DE102005002273A1

DE102005002273A1 - Verfahren zum Betrieb eines Einzylinder-Zweitaktmotors

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Publication number: DE102005002273A1
Application number: DE102005002273A
Authority: DE
Inventors: Eberhard Dipl.-Ing. Schieber; Heinrich Dipl.-Ing. Leufen; Mohamed Dr.-Ing. Abou-Aly; Hans Dipl.-Ing. Nickel; Heiko Dr.-Ing. Roßkamp; Jörg Dr.-Ing. Schlossarczyk; Klaus Dipl.-Ing. Geyer
Original assignee: Andreas Stihl AG and Co KG
Current assignee: Andreas Stihl AG and Co KG
Priority date: 2005-01-18
Filing date: 2005-01-18
Publication date: 2006-07-20
Anticipated expiration: 2025-01-19
Also published as: DE102005002273B4; US7325528B2; CN1824928A; US20060157006A1; FR2880922A1; FR2880922B1; JP2006200533A

Abstract

Ein Verfahren zum Betrieb eines Zweitaktmotors (1), der einen Zylinder (2), in dem ein Brennraum (5) ausgebildet ist, Einrichtungen zur Zufuhr von Kraftstoff und von Verbrennungsluft sowie eine Zündeinrichtung zur Zündung von Gemisch im Brennraum (5) besitzt, bei dem dem Zweitaktmotor (1) Kraftstoff und Verbrennungsluft zugeführt werden und das Gemisch im Brennraum (5) gezündet wird, wobei der Brennraum (5) von einem Kolben (7) begrenzt ist, der eine in einem Kurbelgehäuse (3) drehbar gelagerte Kurbelwelle (25) antreibt, und wobei eine Steuerung vorgesehen ist, die die Zufuhr von Kraftstoff und die Zündung des Gemischs im Brennraum (5) steuert, sieht vor, daß der Zweitaktmotor (1) in mindestens einem Betriebszustand so gesteuert wird, daß die Anzahl der Verbrennungen kleiner als die Anzahl der Umdrehungen der Kurbelwelle (25) im gleichen Zeitraum ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Einzylinder-Zweitaktmotor, insbesondere in einem handgeführten Arbeitsgerät wie einer Motorsäge, einem Trennschleifer oder dgl., der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.

Aus der DE 197 45 511 A1 ist ein Zweitaktmotor bekannt, bei dem bei jeder Kurbelwellenumdrehung im Bereich des unteren Totpunkts des Kolbens Kraftstoff in den Brennraum eingespritzt wird und das sich im Brennraum bildende Kraftstoff/Luft-Gemisch im Bereich des oberen Totpunkts des Kolbens gezündet wird.

Insbesondere bei hohen Drehzahlen können Zweitaktmotoren in einen Viertaktbetrieb fallen. Das bedeutet, daß nicht bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle eine Verbrennung erfolgt, sondern nur etwa bei jeder zweiten Umdrehung der Kurbelwelle. Der Viertaktbetrieb des Zweitaktmotors erfolgt dabei unregelmäßig, so daß in einigen Zyklen bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle eine Verbrennung erfolgt und in anderen, üblicherweise in mehreren Zyklen hintereinander, nur jede zweite Umdrehung der Kurbelwelle eine Verbrennung stattfindet. Dadurch ergibt sich ein unruhiger Lauf des Viertaktmotors, der sich insbesondere in einem stark schwankenden Laufgeräusch äußert, das für den Bediener störend sein kann.

Vor allem bei niedrigen Drehzahlen und kurz nach dem Starten des Zweitaktmotors, wenn der Zweitaktmotor noch kalt ist, kann es zu einer späten oder einer verschleppten Verbrennung im Brennraum des Zweitaktmotors kommen. Die verspätete Verbrennung im Brennraum führt dazu, daß der Druck im Brennraum erhöht ist, wenn die Überströmkanäle in den Brennraum öffnen. Dadurch wird der Druck im Kurbelgehäuse beeinflußt. Eine vollständige Spülung des Brennraums kann aufgrund der ungünstigen Druckverhältnisse nicht erfolgen. Da aufgrund der geänderten Druckverhältnisse nur eine verringerte Menge von Kraftstoff/Luft-Gemisch aus dem Kurbelgehäuse in den Brennraum übertreten kann, ist der Druck im Kurbelgehäuse erhöht. Dadurch kann die Gemischaufbereitung in einem Vergaser beeinflußt werden und das Verhältnis von Kraftstoff und Verbrennungsluft wird verändert. Aufgrund der veränderten Gemischzusammensetzung im Brennraum erfolgt auch die darauffolgende Verbrennung verspätet. Diese verspätete Verbrennung stört die Gemischaufbereitung für den folgenden Verbrennungszyklus, so daß sich eine dauerhafte Störung des Laufverhaltens des Zweitaktmotors ergibt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb eines Zweitaktmotors zu schaffen, mit dem auf einfache Weise ein ruhiges Laufverhalten des Zweitaktmotors erzielt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betrieb eines Zweitaktmotors mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Über die Steuerung der Anzahl der Verbrennungen bezogen auf die Anzahl der Umdrehungen der Kurbelwelle kann auf einfache Weise ein ruhiges, angenehmes Laufverhalten des Zweitaktmotors erzielt werden. Über die Steuerung wird vorgegeben, zu welchen Zyklen eine Verbrennung erfolgen soll. Dadurch kann der Zweitaktmotor nicht unkontrolliert und unregelmäßig in einen Viertaktbetrieb fallen. Bei einer verspäteten Verbrennung im Brennraum wird durch das Aussetzen der Verbrennung für mindestens einen Zyklus erreicht, daß der Brennraum gut gespült wird und sich das Druckniveau im Kurbelgehäuse auf ein normales Niveau absenken kann. Es kann eine gute Gemischaufbereitung im Vergaser erfolgen und die Verbrennung erfolgt nicht mehr verspätet. Dabei wird der Zweitaktmotor so gesteuert, daß die Anzahl der Verbrennungen kleiner als die Anzahl der Umdrehungen der Kurbelwelle ist, also nicht bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle eine Verbrennung erfolgen kann.

