daß eine Regelung der Gemischzusammensetzung in Abhängigkeit des Sauerstoffgehaltes im Abgasstrom erfolgt. Dies ermöglicht einen effektiven Einsatz von Katalysatoren auch bei handgetriebenen Arbeitsgeräten mit Zweitaktmotoren und gewährleistet ferner in einfacher Weise eine Höhenanpas­ sung des Membranvergasers.

Die Stellvorrichtung kann zweckmäßig ein Stellmotor, insbe­ sondere ein elektrischer Schrittmotor sein, welcher an der Einstellschraube der Ventilnadel angreift. In einer anderen Ausführung ist die Stellvorrichtung mit dem Regelventil als elektromagnetisches Hubventil, insbesondere Proportionalven­ til ausgebildet.

Um die elektrische Leistungsaufnahme gering zu halten, ist vorzugsweise eine pneumatische Servoeinrichtung vorgesehen, welche den Kurbelgehäusedruck bzw. den Ansaugkanalunterdruck in eine Stellkraft umsetzt.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung, in der nach­ folgend im einzelnen beschriebene Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Membranvergaser in sche­ matischer Anordnung an einem Verbrennungsmotor,

Fig. 2 ein Diagramm des Kraftstoffmassestroms durch die Hauptdüsenöffnung als Funktion des Drosselklappen­ winkels,

Fig. 3 ein Diagramm des Kraftstoffmassestroms, aufgetragen über dem Öffnungsgrad des Luftregelventils,

Fig. 4 in vergrößerter Darstellung einen Teilausschnitt eines Membranvergasers.

Der in Fig. 1 dargestellte Membranvergaser 1 weist einen An­ saugkanal 2 mit einem Venturiabschnitt 3 auf. Im Ansaugkanal 2 ist - stromab des Venturiabschnitts 3 - eine Drosselklappe 4 mittels einer Welle 5 schwenkbar gelagert. Der Ansaugkanal 2 des Vergasers 1 steht mit der Ansaugöffnung eines Verbren­ nungsmotors 28, insbesondere eines Zweitaktmotors in Verbin­ dung, wobei das Kraftstoff/Luft-Gemisch in Strömungsrichtung gemäß Pfeil 6 angesaugt wird. Die Abgase einer Verbrennung werden über eine Auslaßöffnung ausgestoßen und bilden einen Abgasstrom 38.

Über eine Kraftstoffleitung 10 steht der Vergaser 1 mit einem nicht dargestellten Kraftstofftank in Verbindung. Zur Förde­ rung des Kraftstoffs ist im Gehäuse des Membranvergasers eine Membranpumpe 11 ausgebildet, die einen Arbeitsraum 11a und einen Pumpraum 11b aufweist; der Arbeitsraum 11a und der Pumpraum 11b sind durch eine Membran 11c voneinander getrennt. Der Arbeitsraum 11a steht über Kanäle mit dem Kurbelgehäuse des Verbrennungsmotors 28 in Verbindung, weshalb die Membranpumpe durch den wechselnden Kurbelgehäusedruck angetrieben ist. Bei Unterdruck wird über das auf der Saugseite angeordnete Rückschlagventil 12 Kraftstoff in den Pumpraum 11b angesaugt; bei Überdruck wird der in den Pumpraum 11b angesaugte Kraftstoff über das auf der Druckseite angeordnete Rückschlagventil 13 in eine Kraftstoffzuleitung 14 gefördert, welche in einen Regelraum 7 des Membranvergasers mündet.

Die Mündung 15 der Kraftstoffzuleitung 14 in den Regelraum 7 ist durch einen Ventilkörper 16 eines Zulaufventils ver­ schlossen, wobei der Ventilkörper an einem Ende eines Winkel­ hebels 17 abgestützt ist. Der Winkelhebel ist um einen Zapfen 18 verschwenkbar, wobei eine Druckfeder 19 den Winkelhebel 17 im Sinne eines Schließens des Ventilkörpers 16 kraftbeauf­ schlagt. Die Feder 19 drückt das andere Ende des Winkelhebels 17 ferner an einen Anschlag im Zentrum einer Regelmembran 20, die den Regelraum 7 begrenzt. Die dem Regelraum 7 abgewandte Trockenseite 27 der Membran 20 ist über eine im Gehäusedeckel vorgesehene Öffnung 21 mit der Atmosphäre oder einem anderen zweckmäßigen Referenzdruckniveau beaufschlagt.

