DE102004059070A1

DE102004059070A1 - Zündverfahren mit Stopschalter für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE102004059070A1
Application number: DE200410059070
Authority: DE
Inventors: Leo Kiessling
Original assignee: Pruefrex Elektro Apparatebau GmbH
Current assignee: Pruefrex Elektro Apparatebau GmbH
Priority date: 2004-08-20
Filing date: 2004-12-07
Publication date: 2006-02-23

Abstract

Zündverfahren für Brennkraftmaschinen, wobei ein Energiespeicherelement unter Verwendung eines Magnetgenerators, der abhängig von der Brennkraftmaschinen-Drehstellung eine Lade-Wechselspannung induziert, geladen wird, wobei das Energiespeicherelement durch einen synchron zu der Lade-Wechselspannung betätigten Zündschalter zum Auslösen der Zündung entladen wird, wobei die Betätigung des Zündschalters in Abhängigkeit vom Zustand der Brennkraftmaschine, beispielsweise von Signalen, betreffend deren Drehstellung oder Drehzahl, erfolgt und zur Betätigung des Zündschalters ein vorzugsweise programmierbares und/oder mikroelektronisches Steuerwerk eingesetzt wird, wobei mittels Betätigung eines Stop-Schaltglieds, insbesondere eines Stop-Tasters, das Auslösen der Zündung unterbunden wird oder unterbindbar ist und wobei im Steuerwerk mittels Auswertung von Signalen über den Brennkraftmaschinen-Zustand auf den Zustand des Stop-Schaltglieds geschlossen, entsprechende Informationsdaten erzeugt und davon abhängig die Betätigung des Zündschalters gesperrt oder freigegeben wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Zündverfahren für Brennkraftmaschinen, ein Magnetzündmodul sowie eine Anordnung zur Durchführung des Zündverfahrens.
Bei dem Betrieb von Brennkraftmaschinen, insbesondere Kleinmotoren, werden hohe Anforderungen an die Leistungsfähigkeit der Zündsysteme gestellt, damit existierende Abgas- und Geräuschemissionsrichtlinien sowie anwendungsspezifische Sicherheitsbestimmungen erfüllt werden.
Die deutschen Patentanmeldungen DE 197 36 032 A1 und DE 102 01 422 A1 der Anmelderin beschreiben ein Zündverfahren und eine Zündanordnung für Brennkraftmaschinen bzw. ein elektronisches, drehzahlabhängiges Steuerungs- und/oder und Diagnoseverfahren für Brennkraftmaschinen. Beide genannten Anmeldungen beschäftigen sich hauptsächlich mit dem quasistationär laufenden Betriebszustand von Brennkraftmaschinen, geben jedoch nur wenige Hinweise auf vorteilhafte Ausgestaltungen der offenbarten Verfahren bzw. Vorrichtungen in Hinblick auf die Start- und Stop-Phase beim Betrieb der Brennkraftmaschinen.
Ein bekanntes Problem in der Start- und Stop-Phase, das sich zu einem temporären Komplettausfall der Brennkraftmaschine auswachsen kann, ist die Fehlbedienung der Brennkraftmaschine bei einem Wiederstart, d.h. ein Starten unmittelbar nach einem Stop der Brennkraftmaschine. Gewöhnlich wird eine Stop-Phase der Brennkraftmaschine durch Betätigung eines selbsthaltenden Stop-Schalters eingeleitet. Wenn nun der Anwender vor dem Wiederstart vergisst, den Stop-Schalter zu deaktivieren, führt dies zu einem "Absaufen" der Brennkraftmaschine, so dass diese für eine geraume Zeit nicht mehr gestartet werden kann.
Die Druckschrift DE 200 14 502 U1 beschreibt eine Kondensator-Zündanlage, wobei durch eine kurze Betätigung eines Stop-Schalters über ein extra Flip-Flop mit Zusatz-Beschaltung die Gate-Kathoden-Strecke eines Thyristors kurzgeschlossen wird, und der Thyristor von einem Schalt- Betriebszustand in einen nicht schaltfähigen Stop- Zustand versetzt wird, so dass kein Zündfunke mehr erzeugt wird. Da das Anhalten des Motors eine Sicherheitsfunktion ist, wird der Stop-Schaltzustand auch nach Stillstand des Motors über eine gewisse Zeit durch das gesetzte Flip-Flop gehalten und zwar solange, bis sich ein der Flip-Flop-Stromversorgung zugeordneter Kondensator (Bezugsziffer 46) über einen Widerstand entladen hat. Die daraus resultierende und auch durch das Wieder-Aufladen des Kondensators verlängerte Wartezeit bis zur Beendigung des Stopzustandes ist aufgrund von Fertigungstoleranzen der elektrischen und elektronischen Bauteile der Kondensator-Zündanlage, wie z.B. der Kapazitäts- und/oder Fertigungstoleranz der Kondensatoren, ebenfalls stark toleranzbehaftet, so dass bei der Auslegung der Kondensator-Zündanlage aus Sicherheitsgründen die Soll-Wartezeit lange gewählt werden muss.
Nachteilig bei der vorgeschlagenen Vorrichtung ist somit, dass ein unmittelbarer Wiederstart des Motors nach Stillstand nicht möglich ist, was eine Wartezeit für den Bediener bedeutet.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, robuste, flexibel einsetzbare und kostengünstige Alternativen für ein Zündverfahren, ein Magnetzündmodul sowie eine Anordnung zur Durchführung des Zündverfahrens vorzuschlagen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Zündverfahren nach Anspruch 1, einem Magnetzündmodul nach Anspruch 5 sowie eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 19.
Das Verfahren nach Anspruch 1 betrifft ein Zündverfahren, insbesondere die Erzeugung eines Zündfunkens, für Brennkraftmaschinen, vorzugsweise Kleinmotoren, insbesondere Außenbordmotoren und/oder Motoren von motorbetriebenen Gartengeräten und/oder von motorbetriebenen Freizeit- und Sportgeräten.
Bei derartigen Brennkraftmaschinen werden vorzugsweise Zündanlagen, insbesondere Kondensator-Zündanlagen, zur Erzeugung des für die Verbrennung des Brennstoffs notwendigen Zündfunkens eingesetzt. Die Zündanlagen weisen vorzugsweise eine oder mehrere mit einem mit Permanentmagneten ausgestatteten Polrad der Brennkraftmaschine zusammenwirkende Spulen zur Erzeugung einer Ladespannung, insbesondere einer Lade-Wechselspannung auf, wobei das Polrad während des Betriebs der Brennkraftmaschine rotiert und die Ladespannung in die Spule oder Spulen induziert. Ferner weist die Zündanlage vorzugsweise ein Energiespeicherelement zur Speicherung der durch das Zusammenwirken von Polrad und Spulen mittels Induktion erzeugten Energie sowie einen Zündschalter, der, angesteuert über ein Steuerwerk, die in dem Energiespeicherelement gespeicherte Energie zwecks Erzeugung eines Zündfunkens freischaltet.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist ein Energiespeicherelement, insbesondere ein Kondensator, vorgesehen, welches durch eine Lade-Wechselspannung geladen wird, die unter Verwendung eines Magnetgenerators erzeugt wird. Der Magnetgenerator kann dabei einen mit einer rotierenden Motorwelle der Brennkraftmaschine drehfest verbundenen Polschuh mit Permanent-Magneten umfassen, der eine Spannung in eine oder mehrere Ladespulen induziert und somit die Lade-Wechselspannung erzeugt. Die Amplitude und der zeitliche Verlauf der Lade-Wechselspannung kann aufgrund der Art der Erzeugung direkt abhängig von der ebenfalls zeitabhängigen Maschinendrehstellung sein. Alternativ oder ergänzend kann die Lade-Wechselspannung geglättet und/oder gleichgerichtet sein.