Vorteilhaft wird der Zweitaktmotor so gesteuert, daß die Anzahl der Verbrennungen in einem Verhältnis von eins zu zwei bis eins zu acht zur Anzahl der Umdrehungen der Kurbelwelle steht. Hierdurch kann ein angenehmes, gleichmäßiges Laufverhalten des Zweitaktmotors erzielt werden. Eine geringe Verbrennungsfrequenz, beispielsweise ein Verhältnis der Anzahl der Verbrennungen zur Anzahl der Umdrehungen der Kurbelwelle von eins zu sechs bis eins zu acht, ist insbesondere bei einem Motor mit großer Schwungmasse vorgesehen. Die Anzahl der Verbrennungen wird vorteilhaft nach einem vorgegebenen Muster gesteuert. Das Muster, nach dem die Steuerung erfolgt, besitzt insbesondere einen stochastischen Anteil. Hierdurch wird verhindert, daß sich der Zweitaktmotor auf eine Frequenz einschwingen kann. Durch Unregelmäßigkeiten, die durch den stochastischen Anteil des Musters hervorgerufen werden, kann ein für den Bediener angenehmes Laufverhalten des Zweitaktmotors erzielt werden.

Vorteilhaft wird die Anzahl der Verbrennungen so gesteuert, daß sich ein angenehmes Laufgeräusch des Zweitaktmotors ergibt. Über die Anpassung des Verhältnisses der Anzahl der Verbrennungen zur Anzahl der Umdrehungen der Kurbelwelle kann das Laufgeräusch für einen Zweitaktmotor eingestellt werden. Dabei kann das Verhältnis in unterschiedlichen Betriebszuständen des Verbrennungsmotors unterschiedlich gewählt werden. Durch die Anpassung des Verhältnisses der Anzahl der Verbrennungen zur Anzahl der Umdrehungen der Kurbelwelle kann ein gewünschtes Laufgeräusch auf einfache Weise eingestellt werden. Es ist vorgesehen, daß die Anzahl der Verbrennungen so gesteuert wird, daß sich ein stabiles Laufverhalten des Zweitaktmotors ergibt. Ein stabiles Laufverhalten ist insbesondere in Betriebszuständen notwenig, in denen eine Gefahr für eine verspätete Verbrennung im Brennraum und die damit einhergehende Störung des Laufverhaltens des Zweitaktmotors besteht. Um ein stabiles Laufverhalten zu erzielen, ist vorgesehen, daß der Zweitaktmotor so gesteuert wird, daß jede zweite Umdrehung der Kurbelwelle eine Verbrennung erfolgt. Damit wird dem Zweitaktmotor ein gleichmäßiger Viertaktbetrieb aufgezwungen, der eine rechtzeitige Verbrennung und eine gute Gemischaufbereitung sicherstellt.

Es ist vorgesehen, daß die Anzahl der Verbrennungen über die Steuerung der Kraftstoffzufuhr gesteuert wird. Insbesondere wird bei den Umdrehungen der Kurbelwelle, bei denen keine Verbrennung erfolgen soll, dem Zweitaktmotor kein Kraftstoff zugeführt. Das Laufgeräusch kann so einfach durch die Aussetzung der Kraftstoffzufuhr beeinflußt werden. Hierzu sind keine speziellen Einrichtungen notwendig, so daß auch bei bestehenden Zweitaktmotoren lediglich die Steuerung entsprechend eingerichtet werden muß. Veränderungen am Zweitaktmotor selbst sind nicht notwendig. Eine Beeinflussung des Laufgeräuschs kann auf einfache Weise auch dadurch erzielt werden, daß bei den Umdrehungen der Kurbelwelle, bei denen keine Verbrennung erfolgen soll, die Zündung ausgesetzt wird. Die Zündung kann dabei zusätzlich zur Kraftstoffzufuhr ausgesetzt werden. Es kann jedoch auch zweckmäßig sein, dem Zweitaktmotor weiter Kraftstoff zuzuführen und ausschließlich die Zündung auszusetzen. Dies kann vorteilhaft sein, wenn auf andere Weise eine ausreichende Kraftstoffzufuhr und/oder eine ausreichende Schmierung des Zweitaktmotors nicht gewährleistet werden kann. Bei einer Aussetzung der Kraftstoffzufuhr ist vorgesehen, daß bei den Umdrehungen der Kurbelwelle, bei denen Kraftstoff zugeführt wird, eine Kraftstoffmenge zugeführt wird, die gegenüber einer Kraftstoffzufuhr bei jeder Kurbelwellenumdrehung erhöht ist. Vorteilhaft wird gegenüber der Kraftstoffzufuhr bei jeder Kurbelwellenumdrehung etwa die 1,5-fache bis 5-fache Kraftstoffmenge zugeführt. Demnach ist zwar die in einem Zyklus eingespritzte Kraftstoffmenge höher, insgesamt ergibt sich jedoch ein geringerer Kraftstoffverbrauch, da beispielsweise bei jeder zweiten Kurbelwellenumdrehung die 1,5-fache Kraftstoffmenge oder bei jeder dritten Kurbelwellenumdrehung die doppelte Kraftstoffmenge zugeführt wird. Dadurch lassen sich der Kraftstoffverbrauch des Zweitaktmotors insgesamt und damit auch die Abgaswerte senken.