Stromauf der Drosselklappe 4 mündet im Bereich des Venturiab­ schnitts 3 eine Hauptdüsenöffnung 23 in den Ansaugkanal 2. Die Hauptdüsenöffnung 23 steht über einen Kraftstoffkanal mit dem Regelraum 7 in Verbindung, wobei der Kanal 22 an seinem dem Regelraum 7 zugewandten Ende eine Kraftstoffestdrossel 25 aufweist, die den Kraftstoffmassestrom vom Regelraum 7 zur Hauptdüsenöffnung 23 begrenzt. Der Kraftstoffestdrossel 25 ist ein unbelastetes Ventilplättchen 24 zugeordnet, durch das eine Rückwirkung der Druckänderungen im Ansaugkanal 2 bzw. im Kraftstoffkanal 22 auf das Druckniveau im Regelraum 7 verhin­ dert wird. In Strömungsrichtung vom Regelraum 7 in den Ven­ turiabschnitt 3 ist stromab der Festdrossel 25 eine Emulsi­ onskammer 26 ausgebildet, in welche ein Zuluftkanal 41 mün­ det. Im Zuluftkanal 41 ist ein Regelventil 40 angeordnet, über welches die in die Emulsionskammer 26 einströmende Luft­ menge regelbar ist. Das Regelventil 40 ist zweckmäßig als Na­ delventil ausgebildet, wobei der Regelkonus 43 der Ventilna­ del in eine Ventilöffnung 44 eingreift. Die Ventilöffnung 44 verbindet einen Luftraum 42 mit der Emulsionskammer 26, wobei in den Luftraum 42 der Zuluftkanal 41 mündet. Im Ausführungs­ beispiel nach Fig. 1 zweigt der Zuluftkanal 41 von der Rein­ luftseite 51 eines dem Ansaugkanal 2 vorgeschalteten Luftfil­ ters 50 ab. Durch den Zutritt gefilterter Luft ist eine Ver­ schmutzungsgefahr im Bereich des Regelventils 40 gesenkt.

Die Festdrossel 25 ist derart bemessen, daß bei geschlossener Ventilöffnung 44 in Abhängigkeit der Stellung der Drossel­ klappe 4 ein maximaler Kraftstoffmassestrom in kg/h gegeben ist, wie er in der durchgezogenen Linie in Fig. 2 dargestellt ist. Dieser maximale Kraftstoffmassestrom ist derart bemes­ sen, daß noch vertretbare, zweckmäßig unterhalb gesetzlicher Grenzwerte liegende Abgasemissionen auftreten.

Wie Fig. 3 zeigt, ergibt sich bei voll geöffneter Drossel­ klappe 4 und geschlossenem Regelventil 40 im gezeigten Aus­ führungsbeispiel ein Kraftstoffmassestrom von 1,35 kg/h. Durch Drehen der Einstellschraube 8 wird der Regelkonus 43 axial aus der Ventilöffnung 44 verlagert; über den Zuluftka­ nal 41 tritt in die Emulsionskammer 26 Luft ein. Bei einer halben Umdrehung der Einstellschraube 8 fällt der Kraftstoff­ massestrom auf 1,3 kg/h, wobei ein Absenken des Kraftstoff­ massestroms bei weiterem Drehen der Einstellschraube 8 in Öffnungsrichtung bis auf 1,17 kg/h bei zwei Umdrehungen der Einstellschraube 8 möglich ist.

Wird das Luftregelventil 40 - ausgehend von der geschlossenen Stellung - um eine Umdrehung der Einstellschraube 8 geöffnet, so ergibt sich über dem Drosselklappenwinkel ein Kraftstoff­ massestrom, wie er in Fig. 2 strichliert dargestellt ist. Bei zwei Umdrehungen in Öffnungsrichtung ergibt sich ein Masse­ strom, wie er in Fig. 2 punktiert dargestellt ist. Über das Luftregelventil 40 kann somit in jeder Drosselklappenstellung der Kraftstoffmassestrom aus der Hauptdüsenöffnung 23 verän­ dert werden. Über das Luftregelventil 40 kann - ausgehend von einer mittleren Einstellung des Regelkonus 43 - das dem Ver­ brennungsmotor 38 zugeführte Kraftstoff/Luftgemisch angefet­ tet oder abgemagert werden. Durch das Öffnen des Luftregel­ ventils 40 wird das stromab der Kraftstoffestdrossel 25 an­ liegende Unterdrucksignal verringert, wobei das Einsetzen der Wirkung der Drosselklappe nur gering verschoben ist; im ge­ zeigten Ausführungsbeispiel beträgt die Verschiebung nur etwa 5° Drosselklappenwinkel.

Durch die Möglichkeit der Gemischeinstellung über das Luftre­ gelventil 40 ist - insbesondere bei einem Membranvergaser 1 - eine Regelung mit λ = konstant möglich, was insbesondere für den Einsatz von Katalysatoren zweckmäßig ist. Eine die Sauer­ stoffkonzentration im Abgasstrom 38 messende λ-Sonde 39 ist im Abgasstrom 38 angeordnet und mit einer Steuereinrichtung 46 verbunden, die in Abhängigkeit des Ausgangssignals der λ- Sonde 39 eine Stellvorrichtung 47 betätigt. Die Stellvorrich­ tung 47 kann - wie in Fig. 1 schematisch dargestellt - ein die Einstellschraube 8 drehender Schrittmotor oder dgl. sein, so daß die Drehstellung der Stellschraube 8 und damit die dem Verbrennungsmotor 28 zugeführte Gemischzusammensetzung in Ab­ hängigkeit des Sauerstoffgehaltes im Abgasstrom 38 einstell­ bar ist. Insbesondere im Bereich ab etwa 50° Drosselklappen­ stellung ist ausgehend von einem mittleren Öffnungsgrad des Regelventils 40 (eine Umdrehung offen) eine Regelbandbreite 45 gegeben, welche ein deutliches Abmagern bzw. Anfetten des Gemisches möglich macht.

