DE102004051259A1 - Drehzahlschutzschaltung für eine Fliehkraftkupplung - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung der Drehzahl eines Verbrennungsmotors in einem handgeführten Arbeitsgerät wie einer Motorkettensäge oder dgl. Über eine Zündschaltung (7) wird der Zündzeitpunkt einer Zündkerze (6) relativ zum Kurbelwellenwinkel der Kurbelwelle (10) des Verbrennungsmotors (2) in Abhängigkeit von dessen Drehzahl gesteuert. Von der Kurbelwelle (10) wird eine Fliehkraftkupplung (3) angetrieben, die bei Überschreiten einer ersten Drehzahl (D1) einkuppelt und nach Erreichen einer zweiten Drehzahl (D2) eingekuppelt ist. Um eine thermische Überlastung der Fliehkraftkupplung (3) zu vermeiden, ist vorgesehen, immer dann eine Schutzschaltung (17) zu aktivieren, wenn die aktuelle Drehzahl in einem Drehzahlband (D) zwischen der ersten Drehzahl (D1) und der zweiten Drehzahl (D2) liegt. Die Schutzschaltung (17) überwacht die Verweildauer der aktuellen Drehzahl innerhalb des Drehzahlbandes (D), um bei Überschreiten einer vorgegebenen Verweildauer in die Steuerung der Verbrennung derart einzugreifen, daß die Drehzahl außerhalb des Drehzahlbandes (D) zu liegen kommt.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung der Drehzahl eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Zweitaktmotors in einem handgeführten Arbeitsgerät wie einer Motorkettensäge, einem Trennschleifer, einem Freischneidegerät oder dgl. nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
- Tragbare, handgeführte Arbeitsgeräte wie zum Beispiel Motorkettensägen, Trennschleifer, Freischneidegeräte oder dgl. werden meist von einem Zweitaktmotor angetrieben, dessen Zündkerze mit einer Zündschaltung verbunden ist, die den Zündzeitpunkt relativ zum Kurbelwellenwinkel des Verbrennungsmotors in Abhängigkeit der Drehzahl der Kurbelwelle steuert. Auf der Kurbelwelle ist der Träger für die Fliehgewichte einer Fliehkraftkupplung drehfest befestigt, wobei die Kupplungstrommel der Fliehkraftkupplung mit einer Abtriebswelle, einem Abtriebszahnrad, einer Abtriebsscheibe oder dgl. verbunden ist. Die Fliehkraftkupplung beginnt bei Überschreiten einer Einkuppeldrehzahl (erste Drehzahl) einzukuppeln und ist nach Erreichen einer höheren Drehzahl (zweite Drehzahl) im wesentlichen schlupffrei eingekuppelt. Bei Durchlaufen dieses Drehzahlbereiches besteht zwischen dem Träger mit den Fliehgewichten und der Kupplungsglocke Schlupf, wodurch Wärme entsteht. Wird aufgrund unzulässiger Betriebszustände die Fliehkraftkupplung über einen langen Zeitraum zwischen der Einkuppeldrehzahl und der eingekuppelten Drehzahl mit Schlupf betrieben, können thermische Überbeanspruchungen auftreten, die in der Folge zu einer Beeinträchtigung der Funktion der Fliehkraftkupplung führen.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die thermische Belastung einer Fliehkraftkupplung zu begrenzen.
- Die Aufgabe wird erfindungsgemäß nach den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
- In dem Drehzahlband zwischen der ersten Drehzahl (Einkuppeldrehzahl) und der zweiten Drehzahl (eingekuppelte Drehzahl) ist eine Schutzschaltung aktiviert, die die Verweildauer der aktuellen Drehzahl innerhalb des Drehzahlbandes überwacht. Wird eine vorgegebene Verweildauer der aktuellen Drehzahl innerhalb des Drehzahlbandes überschritten, so wird derart in den Verbrennungsvorgang z.B. durch Änderung des Zündzeitpunktes oder der Kraftstoffzufuhr eingegriffen, daß die Drehzahl außerhalb des Drehzahlbandes zu liegen kommt. Dadurch ist die Verweildauer der aktuellen Drehzahl innerhalb des kritischen Drehzahlbandes zwischen der ersten und der zweiten Drehzahl begrenzt, so daß auch die mögliche Wärmeentwicklung durch den Schlupf zwischen dem Träger der Fliehkraftkupplung und deren Kupplungsglocke begrenzt ist. Eine thermische Überlastung der Kupplung kann so sicher vermieden werden.
- Als weiterer Vorteil ergibt sich eine sichere Trennung zwischen der Abtriebswelle und dem Verbrennungsmotor, da mit der erfindungsgemäßen Schutzschaltung im Leerlauf des Verbrennungsmotors ein sicheres Auskuppeln überwacht und damit gewährleistet ist.