Es ist vorgesehen, daß die Beschleunigung der Kurbelwelle gemessen wird. Die zugeführte Kraftstoffmenge wird insbesondere in Abhängigkeit der gemessenen Beschleunigung der Kurbelwelle gesteuert. So kann bei einer zu geringen Beschleunigung der Kurbelwelle die Kraftstoffmenge erhöht und entsprechend bei einer zu hohen Beschleunigung die im folgenden Zyklus zugeführte Kraftstoffmenge verringert werden. Eine schnelle Anpassung der Drehzahl und damit eine einfache Möglichkeit der Drehzahlstabilisierung läßt sich erreichen, wenn die Anzahl der Verbrennungen in Abhängigkeit der gemessenen Beschleunigung der Kurbelwelle gesteuert wird. Über die Steuerung der zugeführten Kraftstoffmenge und die Steuerung der Anzahl der Verbrennungen kann so auf einfache Weise eine Drehzahlstabilisierung erreicht werden, die ebenfalls zu einem angenehmen, ruhigen Laufgeräusch des Zweitaktmotors führt. Aufgrund von Fehlzündungen oder einer ungünstigen Verteilung des Kraftstoffs im Brennraum kann es dazu kommen, daß bei einer Umdrehung der Kurbelwelle, bei der eine Verbrennung erfolgen sollte, trotz Kraftstoffzufuhr und Zündung des Gemisches keine vollständige Verbrennung erfolgt. Die unvollständige Verbrennung äußert sich in einer unzureichenden Beschleunigung der Kurbelwelle. Es ist vorgesehen, daß bei nicht erfolgter Beschleunigung der Kurbelwelle bei der folgenden Umdrehung der Kurbelwelle erneut Kraftstoff zugeführt wird. So kann die nicht erfolgte Verbrennung im folgenden Zyklus nach geholt werden und so ein angenehmes Laufgeräusch erzielt werden.

Der Betriebszustand, bei dem der Zweitaktmotor so gesteuert wird, daß die Anzahl der Verbrennungen kleiner als die Anzahl der Umdrehungen der Kurbelwelle im gleichen Zeitraum ist, ist insbesondere der Vollastbetrieb. Vorteilhaft kann jedoch auch im Leerlaufbetrieb ein angenehmes Laufgeräusch durch Verringerung der Anzahl der Verbrennungen erzielt werden. Insbesondere im Leerlaufbetrieb lassen sich hierdurch auch die Abgaswerte verringern. Durch die Verringerung der Anzahl der Verbrennungen, insbesondere durch den Betrieb des Zweitaktmotors im Leerlauf in einem Viertaktbetrieb kann das Laufverhalten des Zweitaktmotors stabilisiert werden. Vorzugsweise wird die Anzahl der Verbrennungen auch über eine vorgegebene Betriebsdauer nach dem Starten des Zweitaktmotors verringert. In diesem Betriebszustand läuft der Zweitaktmotor warm. In diesem Zustand kann es zu einer verzögerten Verbrennung im Brennraum kommen. Um zu verhindern, daß sich die verzögerte Verbrennung aufgrund des erhöhten Kurbelgehäusedruckniveaus und der gestörten Gemischaufbereitung immer weiter fortsetzt, ist eine Verringerung der Anzahl der Verbrennungen vorgesehen. Dabei erfolgt vorzugsweise jede zweite Umdrehung der Kurbelwelle eine Verbrennung, so daß der Zweitaktmotor im Viertaktbetrieb betrieben wird und in dem zwischen zwei Verbrennungen liegenden Zyklus eine gute Spülung des Brennraums und eine Absenkung des Druckniveaus im Kurbelgehäuse erfolgen kann. Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, die Anzahl der Verbrennungen noch weiter abzusenken. Vorzugsweise ist der Betriebszustand, beim dem der Zweitaktmotor so gesteuert wird, daß die Anzahl der Verbrennungen kleiner als die Anzahl der Umdrehungen der Kurbelwelle im gleichen Zeitraum ist, fest vorgegeben. In den Betriebszuständen, in denen die Verbrennung häufig verspätet erfolgt, wie im Leerlaufbetrieb oder nach dem Starten des Zweitaktmotors wird demnach von vornherein eine geringere Anzahl von Verbrennungen vorgesehen. Ebenso wird bei Betriebszuständen, in denen der Motor in einen unkontrollierten Viertaktbetrieb fällt, wie im Vollastbetrieb oder beim Leerlauf, die Anzahl der Verbrennungen verringert. Dadurch, daß die Betriebszustände, in denen die Anzahl der Verbrennungen verringert ist, fest vorgegeben wird, sind keine aufwendigen Maßnahmen zur Erfassung des Zeitpunkts der Verbrennung oder eines unregelmäßigen Laufverhaltens des Zweitaktmotors notwendig. Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, daß Sensoren zur Erfassung von Parametern des Motors, die für das Laufverhalten kennzeichnend sind, vorgesehen sind. Dabei kann beispielsweise der Zeitpunkt der Verbrennung oder ob eine Verbrennung statt gefunden hat, erfaßt werden. In diesem Fall erfolgt eine Verringerung der Anzahl der Verbrennungen nur dann, wenn ein unruhiger Lauf des Zweitaktmotors herrscht.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Seitenansicht eines Zweitaktmotors, der weitgehend kraftstofffreie Luft über eine Kolbentasche ansaugt,
2 eine Seitenansicht auf den Zweitaktmotor aus 1 in Richtung des Pfeils II-II in 1,
3 eine schematische Seitenansicht eines Zweitaktmotors mit Spülvorlagen-Funktion,
4 bis 6 Diagramme der Verbrennung über dem Kurbelwellenwinkel.