Hervorzuheben ist, daß mit einer derartigen λ-Regelung in einfacher Weise auch eine Höhenanpassung gewährleistet ist. Zusätzlich oder alternativ zur λ-Sonde 39 kann die Steuer­ einrichtung 46 auch mit einem Temperatursensor 37 zur Erfas­ sung der Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine und/oder mit einem Drehzahlsensor 36 verbunden sein, um z. B. über die Steuerung der Gemischzusammensetzung eine hohe Drehzahlkon­ stanz im Vollastfall zu gewährleisten. Der Aufbau des Mem­ branvergasers im Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 entspricht im wesentlichen dem nach Fig. 1, weshalb für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen verwendet sind. Das Regelventil 40 ist als elektromagnetisches Hubventil ausgebildet, wobei die Ven­ tilnadel in Richtung des Doppelpfeils bewegbar ist. Dieses Ventil kann als Proportionalventil ausgebildet sein; auch kann ein Betrieb als Zweistellungsventil zweckmäßig sein, wo­ bei die Ventilnadel mit variabler Frequenz zwischen der Schließ- und der Öffnungsstellung schaltet.

Wie darüberhinaus in Fig. 4 strichliert dargestellt, kann die Steuerung des Regelventils 40 auch über eine Servoeinrichtung 45 erfolgen, welche z. B. als pneumatisches Stellglied aus­ gebildet sein kann. Die Stellkraft kann vom Unterdruck im An­ saugkanal 2 oder dem wechselnden Kurbelgehäusedruck des Ver­ brennungsmotors abgeleitet sein.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist der Luftraum 42 des Regelventils 40 über einen Zuluftkanal 41b mit der Trocken­ seite 27 der Regelmembran 20 verbunden, so daß ein ggf. auf die Trockenseite 27 der Regelmembran 20 aufgegebenes Referenzdruckniveau über das Luftregelventil 40 auch den Unterdruck stromab der Festdrossel 25, also den Unterdruck in der Emulsionskammer 26 ändert.

Es kann auch zweckmäßig sein, über den Zuluftkanal 41a unmit­ telbar aus der Atmosphäre Luft zuzuführen.

Als Sensor ist ferner ein barometrischer Sensor 35 (Duckmeßdose) zweckmäßig, um ohne Erfassen von Motorbetriebsparameter eine automatische Höhenanpassung zu erzielen.

Claims (11)

1. Membranvergaser für einen Verbrennungsmotor in einem hand­ geführten Arbeitsgerät wie einer Motorkettensäge, einem Trennschleifer, einem Freischneidegerät oder dgl., mit ei­ ner kraftstoffgefüllten, von einer Regelmembran (20) be­ grenzten Regelkammer (7) mit einer in einen Ansaugkanal (2) stromauf einer Drosselklappe (4) mündenden Hauptdüsen­ öffnung (23), welche über einen Kraftstoffkanal (22) und eine den zufließenden Kraftstoffmassestrom begrenzende Kraftstoffestdrossel (25) mit dem Regelraum (7) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß in den Kraftstoffkanal (22) ein Zuluftkanal (41) mündet, daß der Zuluftkanal (41) durch ein Regelventil (40) drosselbar ist, und daß das Re­ gelventil (40) durch eine von einer Steuereinrichtung (46) betätigbare Stellvorrichtung (47) in Abhängigkeit von Mo­ torbetriebsdaten verstellbar ist.

2. Membranvergaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuluftkanal (41) zwischen der Kraftstoffestdrossel (25) und der Hauptdüsenöffnung (23), vorzugsweise benachbart zur Festdrossel (25) in den Kraftstoffkanal (22) mündet.

3. Membranvergaser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuluftkanal (41) in eine im Kraftstoffkanal (22) ausgebildete Emulsionskammer (26) mündet.

4. Membranvergaser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung mit min­ destens einem Motorbetriebsdaten wie Abgasqualität, Dreh­ zahl, Motortemperatur oder dgl. erfassenden Sensor (36, 37, 39) verbunden ist.

5. Membranvergaser nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor eine im Abgasstrom (38) angeordnete λ-Sonde (39) ist.

6. Membranvergaser nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellvorrichtung (47) ein Stellmotor, insbesondere ein Schrittmotor ist.

7. Membranvergaser nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellvorrichtung mit dem Regelventil ein elektromagnetisches Hubventil, insbeson­ dere ein Proportionalventil, bildet.

8. Membranvergaser nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellvorrichtung eine vor­ zugsweise pneumatisch arbeitende Servoeinrichtung (48) um­ faßt.

9. Membranvergaser nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelventil (40) ein Na­ delventil ist.

10. Membranvergaser nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuluftkanal (41b) mit der Trockenseite (27) der Regelmembran (20) verbunden ist.

11. Membranvergaser nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuluftkanal (41) mit der Reinluftseite (51) eines dem Ansaugkanal (2) vorgeschalte­ ten Luftfilters (50) verbunden ist.