- Vorteilhaft wird nach Feststellen einer zu langen Verweildauer die Drehzahl unter die erste Drehzahl, nämlich die Einkuppeldrehzahl abgesenkt. Dabei ist es vorteilhaft, die Absenkung unterhalb der Einkuppeldrehzahl mit einem Sicherheitsabstand zur Einkuppeldrehzahl auszuführen.
- Der Eingriff in die Verbrennung kann derart erfolgen, daß die Zündung der Zündkerze vollständig oder nach einem vorgebbaren Muster unterdrückt wird. Insbesondere können stochastische Muster zweckmäßig sein. Wird dem Verbrennungsmotor Kraftstoff über ein schaltbares Ventil, z.B. Elektromagnetventil, zugeführt, kann neben der Unterdrückung der Zündung oder anstelle der Zündunterdrückung durch Schließen des Ventils die Kraftstoffzufuhr für eine oder mehrere Kurbelwellenumdrehungen verändert oder abgeschaltet werden.
- Die Vorrichtung weist zur Messung der Verweildauer zweckmäßig ein Zeitglied auf, das insbesondere als Zähler ausgestaltet sein kann. Zweckmäßig werden die Umdrehungen der Kurbelwelle aufsummiert und bei Erreichen einer vorgebbaren Größe drehzahlabsenkend in die Zündschaltung eingegriffen.
- Die Deaktivierung der Schutzschaltung, also die Deaktivierung des Zündeingriffs, kann durch Unterschreiten einer Deaktivie rungsdrehzahl erfolgen, wobei die Deaktivierungsdrehzahl deutlich unterhalb der Einkuppeldrehzahl liegen sollte. Bei Unterschreiten der Deaktivierungsdrehzahl wird der Eingriff in die Verbrennung deaktiviert, so daß der Motor wieder hochläuft. Liegt die Drehzahl weiterhin zu lange in der überwachten Bandbreite, wird wieder drehzahlabsenkend eingegriffen. Der dadurch entstehende ungleichförmige, abnormale Motorlauf ist auch ein akustisches Warnsignal für den Benutzer, daß der Betriebszustand unzulässig ist.
- Zweckmäßig ist auch die Anordnung eines Sensors oder Schalters an der Drosselklappe, wodurch die Leerlaufstellung der Drosselklappe erfaßt und der Schutzschaltung mitgeteilt wird. Liegt dieses Signal an, wird die Schutzschaltung deaktiviert und auf eine normale Zündsteuerung umgeschaltet.
- Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
-
1 in schematischer Ansicht eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Steuerung der Drehzahl eines Verbrennungsmotors zum Schutz einer Fliehkraftkupplung, -
2 . in schematischer Darstellung den Funktionsablauf der Vorrichtung nach1 , dargestellt über der Drehzahl. - Die in
1 dargestellte Vorrichtung1 zur Steuerung der Drehzahl eines Verbrennungsmotors2 wird eingesetzt bei einer über eine Fliehkraftkupplung3 betriebenen Abtriebswelle4 . - Derartige Antriebe finden Verwendung in Motorkettensägen, Trennschleifern, Freischneidegeräten, Blasgeräten oder anderen tragbaren, handgeführten Arbeitsgeräten, wobei der Verbrennungsmotor insbesondere ein Zweitaktmotor sein kann.