Das geladene Energiespeicherelement wird durch einen synchron zu der Lade-Wechselspannung betätigten Zündschalter zum Auslösen der Zündung entladen. Zur Betätigung des Zündschalters wird ein Steuerwerk eingesetzt, das vorzugsweise als programmierbares und/oder mikroelektronisches Steuerwerk, insbesondere als CPU, Mikrokontroller, DSP-Einheit und/oder ASIC ausgebildet ist. Beispielsweise kann der Mikrokontroller der FA. Microchip Technology Inc. Typ 16F628 eingesetzt werden.
Die Betätigung des Zündschalters erfolgt in Abhängigkeit vom Zustand der Brennkraftmaschine, beispielsweise von Signalen betreffend deren Drehstellung und/oder Drehzahl. Die synchrone Entladung und vorteilhafte Umsetzungen sind in den bereits genannten Druckschriften DE 197 36 032 A1 und DE 102 01 422 A1 der Anmelderin ausführlich offenbart und die Gesamtoffenbarung dieser Druckschriften wird mittels Referenzierung hiermit in die vorliegende Anmeldung integriert.
Zum Stoppen des Motors ist ein Stop-Schaltglied, ein Stopschalter oder Tasterstop vorgesehen, mit dem das Auslösen der Zündung unterbunden wird oder unterbindbar ist. Ein derartiges Stop-Schaltglied wirkt vorzugsweise, indem die Wechsel-Ladespannung oder zumindest ein relevanter Teil der Wechsel-Ladespannung, der insbesondere zur Aufladung des Energieelements verwendet wird, entweder direkt oder über ein oder mehrere Schaltelemente wie z.B. Thyristor mit Masse kurzgeschlossen wird. Alternativ kann auch die Zündspannung mit oder ohne Zwischenschaltung von weiteren Schaltelementen auf Masse gelegt werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist ferner vorgesehen, dass im Steuerwerk mittels Auswertung von Signalen über den Brennkraftmaschinen-Zustand auf den Zustand des Stop-Schaltglieds geschlossen, entsprechende Informationsdaten erzeugt und insbesondere ein entsprechendes Stop-Flag gesetzt und/oder geführt wird. Davon abhängig wird durch das Steuerwerk die Betätigung des Zündschalters entweder gesperrt oder freigegeben.
Bei den genannten Signalen über den Brennkraftmaschinen-Zustand kann es sich um Signale handeln, die aus einer Ladespannung, insbesondere der Lade-Wechselspannung, abgeleitet sind und insbesondere Informationen über die Drehzahl und/oder Drehstellung der Brennkraftmaschine und/oder des Polrads der Brennkraftmaschine tragen. Alternativ oder ergänzend können Sensoren vorgesehen sein, die Informationen über den Brennkraftmaschinen-Zustand direkt messen. Bei weiteren Ausführungsformen werden Signale aus der Zündanlage als Signale über den Brennkraftmaschinen-Zustand verwendet.
Die Signale über den Brennkraftmaschinen-Zustand werden ausgewertet, wobei bei der Auswertung auf das Über- bzw. Unterschreiten von gesetzten Grenzwerten und/oder die Erfüllung von festgelegten Bedingungen abgestellt wird und/oder Fuzzy-Logic Methoden und/oder neuronale Netze eingesetzt werden. Aufgrund des Ergebnisses der Auswertung kann auf den Zustand des Stop-Schaltglieds geschlossen werden, d.h. der Zustand des Stop-Schaltglieds wird als geöffnet oder als geschaltet angenommen.
Abhängig von dem angenommenen Zustand des Stop-Schaltglieds wird gemäß einer vorteilhaften optionalen Ausbildung eine Zustandsvariable, insbesondere ein Stop-Flag, gesetzt und/oder geführt. Das Stop-Flag ist vorzugsweise als belegbarer digitaler Speicherplatz entweder im internen Speicher eines eingesetzten Mikrokontrollers oder als externe Speichereinheit, wie z.B. ein selbsthaltendes Flip-Flop, ausgebildet.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Unterbinden der Zündung mittels des Stop-Schaltglieds durch Hardware-Einrichtungen vorzugsweise unabhängig vom Steuerwerk erfolgt. Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass das Stop-Schaltglied die Ladespannung und/oder Zündspannung unmittelbar kurzschließt oder verhindert, z.B. auf Masse schaltet, insbesondere, dass an den Schaltkontakten des Stop-Schaltglieds die Ladespannung und/oder Zündspannung anliegt. Diese Ausführungsform kann den Vorteil aufweisen, dass durch das Kurzschließen der hohen Ladespannungen und/oder Zündspannung Selbstreinigungseffekte am STOP-Schaltglied auftreten. Dem entspricht eine Erfindungsausbildung, wonach kein direkter Signalpfad vom Stopschalter (STOP) zum Steuerwerk (MC,U8), insbesondere Mikroprozessor, führt. Also kann ohne Mitwirkung des Mikroprozessors oder Steuerwerks ein Eingriff des Stopschalters, insbesondere des Stop-Schaltglieds, in Elemente des Starkstrom- oder Leistungsteil der erfindungsgemäßen Zündanlage zum Unterdrücken des Zündfunkens führen.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass dem Stop-Flag oder der sonstigen Zustandsvariablen bei Betätigen des Stop-Schaltglieds ein OFF-Wert und vor oder bei Wiederstart der Maschine oder deren Auslaufen dem Stop-Flag ein ON-Wert zugeordnet wird. Der gesetzte OFF-Wert hat die Wirkung, dass ein Betriebszustand der Zündanlage, insbesondere durch das Steuerwerk gesteuert, eingenommen wird, in dem kein Zündfunke erzeugt und/oder abgegeben wird. Der gesetzte ON-Wert hat die Wirkung, dass ein Betriebszustand der Zündanlage, insbesondere durch das Steuerwerk gesteuert, eingenommen wird, in dem Zündfunken erzeugt und/oder abgegeben werden. Es kann also vorgesehen sein, dass das Unterbinden der Auslösung der Zündung sowohl unmittelbar durch das Stop-Schaltglied als auch durch das Steuerwerk umgesetzt wird. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Unterbinden der Zündung zunächst durch das Schalten des Stop-Schaltglieds bewirkt wird und nachfolgend und/oder zeitweise parallel durch das Steuerwerk fortgesetzt wird. Es wird also vorzugsweise ein Tasterstop-Verfahren durchgeführt, wozu durch eine kurze Betätigung des Stop-Schaltglieds, insbesondere des Stop-Tasters, der Motor bis zum Stillstand abgestellt wird, wobei über die Stop-Taster Betätigung eine Merkerinformation gespeichert wird, beispielsweise in Form eines OFF-Werts, und vor dem Wiederstart dessen Rücksetzen auf einen ON-Wert durchgeführt wird.
Das der Erfindung zu Grunde liegende Problem wird ferner durch ein Magnetzündmodul für Kleinmotoren nach Anspruch 5 gelöst.
Das Magnetzündmodul wird vorzugsweise in dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 in Zusammenhang mit Kleinmotoren eingesetzt. Bei den Kleinmotoren kann es sich um Brennkraftmaschinen wie bereits beschrieben handeln, insbesondere können die Kleinmotoren eine Generatoreinrichtung aufweisen, die ein Polrad o.ä. umfasst, denen Spuleneinrichtungen des Zündmoduls zugeordnet sind.