Der in 1 gezeigte Zweitaktmotor 1 besitzt einen Zylinder 2, an dessen Außenseite Kühlrippen 24 angeordnet sind. Im Zylinder 2 ist ein in 1 gestrichelt angedeuteter Kolben 7 hin- und hergehend gelagert. Der Kolben 7 treibt über ein Pleuel 15 eine in einem Kurbelgehäuse 3 um die Kurbelwellenachse 10 drehbar gelagerte Kurbelwelle 25 an. Am Zylinder 2 mündet ein Einlaß 4, über den dem Zweitaktmotor 1, der als Einzylindermotor ausgebildet ist, weitgehend kraftstofffreie Verbrennungsluft zugeführt wird.
Der Zweitaktmotor 1 besitzt mindestens einen Überströmkanal 12, der das Kurbelgehäuse 3 im Bereich des unteren Totpunkts des Kolbens 7 mit einem Brennraum 5 verbindet. Der Brennraum 5 wird vom Zylinder 2 und dem Kolben 7 begrenzt. Insbesondere sind zwei oder vier symmetrisch zu einer den Einlaß 4 mittig teilenden Mittelebene angeordnete Überströmkanäle 12 vorgesehen. Der Kolben 7 besitzt die in 1 gestrichelt angedeutete Kolbentasche 30. Es können auch zwei beidseitig des Einlasses 4 angeordnete Kolbentaschen 30 vorgesehen sein. Der Luftkanal kann auch über ein oder mehrere Rückschlagventile, insbesondere Membranventile, in die Überströmkanäle münden. Die Kolbentasche 30 verbindet im Bereich des oberen Totpunkts des Kolbens 7 den Einlaß 4 mit dem Überströmkanal 12, so daß die Verbrennungsluft über den Einlaß 4 und die Kolbentasche 30 in den Überströmkanal 12 und von dort ins Kurbelgehäuse 3 strömt. Dadurch wird der Überströmkanal 12 mit weitgehend kraftstofffreier Verbrennungsluft vollständig gespült. Im Zylinder 2 kann ein Dekompressionsventil 9 angeordnet sein, über das der Brennraum 5 zum leichteren Starten des Zweitaktmotors 1 entlüftet werden kann. Am Zylinder 2 ist eine Zündkerze 8 angeordnet, die in den Brennraum 5 ragt. Aus dem Zylinder 2 führt ein Auslaß 6, durch den die Abgase aus dem Brennraum 5 ausströmen können.
Zur Zufuhr von Kraftstoff ist ein Ventil 18 vorgesehen, das insbesondere als elektromagnetisches Ventil ausgebildet ist. Das Ventil 18 kann jedoch auch an einer Einspritzdüse integriert sein. Das Ventil 18 ist in ein Zündmodul 20 integriert. Das Ventil 18 wird von einer Steuerung, beispielsweise einer zentralen Steuereinheit (CPU) gesteuert, die im Zündmodul 20 angeordnet ist. Über eine Leitung 19 steuert das Zündmodul 20 die Zündung der Zündkerze 8. Zur Erzeugung der Zündenergie ist auf der Kurbelwelle 25 an einem drehfest auf der Kurbelwelle 25 angeordneten Lüfterrad 11 ein Magnet 21 festgelegt. Wie 2 zeigt, ist am Umfang des Lüfterrads 11 am Zündmodul 20 ein Blechpaket 26 mit einer in den Figuren nicht dargestellten Zündspule angeordnet. Der Magnet 21 induziert in der Zündspule eine Spannung, die den Zündfunken in der Zündkerze 8 erzeugt. Das Zündmodul 20 ist über Befestigungsschrauben 23 am Zylinder 2 festgelegt.
Das am Zündmodul 20 integrierte elektromagnetische Ventil 18 ist über eine Kraftstoffleitung 14 mit der im Kraftstofftank 13 angeordneten Kraftstoffpumpe 16 verbunden. Die Kraftstoffpumpe 16 kann als Membranpumpe ausgebildet sein und wird vom schwankenden Kurbelgehäusedruck angetrieben. Hierzu ist die Kraftstoffpumpe 16 über eine Impulsleitung 22 mit dem Kurbelgehäuse 3 verbunden. Die Kraftstoffpumpe 16 fördert den Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 13 in einen Kraftstoffspeicher 17, von wo er zum elektromagnetischen Ventil 18 gelangt. Im Kraftstoffspeicher 17 kann ein Druckregelventil angeordnet sein, das über eine Rücklaufleitung mit dem Kraftstofftank verbunden sein kann.
Wie 2 zeigt, wird die Verbrennungsluft, die dem Zweitaktmotor 1 über den Einlaß 4 zugeführt wird, über einen Luftfilter 29 sowie einen Luftkanal 27 angesaugt. Im Luftkanal 27 ist eine Drosselklappe 28 zur Steuerung der zugeführten Luftmenge angeordnet.