- Der – im Ausführungsbeispiel einzylindrige – Verbrennungsmotor
2 saugt über einen Vergaser5 Kraftstoff/Luft-Gemisch an. Das in den nicht dargestellten Brennraum des Verbrennungsmotors2 strömende Gemisch wird verdichtet und von einer Zündkerze6 gezündet, die von einer Zündschaltung7 gesteuert ist. Die Zündschaltung7 wird von einer zentralen Recheneinheit8 (CPU-Central Processor Unit) überwacht, die unter anderem das Drehzahlsignal eines Drehzahlsensors9 auswertet und über den Drehzahlsensor9 die Stellung der Kurbelwelle10 erkennt. Bei einer Schwungradmagnetzündung wird aus dem induzierten Spannungssignal die Drehzahlinformation abgeleitet. - Im Leerlauf bei etwa 2500 bis 3500 Umdrehungen ist die Fliehkraftkupplung
3 ausgekuppelt. Die Fliehkraftelemente sind auf einem kurbelwellenseitigen Träger11 beweglich angeordnet, während die Abtriebswelle4 mit der den Träger übergreifenden Kupplungsglocke12 verbunden ist. Der Aufbau einer derartigen Fliehkraftkupplung ist bekannt und daher hier nicht weiter erörtert. - Die Drehzahl des Verbrennungsmotors
2 wird vom Benutzer durch Verschwenken einer im Vergaser5 angeordneten Drosselklappe13 gesteuert, wozu die Drosselklappe13 mit einem Hebel - vorzugsweise dem Gashebel14 – verbunden ist, der in Rich tung des Doppelpfeils15 zum Öffnen und Schließen verschwenkbar ist. - Die Stellung des Gashebels
14 wird durch einen Stellungssensor16 überwacht, dessen Signal der zentralen Steuerschaltung8 zugeführt ist, so daß diese die Öffnungslage der vom Benutzer verstellten Drosselklappe13 erkennen kann. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Stellungssensor16 als Leerlaufsensor ausgebildet, der die Leerlaufstellung der Drosselklappe13 der CPU-Einheit8 mitteilt. - Der Zündzeitpunkt der Zündkerze
6 wird von der zentralen Recheneinheit8 über die Zündschaltung7 in Abhängigkeit der Drehzahl der Kurbelwelle10 relativ zum Kurbelwellenwinkel gesteuert. Auf diese Weise ist einerseits eine sichere Leerlaufdrehzahl erreichbar und andererseits ein kraftvolles Hochlaufen bis zur Höchstdrehzahl gewährleistet. Die zentrale CPU-Einheit8 greift über die Zündschaltung7 drehzahlabsenkend ein, wenn zum Beispiel die Maximaldrehzahl erreicht ist. - Im Bereich der Leerlaufdrehzahl von zum Beispiel 3500 1/min. ist die Fliehkraftkupplung
3 ausgekuppelt, wie es auch im Diagramm nach2 dargestellt ist. Oberhalb einer Einkuppeldrehzahl D1 von zum Beispiel 3900 1/min. legen sich die Fliehgewichte des Trägers11 an die Kupplungstrommel12 an und beginnen, ein Drehmoment zu übertragen. Die Fliehkraftkupplung3 stellt eine drehmomentübertragende Verbindung her, wobei mit steigender Drehzahl der Schlupf zwischen dem Träger11 und der Kupplungstrommel12 abnimmt. Oberhalb einer zweiten Drehzahl D2 von zum Beispiel 4400 1/min. ist die Fliehkraftkupplung3 im wesentlichen schlupffrei eingekuppelt. - Wie in
1 dargestellt, ist – vorzugsweise in die Steuerungsvorrichtung1 integriert – eine Schutzschaltung17 vorgesehen, die insbesondere die Verweildauer der Drehzahl im Bereich des Drehzahlbandes D zwischen der Einkuppeldrehzahl D1 und der zweiten Drehzahl D2 überwacht. Die Schutzschaltung17 wird zum Beispiel von der zentralen Steuerschaltung8 dann aktiviert, wenn die Drehzahl in dem Drehzahlband D liegt, welches die erste Drehzahl D1 (Einkuppeldrehzahl) und die zweite Drehzahl D2 (eingekuppelte Drehzahl) umfaßt. - Immer dann, wenn die Steuereinheit
8 die Schutzschaltung17 aktiviert, überwacht die Schutzschaltung17 die Verweildauer der aktuellen Drehzahl innerhalb des Drehzahlbandes D. Wird eine vorgegebene Verweildauer der aktuellen Drehzahl innerhalb des Drehzahlbandes D festgestellt, erhält die zentrale Steuereinheit8 von der Schutzschaltung17 ein entsprechendes Signal, worauf die zentrale Steuereinheit8 derart in die Steuerung des Zündzeitpunktes der Zündkerze6 eingreift, daß die Drehzahl abfällt und außerhalb des Drehzahlbandes D zu liegen kommt. Die Drehzahl wird dabei unter die Einkuppeldrehzahl D1 abgesenkt, wobei ein Sicherheitsabstand A zur Einkuppeldrehzahl D1 vorgesehen ist. - In gleicher Weise wird ein Sicherheitsabstand B von der zweiten Drehzahl, bei der die Fliehkraftkupplung
3 schlupffrei eingekuppelt ist, eingehalten. Das Drehzahlband D, welches von der Schutzschaltung17 überwacht wird, erstreckt sich somit von unterhalb der Einkuppeldrehzahl D1 bis oberhalb der eingekuppelten Drehzahl D2. - Immer dann, wenn die Schutzschaltung eine zu lange Verweildauer der aktuellen Drehzahl im Drehzahlband D feststellt, erfolgt ein Eingriff in die Zündung derart, daß die Drehzahl unterhalb der Einkuppeldrehzahl D1 zu liegen kommt. Im Ausführungsbeispiel nach