Das Magnetzündmodul weist ein Steuerwerk und einen Stopschalter auf. Das Steuerwerk kann wie in Zusammenhang mit dem Verfahren bereits erläutert ausgebildet sein. Als Stopschalter wird vorzugsweise eine nicht selbsthaltende Schalteinrichtung eingesetzt, die nach Schließen der Schalteinrichtung automatisch in den geöffneten Schaltzustand zurückkehrt. Alternativ kann eine Schalteinrichtung eingesetzt werden, die nach Schließen der Schalteinrichtung durch das Steuerwerk gesteuert in den geöffneten Schaltzustand zurückkehrt und/oder zurückgesetzt wird. Vorzugsweise wird ein Stopschalter verwendet, an dem die durch die Generatoreinrichtung erzeugte Ladespannung, insbesondere an den Schaltkontakten, direkt anliegt oder anlegbar ist.
Erfindungsgemäß ist das Steuerwerk zur Erkennung des Zustands des Stopschalters aus der Veränderung von Signalen im Zündsystem des Magnetzündmoduls oder der gesamten Zündanlage einschließlich Polrad/Magnetgenerator ausgebildet. Bei den Signalen kann es sich um Signale handeln, die im Zündsystem erzeugt werden und/oder um Signale, die in das Zündsystem eingeleitet oder durchgeleitet werden. Insbesondere kann es sich bei den Signalen um Signale über den Kleinmotor- bzw. Brennkraftmaschinen-Zustand handeln, die bereits in Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind.
Die Ausbildung zur Erkennung des Zustands des Stopschalters aus der Veränderung von Signalen im Zündsystem kann softwaretechnisch als Programm im Steuerwerk umgesetzt sein. Das Programm umfasst insbesondere Routinen für einen oder mehrere Grenzwertvergleiche, digitale Signalverarbeitungsroutinen, Fuzzy-Logic-Routinen, Routinen für neuronale Netze und/oder Reglereinrichtungen, insbesondere mit konstanten, variablen oder adaptiven Übertragungsfunktionen.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung des Magnetzündmoduls ist vorgesehen, dass das Steuerwerk ein Stop-Flag umfasst, welches die Werte ON oder OFF annehmen kann. Die Belegung des Stop-Flags erfolgt auf Basis der Auswertung von Signalen über den Kleinmotoren-Zustand und/oder Signale der Zündanlage mit der auf den Zustand des Stopschalters geschlossen werden kann. Das Stop-Flag kann z.B. als belegter oder belegbarer Speicherplatz in einem steuereinheitinternen, insbesondere mikroprozessorinternen Schreib-/Lesespeicher/Arbeitsspeicher als 1 Bit Information gesetzt werden, wobei vorzugsweise aus Sicherheitsgründen ein gesetztes Bit, also Bitwert gleich eins, dem Betriebszustand OFF zugeordnet ist.
Bei einer Weiterbildung der Vorrichtung ist vorgesehen, die Information über den Betriebszustand OFF nicht in einem einzigen Bit abzulegen, sondern kodiert und/oder als Muster in mehreren Bits oder Bytes abzulegen und somit eine redundante Informationswiedergabe und/oder einen fehlerkorrigierenden Code zu nutzen. Da es sich bei dem Abschalten eines Motors um eine Sicherheitsfunktion handelt, kann durch diese Weiterbildung eine Verbesserung des Verhaltens betreffend elektromagnetischer Verträglichkeit (EMV) erreicht werden.
Ferner können Mittel vorgesehen sein, die derart ausgebildet sind, dass bei dem Flag-Wert OFF die Betätigung des Zündschalters gesperrt und bei dem Flag-Wert ON die Betätigung des Zündschalters freigegeben ist. Die Mittel können insbesondere als Ansteuerungseinrichtung eines Schaltelements, vorzugsweise eines Thyristors, ausgebildet sein.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung des Magnetzündmoduls ist das Steuerwerk schaltungs- und/oder programmtechnisch derart ausgebildet, dass der Flag-Stop-Wert OFF erst gespeichert und/oder gesetzt wird, wenn die Betätigung des Stopschalters für mehr als eine Motorumdrehung festgestellt wird. Diese Ausbildung stellt eine Sicherheitsmaßnahme gegen ein ungewolltes Setzten des Stop-Flags und somit gegen ein ungewolltes Abschalten des Kleinmotors dar, welches beispielsweise durch ein unbeabsichtigtes kurzes Betätigen des Stopschalters oder durch elektrische Störeinflüsse hervorgerufen sein kann. Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass die Betätigung des Stopschalters für eine von der Drehzahl abhängigen Anzahl von Motorumdrehungen festgestellt sein muss, bevor der Stop-Flag- Wert auf OFF gesetzt wird. Die Information über diese drehzahlabhängige Grenze kann in einem vorzugsweise nicht-flüchtigen Speicher z.B. als Tabelle hinterlegt sein. Beispielsweise könnte festgelegt sein, dass unterhalb 2000 RPM (Umdrehungen pro Minute) die Betätigung für mehr als eine Motorumdrehung, bis 10000 RPM die Betätigung für mehr als zwei Motorumdrehungen und ab 14000 RPM mehr als 4 Umdrehungen festgestellt sein muss.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung des Magnetzündmoduls sind eine oder mehre Signalleitungen vorgesehen, die das Steuerwerk mit Signalquellen verbinden, die Signale bezüglich des Kleinmotoren-Zustands und/oder der Zündanlage erzeugen und die Signale übertragen. Durch die Signalleitungen werden dem Steuerwerk insbesondere Signale bezüglich der Drehstellung und/oder Drehzahl des rotierenden Polrads des Kleinmotors und/oder des Kleinmotors oder bezüglich der Spulenspannung, insbesondere der Ladespannung oder Lade-Wechselspannung zugeführt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Magnetzündmoduls ist das Steuerwerk schaltungs- und/oder programmtechnisch derart ausgebildet, dass nach Erkennung einer starken Reduzierung der Amplitude der Spulenspannungssignale das Stop-Flag von einem ON-Wert auf einen OFF-Wert gesetzt wird. Vorzugsweise ist das Magnetzündmodul derart ausgebildet, dass die Ladespannung bei Betätigung des Stopschalters kurzgeschlossen und die Ladespannung und/oder Spulenspannungssignale, die von der Ladespule abgeleitet sind, stark reduziert werden, so dass dem Steuerwerk kein Signal oder nur ein Signal mit entsprechend geringer Energie zugeleitet wird, welches vorzugsweise durch einen A/D-Wandler des Steuerwerks aufgenommen wird. Bei Erkennung einer Pegel-Reduzierung des Signals, insbesondere von mehr als 50%, vorzugsweise mehr als 90%, wird der Stop-Flag von einem ON-Wert auf einen OFF-Wert umgeschaltet. Alternativ kann das Magnetzündmodul auch derart beschaltet sein, dass das Steuerwerk als Signal einen Impuls erhält, sobald der Energiespeicher, insbesondere der Kondensator, zum Erzeugen eines Zündfunkens entladen wird. Bei einem Fehlen dieses Impulses wird ebenfalls das Stop-Flag von einem ON-Wert auf einen OFF-Wert umgeschaltet. Als weitere Alternative kann vorgesehen sein, dass der Stopschalter das an das Steuerwerk angelegte Signal, insbesondere das Spulenspannungssignal, kurzschließt und bei Fehlen des Signals das Stop-Flag entsprechend verändert wird.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Magnetzündmoduls ist das Steuerwerk schaltungs- und/oder programmtechnisch derart ausgebildet, dass ein Umschalten des Stop-Flags von einem OFF-Wert zu einem ON-Wert nach Eintreten von einer oder mehrerer der nachfolgenden Bedingungen erfolgt:
Bedingung 1: Unterschreitung einer Mindestdrehzahl des Kleinmotors (n_ON).
Die Messung der Drehzahl kann über eine Auswertung der drehzahlabhängigen Ladespannung und/oder Spulenspannungssignale erfolgen.
Bedingung 2: Unterschreiten einer Mindestwinkelgeschwindigkeit des Kleinmotors.