Im Betrieb des Zweitaktmotors 1 wird im Bereich des oberen Totpunkts des Kolbens 7 weitgehend kraftstofffreie Verbrennungsluft aus dem Einlaß 4 über das Kolbenfenster 30 und den Überströmkanal 12 ins Kurbelgehäuse 3 angesaugt. Zur Schmierung des Kurbelgehäuses 3 führt das Ventil 18 der Verbrennungsluft zu Beginn der Ansaugphase zweitakttypisches Kraftstoff/Öl-Gemisch zu. Das Kraftstoff/Öl-Gemisch wird von der Verbrennungsluft ins Kurbelgehäuse 3 gefördert und der Überströmkanal 12 wird anschließend weitgehend vollständig mit kraftstofffreier Luft gefüllt. Das Kraftstoff/Öl-Gemisch und die Verbrennungsluft werden beim Abwärtshub des Kolbens 7 im Kurbelgehäuse 3 komprimiert. Sobald der Kolben 7 den Überströmkanal 12 zum Brennraum 5 hin öffnet, strömt zunächst kraftstofffreie Luft und anschließend Kraftstoff/Öl/Luft-Gemisch aus dem Kurbelgehäuse 3 in den Brennraum 5. Im anschließenden Aufwärtshub des Kolbens 7 wird das Gemisch im Brennraum 5 verdichtet und – von der am Zündmodul 20 integrierten Steuerung gesteuert – durch die Zündkerze 8 gezündet. Das gezündete Gemisch expandiert bei der Verbrennung, so daß der Kolben 7 in Richtung auf das Kurbelgehäuse 3 gedrückt wird. Die Abgase strömen durch den Auslaß 6 aus dem Brennraum 5 aus und werden von der durch den Überströmkanal 12 nachströmenden weitgehend kraftstofffreien Luft ausgespült.
Insbesondere bei hohen Drehzahlen fällt der Zweitaktmotor 1 abschnittsweise in einen Viertaktbetrieb, das heißt, daß etwa jede zweite Umdrehung der Kurbelwelle 25 eine Verbrennung von Gemisch im Brennraum 5 erfolgt. Da der Zweitaktmotor unregelmäßig jede oder jede zweite Umdrehung der Kurbelwelle 25 Gemisch verbrennt, ergibt sich ein unruhiges Laufgeräusch. Um ein ruhiges, angenehmes Laufgeräusch des Zweitaktmotors 1 zu erzeugen, ist vorgesehen, daß der Zweitaktmotor 1 in mindestens einem Betriebszustand, insbesondere im Vollastbetrieb, so gesteuert wird, daß die Anzahl der Verbrennungen kleiner als die Anzahl der Umdrehungen der Kurbelwelle 25 ist. Der Zweitaktmotor 1 wird dabei so gesteuert, daß sich ein angenehmes Laufgeräusch ergibt.
Im Vollastbetrieb des Zweitaktmotors 1 wird hierzu im Bereich des oberen Totpunkts des Kolbens 7 Verbrennungsluft aus dem Einlaß 4 über die Kolbentasche 30 und den Überströmkanal 12 ins Kurbelgehäuse 3 angesaugt. In dieser Phase kann eine Einspritzung von Kraftstoff zur Schmierung des Kurbelgehäuses er folgen. Die Verbrennungsluft wird im Kurbelgehäuse 3 beim Abwärtshub des Kolbens 7 verdichtet und strömt über den Überströmkanal 12 in den Brennraum 5, sobald der Überströmkanal 12 zum Brennraum 5 hin öffnet. Nachdem ein Teil der Verbrennungsluft in den Brennraum 5 übergetreten ist, wird über das elektromagnetische Ventil 18 Kraftstoff in die durch den Überströmkanal 12 strömende Verbrennungsluft eingespritzt. Der Kraftstoff tritt in den Brennraum 5 ein. Dort wird er beim Aufwärtshub des Kolbens 7 verdichtet und von der Zündkerze 8 gezündet. Anschließend expandiert das verbrennende Gemisch im Brennraum 5 und drückt den Kolben 7 zum Kurbelgehäuse 3. Die Abgase strömen durch den Auslaß 6 aus. Im Bereich des oberen Totpunkts des Kolbens 7 wird durch den Einlaß 4 Verbrennungsluft für den nächsten Zyklus angesaugt. Bei der Abwärtsbewegung des Kolbens 7 tritt die Verbrennungsluft aus dem Kurbelgehäuse 3 über den Überströmkanal 12 in den Brennraum 5 über. In diesem Zyklus erfolgt jedoch keine Zugabe von Kraftstoff zur Verbrennungsluft, so daß keine Verbrennung im Brennraum 5 erfolgen kann und der Brennraum 5 mit weitgehend kraftstofffreier Luft gespült wird. Es kann jedoch die Zufuhr einer geringen Kraftstoffmenge, beispielsweise zur Schmierung, vorgesehen sein. Die Kraftstoffmenge wird dabei so gesteuert, daß im Brennraum 5 kein zündfähiges Gemisch entsteht. Es muß dabei auch keine Zündung durch die Zündkerze 8 erfolgen. Die Luft verläßt den Brennraum 5 durch den Auslaß 6. Im Vollastbetrieb ist vorgesehen, daß nur etwa jede zweite bis jede achte Kurbelwellenumdrehung eine Verbrennung erfolgt.
Anstatt den Zweitaktmotor 1 so zu steuern, daß die Kraftstoffzufuhr in den Zyklen, in denen keine Verbrennung erfolgen soll, ausgesetzt oder verringert wird, kann auch lediglich die Zündung des Zweitaktmotors 1 ausgesetzt werden. Vorteilhaft wird sowohl die Zündung als auch die Zufuhr von Kraftstoff in Zyklen, in denen keine Verbrennung erfolgen soll, ausgesetzt, so daß in diesen Zyklen eine Spülung des Brennraums 5 mit weitgehend kraftstofffreier Luft erfolgt, so daß sich geringe Abgaswerte ergeben. Die für die Zündung der Zündkerze im Zündmodul 20 gespeicherte Energie kann über mehrere Umdrehungen der Kurbelwelle 25 zwischengespeichert werden, so daß die zur Zündung zur Verfügung stehende Energie erhöht werden kann.