2 ist als untere Schwelle die Einkuppeldrehzahl D1 minus den Sicherheitsabstand A vorgesehen, also eine Drehzahl von etwa 3800 1/min. - Der Eingriff der zentralen Steuereinheit
8 in die Zündschaltung7 kann nach einem vorgebbaren, festen oder variablen Muster erfolgen. Zweckmäßig wird die Zündung nach diesem Muster unterdrückt, das insbesondere ein stochastisches Muster sein kann. Vorteilhaft kann die Zündung auch bis zum Absinken auf eine vorgegebene Grenzdrehzahl unterdrückt werden. - Um die Verweildauer der aktuellen Drehzahl innerhalb des Drehzahlbandes D zu messen, kann ein Zeitglied
18 vorgesehen sein. Dieses Zeitglied kann als Zähler gestaltet sein, der die Umdrehungen der Kurbelwelle summiert und bei Erreichen vorgebbarer Werte die eingeprägte Drehzahlabsenkung auslöst. - Die Aktivierung und Deaktivierung der Schutzschaltung
17 kann durch Unterschreiten einer Deaktivierungsdrehzahl DD, die deutlich unterhalb der ersten Drehzahl D1 minus einem Sicherheitsabstand A liegt. Alternativ kann die Schutzschaltung17 in Leerlaufstellung der Drosselklappe13 deaktiviert werden, wozu der Stellungssensor16 vorgesehen ist. - Immer dann, wenn der Benutzer den Gashebel
14 nicht vollständig in die Leerlaufstellung der Drosselklappe13 zurückschwenkt, also nicht vollständig vom Gas geht, besteht die Gefahr, daß die Drehzahl des Verbrennungsmotors2 im Bereich des Drehzahlbandes D der Fliehkraftkupplung3 liegt. Da auch bei einem beliebigen Beschleunigungsvorgang ein solcher Zustand vorliegen kann, wird durch die Schutzschaltung die Verweildauer innerhalb eines vorgegebenen Drehzahlbandes D gemessen und immer dann die Drehzahl durch Beeinflussung der Zündschaltung abgesenkt, wenn die gemessene Verweildauer zu groß geworden ist. Erst wenn der Benutzer den Gashebel14 losläßt und eine ordnungsgemäße Leerlaufstellung der Drosselklappe13 festgestellt wird, wird die Zündung wieder auf Normalbetrieb umgeschaltet. Dies kann auch nach Unterschreiten der Deaktivierungsdrehzahl DD erfolgen.
Claims (10)
- Vorrichtung zur Steuerung der Drehzahl eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Zweitaktmotors (
2 ) in einem handgeführten Arbeitsgerät wie einer Motorkettensäge, einem Trennschleifer, einem Freischneidegerät oder dgl., mit einer Zündschaltung (7 ), die den Zündzeitpunkt einer Zündkerze (6 ) relativ zum Kurbelwellenwinkel einer Kurbelwelle (10 ) des Verbrennungsmotors (2 ) in Abhängigkeit von deren Drehzahl steuert, und mit einer von der Kurbelwelle (10 ) angetriebenen Fliehkraftkupplung (3 ), die bei Überschreiten einer ersten Drehzahl (D1) einkuppelt und nach Erreichen einer zweiten Drehzahl (D2) eingekuppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Drehzahlband (D) zwischen der ersten Drehzahl (D1) und der zweiten Drehzahl (D2) eine Schutzschaltung (17 ) aktiviert ist, daß die Schutzschaltung (17 ) die Verweildauer der aktuellen Drehzahl innerhalb des Drehzahlbandes (D) überwacht, und daß die Schutzschaltung (17 ) bei Überschreiten einer vorgegebenen Verweildauer in die Steuerung des Verbrennungsvorgangs derart eingreift, daß die Drehzahl außerhalb des Drehzahlbandes (D) zu liegen kommt. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung des Verbrennungsvorgangs durch eine Veränderung der Kraftstoffzufuhr erfolgt.
- Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung des Verbrennungsvorgangs durch eine Änderung des Zündzeitpunktes erfolgt.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die aktuelle Drehzahl unter die erste Drehzahl (D1) abgesenkt wird.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschaltung (
17 ) die Zündung unterdrückt, vorzugsweise nach einem vorgebbaren, insbesondere einem stochastischen Muster unterdrückt. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschaltung (
17 ) ein Zeitglied (18 ) zur Messung der Verweildauer aufweist. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschaltung (
17 ) einen Zähler, insbesondere einen die Umdrehungen der Kurbelwelle summierenden Zähler zur Erfassung der Verweildauer aufweist. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschaltung (
17 ) durch Unterschreiten einer Deaktivierungsdrehzahl (DD) deaktiviert wird. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Deaktivierungsdrehzahl (DD) unterhalb der ersten Drehzahl (D1) liegt.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschaltung (
17 ) durch einen in Leerlaufstellung der Drosselklappe (13 ) geschlossenen Schalter (16 ) deaktiviert wird.
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