Die Mindestwinkelgeschwindigkeit wird beispielsweise durch Messung der Zeit berechnet, die der Motor benötigt um von einer Winkelmarkierung zu einer nächsten Winkelmarkierung zu gelangen. Eine derartige Meßmethode ist in der Druckschrift DE 102 32 756 A1 offenbart, und der diesbezügliche Offenbarungsgehalt wird mittels Referenzierung in die vorliegende Anmeldung übernommen.
Bedingung 3: Erkennung eines zu geringen Drehzahlabfalls oder Erkennung eines Drehzahlanstiegs.
Die Messung der Drehzahl kann über eine Auswertung der drehzahlabhängigen Ladespannung und/oder Spulenspannungssignale erfolgen. Ein Drehzahlabfall und/oder -anstieg wird durch Vergleich der Drehzahl einer eben zurückgelegten Umdrehung, also der Umdrehung U(n), mit der Drehzahl einer davor zurückgelegten Umdrehung U(n-x) und Berechnung einer Drehzahldifferenz ermittelt. Vorzugsweise wird bei 2-Taktmotoren ein Vergleich mit der Drehzahl der direkt vorhergehenden, letzten Umdrehung, also U(n-1), und bei 4-Taktmotoren mit der Drehzahl der vorletzten Umdrehung, also U(n-2), verglichen. Sobald – beispielsweise wenn der Bediener an einem Starterseil des Kleinmotors während des Motorauslaufens anzieht – über die Drehzahldifferenz ein Drehzahlabfall ermittelt wird, der kleiner als ein vorgegebener Differenz-Grenzwert ist, und/oder sobald eine Drehzahlsteigerung vorliegt, ist Bedingung 3 erfüllt. Die Differenz-Grenzwerte sind vorzugsweise als eine Funktion der Drehzahl in einem vorzugsweise nicht-flüchtigen Speicher, insbesondere in einer Tabelle, hinterlegt, wobei insbesondere für höhere Drehzahlen geringere Differenz-Grenzwerte als für geringere Drehzahlen hinterlegt sind.
Bedingung 4: Eintreten einer Drehrichtungsumkehr und/oder eines Auspendelns
Diese Bedingung tritt ein, sobald ein Rückwärtslauf des Kleinmotors durch Drehrichtungsumkehr festgestellt wird. Eine Drehrichtungsumkehr kann beim Auslaufen des Kleinmotors auftreten, wenn der Motor den oberen Totpunkt (OT) aufgrund der Verdichtung im Zylinder des Kleinmotors nicht mehr überwinden kann und zurückpendelt.
Vorzugsweise wird das Stop-Flag nur von dem OFF-Wert auf den ON-Wert gesetzt, wenn eine oder mehrere der genannten Bedingungen für mehr als zwei aufeinanderfolgende Umdrehungen des Kleinmotors vorliegen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Steuerwerk schaltungs- und/oder programmtechnisch derart ausgebildet, dass die Umsetzung des Stop-Flags von dem OFF-Wert auf den ON-Wert nur freigegeben ist, sobald eine bestimmte Motordrehzahl (n_min_ON) unterschritten ist. Falls der Motor eine Antriebskupplung aufweist, wird diese Drehzahlschwelle vorzugsweise so gelegt, dass die Antriebskupplung geöffnet ist, also z.B. auf einen Wert kleiner als 4500 RPM und/oder beispielsweise kleiner als eine Einkuppeldrehzahl. Unterhalb der Einkuppeldrehzahl ist sichergestellt, dass eine eventuelle mechanische Last am Abtrieb des Motors (oder Antrieb für das Werkzeug) abgekoppelt ist und somit die Drehzahländerungen des Motors nicht mehr beeinflusst (Einflüsse sollen nur vom Motor und von der Startvorrichtung kommen). Vorzugsweise liegt die Drehzahlschwelle weiterhin unterhalb der Drehzahl, die durch die Startervorrichtung des Kleinmotors erreichbar ist.
Falls der Motor eine Antriebskupplung aufweist, wird diese Drehzahlschwelle vorzugsweise so gelegt, dass die Antriebskupplung geöffnet ist, also z.B. auf einen Wert kleiner als 4500 RPM. Vorzugsweise liegt die Drehzahlschwelle weiterhin unterhalb der Drehzahl, die durch die Startervorrichtung des Kleinmotors erreichbar ist. Die Maximaldrehzahl, welche der Anwender mit der Startvorrichtung erreicht, liegt z. B. bei 2500 RPM
Es liegt eine vorteilhafte Weiterbildung des Magnetzündmoduls vor, wenn das Steuerwerk insbesondere derart schaltungs- und/oder programmtechnisch ausgebildet ist, dass durch die Initialisierung des Steuerwerks, hervorgerufen durch ein POWER ON RESET, des Steuerwerks, das Stop-Flag von einem OFF-Wert auf einen ON-Wert gesetzt wird. Bei dieser Ausgestaltung wird das Stop-Flag vorzugsweise definiert auf dem OFF-Wert gehalten, bis die Versorgungsspannung des Steuerwerks unter die Mindestspannung zur Versorgung des Schreib-/Lese-/Arbeitsspeicher (RAM) gefallen ist. Vorzugsweise ist das Magnetzündmodul so ausgebildet, dass in diesem Zustand entweder die Ladespannung zu gering zur Erzeugung eines Zündfunkens ist und/oder das Steuerwerk eine LOW VOLTAGE RESET-Funktion aufweist, die bewirkt, dass kein Ansteuerimpuls zur Betätigung des Zündschalters ausgegeben wird und/oder das Auslösen der Zündung unterbunden, also geblockt wird. Bei einem Wiederstart des Kleinmotors wird durch das Ansteigen der Versorgungsspannung die POWER ON RESET-Funktion aktiviert, die bei einer nachfolgenden Initialisierung des Steuerwerks das Stop-Flag auf den ON-Wert setzt. Vorzugsweise kann ein Entladepfad für einen Speicherkondensator, der die Versorgungsspannung des Steuerwerks sicherstellt, vorgesehen sein, um die zeitliche Gesamttoleranz zur Erreichung des LOW VOLTAGE RESET – Zustands definiert einzuengen.
Es liegt eine bevorzugte Ausgestaltung des Magnetzündmoduls vor, wenn kein direkter Signalpfad vom Stopschalter zum Steuerwerk führt. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn der Zündschalter und/oder das Schaltelement zum Kurzschließen der Ladespannung parallel von Stopschalter und Steuerwerk angesteuert werden können.
Das der Erfindung zu Grunde liegende Problem wird ferner durch eine Anordnung nach Anspruch 19 gelöst, wobei die Anordnung vorzugsweise ein Magnetzündmodul mit einem oder mehrere der Merkmale der Ansprüche 5 bis 18 aufweist und insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 ausgebildet ist.
Es liegt eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 vor, wenn ein Magnetzündmodul nach einem oder mehrere der Ansprüche 4 bis 18 verwendet wird und/oder eine Anordnung nach Anspruch 19 eingesetzt wird.
Mit der Erfindung lassen sich eine Reihe von Vorteilen erzielen:
Der Wiederstart der Brennkraftmaschine vereinfacht und beschleunigt sich und wird insbesondere sofort und/oder noch während des Motor-Auslaufs möglich. Für den Stop-Schalter sind bisher gängige Standard-Ausführungen verwendbar, die auch Stromkontaktbelastungen mit Selbstreinigungseffekt aussetzbar sind, indem sie zum Kurzschließen gleicher Signale wie im Stand der Technik eingesetzt werden. Ein zusätzlicher Hardware-Aufwand entfällt (Kostenvorteil). Indem die erfindungsgemäße Stopschalter-Funktion sich im wesentlichen mittels Software realisieren lässt, kann an sich beispielsweise aus DE 102 02 422 bekannte Zündsteuerungs-Hardware im wesentlichen unverändert weiter verwendet werden. Die Anpassung an den allein hinzugefügten Stopschalter erfolgt maßgeblich durch Veränderung des internen (Programm-)Ablaufs im Schaltwerk.