Bei einer Steuerung der Anzahl der Verbrennungen über die Steuerung der Zufuhr von Kraftstoff erfolgt die Zufuhr von Kraftstoff insbesondere getaktet. Die etwa jede zweite bis jede achte Kurbelwellenumdrehung zugeführte Kraftstoffmenge ist jedoch gegenüber einer bei jeder Kurbelwellenumdrehung erfolgenden Kraftstoffzufuhr erhöht. Vorteilhaft wird etwa die 1,5-fache bis 5-fache Kraftstoffmenge zugeführt. Um sicherzustellen, daß jede zweite bis jede achte Kurbelwellenumdrehung eine Verbrennung erfolgt, wird überwacht, ob eine Beschleunigung der Kurbelwelle 25 erfolgte, um festzustellen, ob das Gemisch im Brennraum 5 gezündet und verbrannt wurde. Dazu wird von der zentralen Steuereinheit (CPU) der zeitliche Abstand zwischen den Zündimpulsen durch den umlaufenden Magnet 21 ermittelt. Hierzu kann aber auch beispielsweise die Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle 25 gemessen werden. Zur Messung der Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle ist der in 1 gezeigte Sensor 37 vorgesehen, der über die Leitung 38 mit der im Zündmodul 20 integrierten Steuerung verbunden ist. Bei nicht erfolgter Verbrennung des Gemisches bzw. Beschleunigung der Kurbelwelle wird bei der folgenden Umdrehung der Kurbelwelle erneut Kraftstoff zugeführt und/oder das Gemisch gezündet. Dies erfolgt über die im Zündmodul 20 integrierte Steuerung. Überschreitet die Beschleunigung einen vorgegebenen Wert, der beispielsweise von der gewünschten Drehzahl abhängen kann, so wird der zeitliche Abstand zur folgenden Kraftstoffzufuhr gesteuert durch die CPU verlängert. Hierdurch kann die Drehzahl stabilisiert werden. Zur Stabilisierung der Drehzahl kann außerdem die zugeführte Kraftstoffmenge je Zyklus variiert werden. Über die Variation des zeitlichen Abstands zwischen zwei aufeinanderfolgenden Kraftstoffzuführungen und der jeweils zugeführten Kraftstoffmenge ist eine einfache Stabilisierung der Drehzahl möglich. Die Stabilisierung der Drehzahl führt zu einem ruhigen, angenehmen Laufgeräusch des Zweitaktmotors 1.
Es kann vorteilhaft sein, das Laufgeräusch des Zweitaktmotors 1 im Leerlaufbetrieb dadurch zu steuern, daß die Anzahl der Verbrennungen kleiner als die Anzahl der Umdrehungen der Kurbelwelle 25 im gleichen Zeitraum gewählt wird. Durch die Steuerung der Anzahl der Verbrennungen im Leerlaufbetrieb können die sich im Leerlaufbetrieb einstellenden Abgaswerte bei der Steuerung durch die Kraftstoffzufuhr wesentlich verringert werden. Insbesondere im Leerlauf kann über die Steuerung der Anzahl der Verbrennungen die Leerlaufdrehzahl stabilisiert werden. Der Kraftstoff wird im Leerlauf insbesondere während des Überströmens der Verbrennungsluft aus dem Kurbelgehäuse 3 in den Brennraum 5 in den Überströmkanal 12 eingespritzt. Eine Zufuhr von Kraftstoff zum Kurbelgehäuse 3 zur Schmierung der Kurbelwelle 25 ist nicht notwendig.
Im Leerlaufbetrieb und während einer vorgegebenen. Zeitdauer nach dem Starten des Zweitaktmotors, während der der Zweitaktmotor warmläuft, ist vorgesehen, daß die Anzahl der Verbrennungen kleiner als die Anzahl der Umdrehungen der Kurbelwelle 25 im gleichen Zeitraum gewählt wird. Insbesondere in diesen Betriebszuständen besteht die Gefahr einer verzögerten Verbrennung im Brennraum. Die verzögerte Verbrennung führt zu einem erhöhten Druckniveau im Kurbelgehäuse und zu einer unvollständigen Spülung des Brennraums. Durch die unvollständige Spülung wird auch im darauffolgenden Zyklus eine verzögerte Verbrennung eingeleitet, so daß sich die Störung fortsetzt. Dies kann durch eine Aussetzung der Verbrennung, vorzugsweise in jedem zweiten Zyklus, vermieden werden. Der Zweitaktmotor wird demnach im Viertaktbetrieb betrieben. Die Verbrennung kann durch Aussetzen der Zündung und/oder durch Aussetzen der Zufuhr von Kraftstoff erreicht werden. Vorzugsweise sind die Betriebszustände, in denen die Anzahl der Verbrennung verringert wird, fest vorgegeben. Dadurch können Einrichtungen zur Erfassung eines unruhigen Laufs des Zweitaktmotors entfallen. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, daß Einrichtungen zur Ermittlung des Laufverhaltens des Zweitaktmotors vorgesehen sind und die Anzahl der Verbrennungen nur in den Betriebszuständen verringert wird, in denen das Laufverhalten tatsächlich unruhig ist.
In den 4 bis 6 ist die Zufuhr von Kraftstoff über dem Kurbelwellenwinkel α (2) aufgetragen. Bei der in 4 gezeigten Taktung der Zufuhr von Kraftstoff erfolgt die Zufuhr von Kraftstoff getaktet alle zwei Umdrehungen der Kurbelwelle.