Folgendes sei zusammengefasst: Die Erfindung betrifft ein Zündverfahren für Brennkraftmaschinen, ein Magnetzündmodul sowie eine Anordnung zur Durchführung des Zündverfahrens. Ein bekanntes Problem in der Start- und Stop-Phase, das sich zu einem temporären Komplettausfall der Brennkraftmaschine auswachsen kann, ist die Fehlbedienung der Brennkraftmaschine bei einem Wiederstart, d.h. ein Starten unmittelbar nach einem Stop der Brennkraftmaschine. Gewöhnlich wird eine Stop-Phase der Brennkraftmaschine durch Betätigung eines selbsthaltenden Stop-Schalters eingeleitet. Wenn nun der Anwender vor dem Wiederstart vergisst, den Stop-Schalter zu deaktivieren, führt dies zu einem "Absaufen" der Brennkraftmaschine, so dass diese für eine geraume Zeit nicht mehr gestartet werden kann. Zur Lösung dieses Problems wird ein Magnetzündmodul, ein Zündverfahren sowie eine Anordnung vorgeschlagen, wobei das Magnetzündmodul ein Steuerwerk und einen Stopschalter umfasst und das Steuerwerk schaltungs- und/oder programmtechnisch zur Erkennung des Zustands des Stopschalters aus der Veränderung von Signalen im Zündsystem des Magnetzündmoduls ausgebildet ist.
Weitere Einzelheiten, Merkmale, Merkmalskombinationen und Vorteile auf der Basis der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen:
1: ein Blockdiagramm eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Magnetzündmoduls,
2: ein Blockdiagramm eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Magnetzündmoduls,
3: ein Ablaufdiagramm für ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens, im dem ein Magnetzündmodul gemäß 1 oder 2 Anwendung findet.
Das Blockdiagramm in 1 ist bis auf den Stopschalter STOP in der Druckschrift DE 102 01 422 A1 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt in die vorliegende Anmeldung mittels Referenzierung vollständig übernommen wird.
1 zeigt in schematischer Darstellung im linken oberen Bereich ein Polrad P mit Permanentmagneten N, S. Während des Betriebs eines nicht-dargestellten Motors rotiert das Polrad und induziert eine Ladespannung V_L1 in eine Ladespule L1. Die Ladespannung wird über einen Brückengleichrichter G1 zu einem Zünd-Kondensator C1 geleitet. Der Zünd-Kondensator C1 dient zur Speicherung von Zündenergie zur Erzeugung eines Zündfunkens und wird bis zu einer Kondensatorspannung aufgeladen.
Die Entladung des Zünd-Kondensators C1 erfolgt durch Schließen eines Schaltelements S1, das durch eine programmierbare, elektronische Steuerung MC, beispielsweise einen Mikrokontroller, angesteuert wird. Nach Schließen des Schaltelements wird der Zünd-Kondensator über eine Primärspule L2 eines Zündübertragers L3, L2 entladen. Durch ein Windungsverhältnis der Sekundärspule L3 zur Primärspule L2 von etwa 100 lässt sich an der Sekundärspule L3 des Zündübertragers L2, L3 eine Amplitude von einigen 1000 Volt erzielen, wodurch an der Funkenstrecke FU einer Zündkerze einen Funkenüberschlag zur Entflammung des Brennstoff- Gemisches im Brennraum der Brennkraftmaschine erfolgt.
Wie bereits angesprochen, wird das Schaltelement S1, beispielsweise ein Thyristor, vom Mikrocontroller MC als elektronische Steuerung betätigt. Dessen Spannungsversorgung erfolgt von einem zweiten Gleichrichter U44 aus, der von der Ladespule L1 ebenso wie der erstgenannte Gleichrichter G1 gespeist wird.
Informationen über die Drehstellung der Kurbelwelle bzw. des Polrades P der Brennkraftmaschine erhält der Mikrocontroller aus der Wechselspannung V_L1 der Ladespule L1 über entsprechende Anschlussklemmen V_L1a, V_L1 b. Durch Vorbeibewegen des Polrades P an der Ladespule L1 ergibt sich ein Zyklus dreier Halbwellen I, II und III. Die erste Halbwelle I und die dritte Halbwelle III positiver Polarität einerseits und die zweite Halbwelle II negativer Polarität andererseits stehen an getrennten Klemmen als getrennte Signale V_L1a bzw. V_L1b zur Verfügung. Die Halbwelle II wird dem Mikrocontroller als Signal V_L1b gegebenenfalls über eine Anpassungsschaltung zu seiner Synchronisation mit den Polraddrehungen zugeführt.
Das andere, die Halbwellen I und III positiver Polarität liefernde Signal V_L1a wird dem Mikrocontroller mittelbar über ein RC-Differenzierglied U3 mit den passiven Bauelementen CS, RS, RP zugeführt. Durch die differenzierende Wirkung kann ein im Mikrocontroller MC ablaufendes Computerprogramm auf Extremalstellen bzw. Scheitelpunkte der Wechselspannung V_L1 reagieren und dabei Informationen über die Zeitpunkte bzw. Winkelpositionen T3, T2 gewinnen, wo die Scheitelwerte beziehungsweise Amplituden der Wechselspannungs-Halbwellen I, III auftreten. Das annähernd rechteckige Ausgangssignal V_diff entsteht durch die Verbindung der Ausgangsklemmen des Differenzierglieds U3 mit internen Klemmdioden des Mikrocontrollers an dessen, dem Differenzierglied zugeordneten Eingängen. Bei Zündsystemen mit flacheren Signalamplituden kann es zweckmäßig sein, dem Differenzierglied U3 aktive Signalformer, z. B. eine Transistorstufe in Emitterschaltung, nachzuschalten, und dann das Ausgangssignal dieses Emitterfolgers dem Mikrocontroller MC zuzuführen.
Der Mikrocontroller MC ist gemäss 1 noch extern mit einem Analog-Digital-Umsetzer U2, U1 beschaltet, dessen Eingang direkt mit der Ausgangsklemme bzw. dem Wechselspannungssignal V_L1a verbunden ist. Der Umsetzer kann mit dem an sich bekannten Wägeverfahren realisiert sein, das heisst, ein Komparator U2 vergleicht die an der Spule L1 abgegriffene Wechselspannung mit der Ausgangsspannung eines Digital-Analog-Umsetzers U1, dessen digitaler Eingangswert von einer Ausgangsschnittstelle des Mikrocontrollers sukzessive bis zum Erreichen des Messwerts gesetzt wird, was dem Mikrocontroller MC durch den Ausgang des Komparators U2 signalisiert wird.
In 1 ist ferner gestrichelt angedeutet, dass die Spannungsversorgung und/oder die zu verarbeitenden Spulensignale von anderen Spulen abgegriffen werden können, welche den Eisenkern K2 umgeben. Beispielsweise können die Wechselspannungs-Halbwellen I, II, III von der Primärspule L2 oder einer Hilfsspule L4 abgeleitet werden (in 1 punktiert angedeutet). Die Spannungsversorgungsschaltung U4 und (nicht gezeichnete) Ankoppel-Spannungsteiler sind an die entsprechenden Pegel anzupassen.
Um einen in Zusammenhang mit dem in 1 dargestellten Magnetzündmodul betriebenen Motor anzuhalten, ist ein Stop-Schalter STOP vorgesehen, der z.B. als Taster ausgebildet ist. Wird der Taster STOP geschlossen, so wird die an der Spule L1 anliegende Ladespannung V_L1 mit Masse kurzgeschlossen, wodurch die Ladespannung V_L1, zumindest jedoch die Spannung V_L1a, zusammenbricht. Als Folge des Spannungszusammenbruchs nimmt das Signal aus dem RC-Differenzierglied U3 ebenfalls den Spannungswert 0 V gegenüber Masse an. Auch das an dem Analog-Digital-Umsetzer U2, U1 anliegende Signal ist auf den Spannungswert 0 V gegenüber Masse zusammengebrochen. Der Mikrokontroller MC kann an seinen Eingängen somit nur noch Spannungssignale mit dem Wert 0V gegenüber Masse aufnehmen. Eine Routine der in dem Mikrokontroller MC ablaufenden Software schließt aus der Aufnahme der Nullspannungssignale, dass der Stop-Schalter STOP geschlossen wurde und der Anwender beabsichtigt den Motor abzustellen. In einem nächsten Schritt setzt der Mikrokontroller MC ein Stop-Flag in seinem internen Speicher von einem ON-Wert auf einen OFF-Wert. Als Folge des Umsetzens des Stop-Flags wird die Ansteuerung des Zündschalters S1 durch den Mikrokontroller MC unterbunden, so dass der Motor aufgrund des fehlenden Zündfunkens ausläuft. Ein in diesem Magnetzündmodul realisiertes Verfahren zum Rücksetzen des Stop-Flags von dem OFF-Wert auf den ON-Wert wird anhand der 3 erläutert.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Magnetzündmoduls in 1 ist vorgesehen, dass die Spannungsversorgung des Mikrokontrollers ein Energiespeicherelement aufweist, so dass die Versorgungsspannung für den Mikrokontroller MC nicht unmittelbar bei Betätigung des Stop-Schalters STOP zusammenbricht.
2 zeigt das Blockschaltbild eines anderen Ausführungsbeispiels eines Magnetzündmoduls. Wesentliche Bereiche des in 2 dargestellten Blockschaltbilds sind in der Druckschrift DE 197 36 032 A1 der Anmelderin beschrieben. Auf die dortige Offenbarung wird vollständig Bezug genommen; sie wird mittels Referenzierung in die vorliegende Anmeldung integriert.
Bei dem Magnetzündmodul in 2 wird analog zu dem Magnetzündmodul in 1 über ein Polrad P01, welches einen Permanentmagneten N, S und einen Polschuh K1 trägt, in einem Spulensatz U7, der mindestens eine Spule L1 aufweist, eine Spannung, insbesondere eine Ladespannung, induziert. Die induzierte Spannung oder ein Teil davon wird über einen ersten Gleichrichter U5 an einen Zünd-Kondensator U3 angelegt und lädt diesen bis zu einer Zünd- beziehungsweise Hochspannung UC auf.
Die Entladung des Zündkondensators U3 erfolgt analog wie bei dem Magnetzündmodul in 1. In Abweichung zu dem Magnetzündmodul in 1 werden dem Mikrokontroller U8 in 2 andere Steuer- und Spannungssignale zugeleitet wie nachfolgend erläutert wird:
Eine erste Signalleitung führt von dem Ladeteil LD, welches den Spulensatz U7 und die Gleichrichter U5 und U6 umfasst, zu einem vorzugsweise analogen Signaleingang des Mikrokontrollers U8, wobei in der Signalleitung eine Impulsumformerstufe U10 seriell zwischengeschaltet ist. In die erste Signalleitung werden die induzierten Wechselspannungen des Ladespulensatzes U7, insbesondere der Ladespule L1, eingespeist. Der Pegel der Wechselspannung wird mittels eines Impulsumformers U10 angepasst. Über den zeitlichen Verlauf der angepassten Signale können Informationen über die zeitabhängige Winkelposition des Polrads, die Drehzahl, die Drehrichtung und die momentane Winkelgeschwindigkeit durch eine Programmroutine im Mikrokontroller U8 abgeleitet werden. Zu weiteren Ausführungen zu der Ableitung der genannten Informationen wird auf die Druckschrift DE 197 36 032 A1 der Anmelderin verwiesen, in der auch verschiedene Ausführungsvarianten der Beschaltung offenbart sind.
Parallel zu der ersten Signalleitung führt eine Versorgungsleitung von dem Ladespulensatz U7, insbesondere von dem Gleichrichter U6, über ein Siebglied U9, in dem die von dem Gleichrichter U6 stammende pulsierende Gleichspannung gepuffert, geglättet und begrenzt wird, zu dem Mikrokontroller U8. Über die Versorgungsleitung erfolgt somit die Spannungsversorgung für den Mikrokontroller U8.
Eine zweite Signalleitung greift die Spannung zwischen Zündkondensator U3 und Zündspule U2 ab und führt das abgegriffene Signal über einen weiteren Impulsumformer zu einem RESET-Eingang des Mikrokontrollers. Der Impulsumformer U11 ist derart ausgebildet, dass ein RESET – Signal als Folge der Ansteuerung des Zündschalters U3 erzeugt wird und bis zum Ende des Zündfunkens anhält. Durch ein Verzögerungsglied U12 kann das RESET-Signal verlängert werden. Das RESET-Signal dient dazu, bei jedem Auslösen des Zündschalters die Aus- und Eingänge des Mikrokontrollers in einen definierten Zustand zu setzen und während der Dauer des Zündfunkens in diesem zu halten. Mit dem Ende des RESET-Signals erfolgt eine Neuinitialisierung des Microcontrollers U8, womit sichergestellt ist, dass dieser vor den Aktivitäten vor der nächsten Umdrehung sicher definiert arbeitet und somit jegliche auftretenden Störungen keine Auswirkungen auf die folgenden Umdrehungen haben.
Für ein Abschalten des Motors sind alternativ Stopschalter an zwei verschiedenen Positionen vorgesehen:
Ein erster Stopschalter schaltet die Ladespannung der Ladespule L1 oder zumindest einen wesentlichen Teil davon auf Masse (Erde). Als Folge davon wird über die erste Signalleitung kein angepasstes Signal an den Mikrokontroller U8 weitergeleitet, sondern an dem entsprechenden Eingang liegt ebenfalls nur Masse, also ein konstantes 0V-Signal, an. Aus dem Fehlen jeglicher Signalamplitude kann eine Routine in der Programmierung des Mikrokontrollers darauf schließen, dass der Stopschalter betätigt wurde und der Anwender den Motor anhalten möchte. Nach dieser Feststellung wird ein Stop-Flag von einem ON-Wert auf einen OFF-Wert gesetzt, mit der Folge, dass die Ansteuerung des Zündschalters U4 unterbunden wird und selbst bei einem Öffnen des Stop-Schalters kein Zündfunke erzeugt wird, solange das Stop-Flag auf den OFF-Wert gesetzt ist. Alternativ kann der Mikrokontroller auch so programmiert sein, dass aus einem Fehlen des RESET-Signals zu einem erwarteten Zeitpunkt auf die Betätigung des Stopschalters geschlossen wird.
Alternativ kann ein zweiter (gestrichelt gezeichneter) Stopschalter STOP vorgesehen sein, der so geschaltet ist, dass im betätigten Zustand des Stopschalters STOP das Ansteuerungssignal des Zündschalters U4, welches von dem Mikrokontroller U8 erzeugt wird, auf Masse gelegt wird. Bei dieser Ausführungsform wird durch den Stopschalter das Auslösen des Zündschalters U4 verhindert, mit der Folge, dass keine weiteren Zündfunken erzeugt werden. Bei dieser Ausführungsform wird durch das Fehlen des RESET-Signals auf eine Betätigung des Stop-Schalters geschlossen. Hier wird der Ansteuerimpuls an den Schalter U4 durch den gestrichelt gezeichneten STOP-Taster verhindert. Somit wird der Zündkondensator zwar geladen, aber nicht entladen, es wird also die Zündspannung verhindert (nicht kurzgeschlossen).