Der Beginn der Kraftstoffeinspritzung erfolgt demnach jeweils nach 720° Kurbelwellenwinkel α. Die Einspritzung von Kraftstoff ist in 4 durch die Balken 40 angedeutet. Alle zwei Umdrehungen der Kurbelwelle erfolgt eine Zufuhr von Kraftstoff, wobei die zugeführte Kraftstoffmenge jeweils konstant ist. Dadurch wird dem Zweitaktmotor 1 durch gezielte Steuerung ein Viertaktbetrieb aufgezwungen, so daß der Zweitaktmotor 1 nicht unkontrolliert paketweise in den Viertaktbetrieb wechseln kann. Durch den aufgezwungenen Viertaktbetrieb ergibt sich ein angenehmes Laufgeräusch des Zweitaktmotors 1. Im Leerlauf und beim Warmlaufen des Motors kann durch den aufgezwungenen Viertaktbetrieb eine vollständige Spülung des Brennraums erreicht und ein verzögerte Verbrennung vermieden werden. Insbesondere bei Zweitaktmotoren, bei denen die Gemischaufbereitung in einem Vergaser erfolgt, kann eine Störung der Gemischaufbereitung durch die rechtzeitige Verbrennung vermieden werden.
5 zeigt ein Diagramm der Kraftstoffzufuhr, bei dem die durch den Balken 41 angedeutete Kraftstoffzufuhr alle vier Umdrehungen der Kurbelwelle 25 erfolgt. Die Kraftstoffzufuhr in einem Zyklus erfolgt demnach in einem Abstand von 1440° Kurbelwellenwinkel α zum Beginn der vorangegangenen Kraftstoffzufuhr.
Bei der in 6 schematisch angedeuteten Taktung erfolgt die Zufuhr von Kraftstoff, also beispielsweise die Kraftstoffeinspritzung, alle vier Kurbelwellenumdrehungen, also nach 1440° Kurbelwellenwinkel α. Dies ist durch die Balken 42 angedeutet. Dieser konstanten Taktung ist eine stochastische Verlängerung oder Verkürzung des Intervalls zur Stabilisierung der Drehzahl und Beeinflussung des Laufgeräuschs durch die CPU zwischen zwei aufeinanderfolgenden Kraftstoffzuführungen überlagert. So erfolgt die durch den Balken 43 angedeutete Kraftstoffzufuhr nicht bereits nach einem Kurbelwellenwinkel α von 2880°, sondern erst nach 3240°, also eine Umdrehung der Kurbelwelle 25 später. Zur Senkung der aktuellen Drehzahl nach einem Zündaussetzer oder einer nicht erfolgten Verbrennung erfolgt die durch den Balken 44 angedeutete Kraftstoffzufuhr nicht in einem Abstand von 1440° Kurbelwellenwinkel α zur vorangegangenen Kraftstoffzufuhr, also nicht bei 7560° Kurbelwellenwinkel α, sondern bereits drei Umdrehungen der Kurbelwelle früher, nämlich bei einem Kurbelwellenwinkel α von 6480°. Hierdurch wird eine kurzfristige Drehzahlanhebung erreicht. Zwischen der Kraftstoffzufuhr, die durch den Balken 44 angedeutet ist, und der vorangegangenen Kraftstoffzufuhr liegt demnach nur eine Umdrehung der Kurbelwelle 25. Das vorgegebene Muster der Verbrennung setzt sich somit aus dem konstanten Anteil einer alle vier Umdrehungen der Kurbelwelle 25 erfolgenden Verbrennung sowie einem überlagerten stochastischen Anteil zusammen. Der stochastische Anteil verhindert, daß sich der Zweitaktmotor 1 auf eine feste Frequenz einschwingen kann, was zu weiterer unerwünschter Geräuschentwicklung und/oder Vibrationsentwicklung führen kann.
Wie in 6 zusätzlich angedeutet ist, kann die zugeführte Kraftstoffmenge in den Zyklen auch noch durch einen verkürzten oder verlängerten Takt entsprechend angepaßt werden. Bei verkürztem Takt wird demnach weniger Kraftstoff zugeführt und bei verlängertem Takt wird mehr Kraftstoff zugeführt. Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, zu jedem Takt die gleiche Kraftstoffmenge zuzuführen.
Eine Zündung des Gemisches erfolgt nur in den Motorzyklen, in denen das elektromagnetische Ventil 18 Kraftstoff zugeführt hat. Hierzu kann das Zündmodul 20 eine Einrichtung zur Speicherung besitzen, beispielweise einen Kondensator, in dem die über mehrere Umdrehungen der Kurbelwelle 25 in der Zündspule induzierte Energie gespeichert wird. Der von der Zündkerze 8 erzeugte Zündfunke kann dadurch über eine längere Zeitdauer aufrechterhalten werden. Dadurch kann sichergestellt werden, daß bei einer gewünschten Zündung durch die Zündkerze 8 das im Brennraum 5 angeordnete Gemisch auch tatsächlich verbrennt.