Ein in diesem Magnetzündmodul realisiertes Verfahren zum Rücksetzen des Stop-Flags von dem OFF-Wert auf den ON-Wert wird anhand der 3 erläutert.
3 zeigt ein Ablaufdiagramm für ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens, in dem ein Magnetzündmodul gemäß 1 oder 2 Anwendung findet. Das in dem Ablaufdiagramm gezeigte Verfahren wird vorzugsweise bei und/oder nach jeder Umdrehung des Motors durchlaufen.
In einem Schritt werden die Drehrichtung und die Drehzahl des Motors bzw. des mit der Welle, insbesondere Kurbelwelle, des Motors drehfest verbundenen Polrads erfasst.
Eine erste Abfrage klärt, ob das Stop-Flag einen ON-WERT oder einen OFF-Wert aufweist. Falls ein ON-Wert gesetzt ist, wird dieser Wert gehalten und das Ablaufdiagramm bei der nächsten Umdrehung des Motors wieder durchlaufen.
Falls der OFF-Wert gesetzt ist, wird in einer zweiten Abfrage abgeklärt, ob die Drehzahl unter einer bestimmten Grenze n_min_ON liegt. Der Wert n_min_ON definiert die Grenze, ab der software-technisch das Stop-Flag von einem OFF-Wert auf einen ON-Wert umgeschaltet werden darf und stellt eine Sicherheitsabfrage dar. Die Grenze n_min_ON kann als Parameter in einem Speicher des Mikrokontrollers hinterlegt sein. In Hinblick auf eine geeignete Höhe für den Wert n_min_ON wird auf die obige Erfindungsbeschreibung verwiesen.
Falls die tatsächliche Drehzahl oberhalb oder gleich der Grenze n_min_ON liegt, wird der OFF-Wert für das Stop-Flag gehalten und das Ablaufdiagramm bei der nächsten Umdrehung des Motors wieder durchlaufen. Falls die tatsächliche Drehzahl unterhalb der Grenze n_min_ON liegt, erfolgen weitere Abfragen:
Eine erste Abfrage prüft, ob die tatsächliche Drehzahl unterhalb einer zweiten Drehzahlgrenze n_ON liegt. Mit dieser Abfrage soll es ermöglicht werden, bei einer ausreichend kleinen Drehzahl einen Wiederstart zu ermöglichen.
Eine zweite Abfrage prüft, ob eine Drehrichtungsumkehr vorliegt. Eine Drehrichtungsumkehr liegt insbesondere vor, wenn der Motor „auspendelt„, d.h. wenn der Motor beim Auslaufen nicht mehr über den oberen Totpunkt dreht.
Eine dritte Abfrage prüft, ob kein ausreichender Drehzahlabfall vorliegt. Ein nicht ausreichender Drehzahlabfall liegt beispielsweise vor, wenn der Anwender während des Auslaufens des Motors durch Anziehen des Starterkabels einen Wiederstart versucht. In diesem Fall ist der Drehzahlabfall verringert oder es liegt sogar ein Drehzahlanstieg vor.
Wird nur eine der drei Abfragen mit „Ja„ beantwortet, so wird das Stop-Flag von dem OFF-Wert auf einen ON-Wert umgeschaltet und somit ein früher Wiederstart des Motors ermöglicht. Werden alle drei Abfragen verneint, wird das Stop-Flag weiterhin auf dem OFF-Wert gehalten und das Ablaufdiagramm wird bei der nächsten Umdrehung des Motors wieder durchlaufen.

STOP: Stopschalter
P: Polrad
N, S: Permanentmagnet
V_L1: Ladespannung
L1: Ladespule
G1: Brückengleichrichter
C1: Zünd-Kondensator
UC: Kondensatorspannung
S1: Schaltelement
MC: Steuerung
L2: Primärspule
L3, L2: Zündübertragers
L3: Sekundärspule
FU: Funkenstrecke
U44: zweiter Gleichrichter
G1: erster Gleichrichter
V_L1a, V_L1b: Anschlussklemmen
I, II, III: Halbwellen
U3: RC-Differenzglied
CS, RS, RP: passive Bauelemente
T3, T2: Zeitpunkte, Winkelpositionen
V_diff: Ausgangssignal
U2, U1: Analog-Digital-Umsetzer
K2: Eisenkern
L4: Hilfsspule
OV: Spannungswert
P01: Polrad
K1: Polschuh
U7: Spulensatz
U5: Gleichrichter
U8: Mikrokontrolle
LD: Ladeteil
U10: Impulsumformerstufe
U6: Gleichrichter
U9: Siebglied
U11: Impulsumformer
U12: Verzögerungsglied
n_min_ON: Wert

Claims

Zündverfahren für Brennkraftmaschinen, wobei ein Energiespeicherelement (U3, C1) unter Verwendung eines Magnetgenerators (P01, P), der abhängig von der Brennkraftmaschinen-Drehstellung eine Lade-Wechselspannung induziert, geladen wird, wobei das Energiespeicherelement (U3, C1) durch einen synchron zu der Lade-Wechselspannung betätigten Zündschalter (U4, S1) zum Auslösen der Zündung (FU, ZK1) entladen wird, wobei die Betätigung des Zündschalters (S1, U4) in Abhängigkeit vom Zustand der Brennkraftmaschine, beispielsweise von Signalen betreffend deren Drehstellung oder Drehzahl, erfolgt und zur Betätigung des Zündschalters (S1, U4) ein vorzugsweise programmierbares und/oder mikroelektronisches Steuerwerk (U8, MC) eingesetzt wird und wobei mittels Betätigung eines Stop-Schaltglieds (STOP), insbesondere eines Stop-Tasters, das Auslösen der Zündung (FU) unterbunden wird oder unterbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Steuerwerk (U8, MC) mittels Auswertung von Signalen über den Brennkraftmaschinen-Zustand auf den Zustand des Stop-Schaltglieds (STOP) geschlossen, entsprechende Informationsdaten erzeugt und davon abhängig die Betätigung des Zündschalters (S1, U4) gesperrt oder freigegeben wird.
Zündverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig von den Informationsdaten ein entsprechendes Stop-Flag geführt und/oder auf den Wert OFF oder ON gesetzt wird.
Zündverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Unterbinden der Zündung mittels des Stop-Schaltglieds (STOP), insbesondere des Stop-Tasters, durch Hardware-Einrichtungen vorzugsweise unabhängig vom Steuerwerk (U8, MC) erfolgt.
Zündverfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem Stop-Flag oder einer sonstigen Zustandsvariablen bei Erkennung der Betätigung des Stop-Schaltglieds ein OFF-Wert und bei Erkennung eines Wiederstarts der Maschine oder bei deren Auslaufens in den Stillstand dem Stop-Flag ein ON-Wert zugeordnet wird.
Magnetzündmodul für einen ein magnetisches Polrad (P, P01) oder sonstigen Magnetgenerator antreibenden Kleinmotor oder sonstige Brennkraftmaschine, insbesondere zum Ausführen des Verfahrens gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 oder einem der vorangehenden Ansprüche, mit einer oder mehreren Spulen (L1–L4), in denen durch das Polrad (P, P01) oder den Magnetgenerator Spannungen einschließlich einer Ladespannung (V_L1a, V_L1b) für ein Zünd-Energiespeicherelement (C1, U3) induzierbar sind, mit einem die Spannungen (V_L1a, V_L1b) abtastenden Steuerwerk (MC,U8), vorzugsweise einer Mikroprozessorsteuerung oder einer sonstigen mikroelektronischen Steuerung, zum Betätigen eines das Energiespeicherelement (C1, U3) über einen Zündübertrager (L2, L3) entladenden Zündschalters (S1, U4), und mit einem Stopschalter oder Tasterstop oder Stop-Schaltglied – nachfolgend zusammenfassend Stopschalter (STOP) genannt –, der zum Unterbinden der Zünd-Auslösung oder -Bildung ausgebildet und angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerwerk (MC, U8) schaltungs- und/oder programmtechnisch zur Erkennung des Zustands des Stopschalters (STOP) aus der Veränderung von Signalen im Zündsystem des Magnetzündmoduls und davon abhängig zum Sperren oder Freigeben der Betätigung des Zündschalters (S1, U4) ausgebildet ist.
Magnetzündmodul nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Steuerwerk (MC, U8) ein Stop-Flag vorgesehen ist, das die Werte ON oder OFF annehmen kann, und dass das Steuerwerk (MC, U8) schaltungs- und/oder programmtechnisch derart ausgebildet ist, dass das Stop-Flag auf Basis einer Auswertung von Signalen über den Maschinen-Zustand, mit der auf den Zustand des Stopschalters geschlossen wird, gesetzt und/oder geführt ist.
Magnetzündmodul nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Stop-Flag auf den Wert ON oder den Wert OFF setzbar ist, wobei in dem Zustand ON die Betätigbarkeit des Zündschalters (S1, U4) eingeschaltet ist und in dem Zustand OFF die Betätigbarkeit des Zündschalters (S1, U4) ausgeschaltet ist.
Magnetzündmodul nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerwerk schaltungs- und/oder programmtechnisch derart ausgebildet ist, dass der Stop-Flag Wert OFF erst gespeichert oder gesetzt wird, wenn die Betätigung des Stopschalters (STOP) für mehr als eine Motorumdrehung festgestellt wird.
Magnetzündmodul nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Signalleitungen zur Übertragung von Signalen in das Steuerwerk (MC, U8) über die Drehstellung und Drehzahl des rotierenden Polrades (P01) des Kleinmotors und/oder des Kleinmotors selbst, insbesondere zur Übertragung von Spulenspannungssignalen (V_L1a, V_L1b), die aus in den Spulen (L1–L4) durch das rotierende Polrad (P01) induzierte Spannungen abgeleitet sind, vorgesehen sind und/oder dass in dem Steuerwerk (MC, U8) eine Drehzahl- und Drehrichtungserfassung vorgesehen ist.
Magnetzündmodul nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerwerk (MC, U8) schaltungs- und/oder programmtechnisch derart ausgebildet ist, dass bei einer starken Reduzierung der Amplitude der Spulenspannungssignale, vorzugsweise bei einer Reduzierung um mehr als 50%, insbesondere mehr als 90%, das Stop-Flag von einem ON-Wert auf einen OFF-Wert zum Sperren der Betätigung des Zündschalters (S1, U4) gesetzt wird.
Magnetzündmodul nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerwerk (MC, U8) schaltungs- und/oder programmtechnisch derart ausgebildet ist, dass nach Erkennung einer Unterschreitung einer Mindestdrehzahl (n_ON) des Kleinmotors und/oder einer Unterschreitung einer Mindestwinkelgeschwindigkeit des Kleinmotors das Stop-Flag von einem OFF-Wert auf einen ON-Wert zur Freigabe der Betätigung des Zündschalters (S1, U4) gesetzt wird.
Magnetzündmodul nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerwerk (MC, U8) schaltungs- und/oder programmtechnisch derart ausgebildet ist, dass nach Erkennung des Auslaufens oder Wiederstarts des Kleinmotors durch das Steuerwerk (MC, U8) das Stop-Flag von einem OFF-Wert auf einen ON-Wert gesetzt wird.
Magnetzündmodul nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerwerk (MC, U8) schaltungs- und/oder programmtechnisch derart ausgebildet ist, dass bei Unterschreitung einer Drehzahlabfallgrenze bzw. bei Erkennung eines Drehzahlanstiegs durch das Steuerwerk das Stop-Flag von einem OFF-Wert auf einen ON-Wert zur Freigabe der Betätigung des Zündschalters (S1, U4) gesetzt wird, wobei vorzugsweise der Wert der Drehzahlabfallgrenze oder Drehzahlanstiegs eine Funktion der Drehzahl ist und/oder über eine hinterlegte Tabelle definiert ist.
Magnetzündmodul nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerwerk (MC, U8) schaltungs- und/oder programmtechnisch derart ausgebildet ist, dass bei Erkennung einer Drehzahlumkehr, insbesondere einem Auspendeln des Motors, durch das Steuerwerk der Stop-Flag von einem OFF-Wert auf einen ON-Wert zur Freigabe der Betätigung des Zündschalters (S1, U4) gesetzt wird.
Magnetzündmodul nach einem der Ansprüche 5 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerwerk (MC, U8) schaltungs- und/oder programmtechnisch derart ausgebildet ist, dass durch die Initialisierung des Steuerwerks, hervorgerufen durch eine POWER ON RESET – Funktion des Steuerwerks, das Stop-Flag von einem OFF-Wert auf einen ON-Wert zur Freigabe der Betätigung des Zündschalters (S1, U4) gesetzt wird.
Magnetzündmodul nach einem der Ansprüche 5 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslösung der STOP-Funktion mittels des Stop-Schalters (STOP), insbesondere eines mechanischen Tasters oder sonstigen Schaltglieds, unabhängig vom Mikrokontroller oder sonstigen Steuerwerk (MC, U8), eingerichtet ist, indem der Schalterausgang unmittelbar mit Leistungs- und/oder Starkstromkomponenten oder -elementen (V_L1a; U4; U5 zum Unterdrücken des Zündfunkens (FU) verbunden ist.
Magnetzündmodul nach einem der Ansprüche 5 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Speicher im Steuerwerk (MC, U8), insbesondere im Mikrokontroller, zur Speicherung des Betriebszustands beziehungsweise des Werts der Zustandsvariablen beziehungsweise des Stop-Flags (ON/OFF) vorgesehen ist.
Anordnung zur Durchführung des Zündverfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, insbesondere mit einem Magnetzündmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche 5 bis 18, mit einem Magnetgenerator (P, P01), der drehzahlabhängig Wechselspannungen induziert und dabei ein Energiespeicherelement (U3, C1) lädt, und mit einem die Wechselspannungen abtastenden, vorzugsweise programmierbaren Steuerwerk (U8, MC) zum Betätigen eines das Energiespeicherelement (U3, C1) über die Primärspule (L2) eines Zündüberträgers (U2) entladenden Zündschalters (U4), und mit einem Stop-Schaltglied (STOP), insbesondere Stop-Taster, zum Unterbinden der Zündauslösung, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Steuerwerk (MC, U8) ein zur Erfassung und Verfolgung des Zustands des Stop-Schaltglieds (STOP) eingerichtetes Funktionsmodul angelegt ist, das Zustandsinformationen, insbesondere ein oder mehrere Flags, über das Stop-Schaltglied verwaltet und aktualisiert, und das Steuerwerk (MC, U8) schaltungs- und/oder programmtechnisch dazu ausgebildet ist, die Betätigung des Zündschalters (S1, U4) abhängig von den Zustandsinformationen zu sperren oder freizugeben.
Anordnung nach Anspruch 18, mit dem Magnetzündmodul, dadurch gekennzeichnet, dass das Funktionsmodul dazu eingerichtet ist, die Zustandsinformationen aus Signalveränderungen im Magnetzündmodul zu berechnen und/oder abzuleiten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein Magnetzündmodul nach einem der Ansprüche 4 bis 17 und/oder eine Anordnung nach Anspruch 18 oder 19 eingesetzt wird.