In 3 ist ein Ausführungsbeispiel eines Einzylinder-Zweitaktmotors 31 dargestellt. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen dabei gleiche Bauteile wie in den 1 und 2. Der Zweitaktmotor 31 besitzt einen Einlaß 4 für weitgehend kraftstofffreie Luft sowie einen Gemischeinlaß 34. Am Gemischeinlaß 34 ist ein in 3 schematisch gezeigter Vergaser 32 angeordnet, in dem eine Drosseleinrichtung, hier eine schwenkbar gelagerte Drosselklappe 36, angeordnet ist. Im Bereich der Drosselklappe 36 mündet in den im Vergaser 32 ausgebildeten Gemischkanal 33 eine Kraftstofföffnung 35, die dem Gemischkanal 33 Kraftstoff zuführt. Es ist vorgesehen, daß über den Vergaser 32 im Vollastbetrieb des Zweitaktmotors 31 mindestens ein Teil des Kraftstoffs zugeführt wird. Im Leerlaufbetrieb erfolgt die Kraftstoffzufuhr über das am Zündmodul 20 inte grierte Ventil 18. Dadurch kann eine Schmierung des Kurbelgehäuses 3 im Vollastbetrieb auf einfache Weise erreicht werden. Gleichzeitig kann eine ausreichende Kraftstoffversorgung sichergestellt werden.
Die Kraftstoffzufuhr kann auch über ein am Kurbelgehäuse angeordnetes Ventil oder eine andere Einrichtung zur Zufuhr von Kraftstoff erfolgen. Dadurch, daß das Laufverhalten, insbesondere die Geräuschentwicklung, nur durch die Steuerung des Zweitaktmotors beeinflußt wird, kann das Laufverhalten auch bei bestehenden Zweitaktmotoren durch Änderung der Steuerung beeinflußt werden.

Claims

Verfahren zum Betrieb eines Einzylinder-Zweitaktmotors, wobei der Zweitaktmotor (1) einen Zylinder (2), in dem ein Brennraum (5) ausgebildet ist, Einrichtungen zur Zufuhr von Kraftstoff und von Verbrennungsluft sowie eine Zündeinrichtung zur Zündung von Gemisch im Brennraum (5) besitzt, wobei dem Zweitaktmotor (1) Kraftstoff und Verbrennungsluft zugeführt werden und das Gemisch im Brennraum (5) gezündet wird, wobei der Brennraum (5) von einem Kolben (7) begrenzt ist, der eine in einem Kurbelgehäuse (3) drehbar gelagerte Kurbelwelle (25) antreibt und wobei eine Steuerung vorgesehen ist, die die Zufuhr von Kraftstoff und die Zündung des Gemischs im Brennraum (5) steuert, dadurch gekennzeichnet, daß der Zweitaktmotor (1) in mindestens einem Betriebszustand so gesteuert wird, daß die Anzahl der Verbrennungen kleiner als die Anzahl der Umdrehungen der Kurbelwelle (25) im gleichen Zeitraum ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zweitaktmotor (1) so gesteuert wird, daß die Anzahl der Verbrennungen in einem Verhältnis von eins zu zwei bis eins zu acht zur Anzahl der Umdrehungen der Kurbelwelle (25) steht.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Verbrennungen nach einem vorgegebenen Muster gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Muster, nach dem die Steuerung erfolgt, einen stochastischen Anteil besitzt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Verbrennungen so gesteuert wird, daß sich ein angenehmes Laufgeräusch des Zweitaktmotors (1) ergibt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Verbrennungen so gesteuert wird, daß sich ein stabiles Laufverhalten des Zweitaktmotors (1) ergibt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zweitaktmotor (1) so gesteuert wird, daß jede zweite Umdrehung der Kurbelwelle (25) eine Verbrennung erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Verbrennungen über die Steuerung der Kraftstoffzufuhr gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei Umdrehungen der Kurbelwelle (25), bei denen keine Verbrennung erfolgen soll, dem Zweitaktmotor (1) kein Kraftstoff zugeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei den Umdrehungen der Kurbelwelle (25), bei denen keine Verbrennung erfolgen soll, die Zündung ausgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei den Umdrehungen der Kurbelwelle (25), bei denen Kraftstoff zugeführt wird, eine Kraftstoffmenge zugeführt wird, die gegenüber einer Kraftstoffzufuhr bei jeder Kurbelwellenumdrehung erhöht ist.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß gegenüber der Kraftstoffzufuhr bei jeder Kurbelwellenumdrehung etwa die 1,5-fache bis 5-fache Kraftstoffmenge zugeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschleunigung der Kurbelwelle (25) gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die zugeführte Kraftstoffmenge in Abhängigkeit der gemessenen Beschleunigung der Kurbelwelle (25) gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Verbrennungen in Abhängigkeit der gemessenen Beschleunigung der Kurbelwelle (25) gesteuert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß bei nicht erfolgter Zündung des Gemisches bei der folgenden Umdrehung der Kurbelwelle (25) erneut Kraftstoff zugeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein Betriebszustand, bei dem der Zweitaktmotor (1) so gesteuert wird, daß die Anzahl der Verbrennungen kleiner als die Anzahl der Umdrehungen der Kurbelwelle (25) im gleichen Zeitraum ist, der Leerlaufbetrieb ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß ein Betriebszustand, bei dem der Zweitaktmotor (1) so gesteuert wird, daß die Anzahl der Verbrennungen kleiner als die Anzahl der Umdrehungen der Kurbelwelle (25) im gleichen Zeitraum ist, der Vollastbetrieb ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß ein Betriebszustand, bei dem der Zweitaktmotor (1) so gesteuert wird, daß die Anzahl der Umdrehungen der Kurbelwelle (25) im gleichen Zeitraum ist, eine vorgegebene Betriebsdauer nach dem Starten des Zweitaktmotors (1) herrscht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß ein Betriebszustand, bei dem der Zweitaktmotor (1) so gesteuert wird, daß die Anzahl der Verbrennungen kleiner als die Anzahl der Umdrehungen der Kurbelwelle (25) im gleichen Zeitraum ist, fest vorgegeben ist.