DE102008003223A1

DE102008003223A1 - Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors

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Publication number: DE102008003223A1
Application number: DE102008003223A
Authority: DE
Inventors: Claus Dip.-Ing. Naegele; Hans Dipl.-Ing. Nickel
Original assignee: Andreas Stihl AG and Co KG
Current assignee: Andreas Stihl AG and Co KG
Priority date: 2007-01-25
Filing date: 2008-01-04
Publication date: 2008-07-31
Anticipated expiration: 2028-01-05
Also published as: DE102008003223B4

Abstract

Ein Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors (1), bei dem ein Glühzündzustand des Verbrennungsmotors (1) ermittelt wird, sieht vor, dass bei der Ermittlung des Glühzündzustands mindestens ein Drehzahlwert des Verbrennungsmotors ermittelt und ausgewertet wird. Der Verbrennungsmotor (1) besitzt einen Zylinder (2), in dem ein Brennraum (3) ausgebildet ist, wobei der Brennraum (3) von einem hin- und hergehend gelagerten Kolben (5) begrenzt ist. Der Kolben (5) treibt über ein Pleuel (6) eine Kurbelwelle (7) an. Der Verbrennungsmotor (1) besitzt eine Einrichtung zur Zufuhr von Kraftstoff und eine Zündeinrichtung zur Zündung von Kraftstoff/Luft-Gemisch im Brennraum (3).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors, bei dem ein Glühzündzustand des Verbrennungsmotors ermittelt wird, der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.
Aus der DE 694 17 843 T2 ist ein Verfahren zur Ermittlung eines Glühzündzustands, also eines Selbstzündzustands, eines Verbrennungsmotors bekannt, bei dem zur Ermittlung eines Glühzündzustands die Zündkerze herangezogen wird. Dazu wird der Strom an der Zündkerze gemessen und ausgewertet. Dies erfordert eine vergleichsweise aufwendige Auswerteelektronik.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors, bei dem ein Glühzündzustand des Verbrennungsmotors ermittelt wird, anzugeben, das eine einfache und schnelle Ermittlung eines Glühzündzustands ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Es hat sich gezeigt, dass der Drehzahlverlauf eines Verbrennungsmotors im Glühzündzustand gleichmäßiger ist als bei normaler, fremdgezündeter Verbrennung. Bei der erfindungsgemäßen Ermittlung eines Glühzündzustands wird dieser unterschiedliche Drehzahlverlauf des Verbrennungsmotors herangezogen. Die Drehzahl kann auf einfache Weise ermittelt werden, beispielsweise über einen an der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors angeordneten Generator. Eine Drehzahlermittlung erfolgt üblicherweise ohnehin, da die Drehzahlinformation für die Steuerung des Verbrennungsmotors ohnehin benötigt wird. Dadurch werden keine zusätzlichen Sensoren oder Schaltungen an der Zündkerze benötigt.
Vorteilhaft wird über die Auswertung des Drehzahlwerts ein Anzeichen für einen Glühzündzustand ermittelt. Um ein Anzeichen für einen Glühzündzustand zu ermitteln, ist eine einfache Auswertung des Drehzahlsignals ausreichend, so dass die Steuerung, die die Auswertung vornimmt, einfach ausgebildet sein kann. Insbesondere wird bei Vorliegen eines Anzeichens für einen Glühzündzustand die Zündung des Verbrennungsmotors ausgesetzt, und der Verlauf der Drehzahl des Verbrennungsmotors bei ausgesetzter Zündung wird ermittelt. Der Drehzahlverlauf bei ausgesetzter Zündung ist charakteristisch dafür, ob ein Glühzündzustand vorliegt oder nicht. Fällt die Drehzahl beim Aussetzen der Zündung ab, so herrscht Normalbetrieb. Bleibt die Drehzahl trotz ausgesetzter Zündung konstant, bedeutet dies, dass weiter Verbrennungen stattfinden, dass das Gemisch also selbstständig zündet. Hier liegt ein Glühzündzustand vor. Dadurch kann auf einfache Weise festgestellt wer den, ob tatsächlich ein Glühzündzustand vorliegt. Vorteilhaft wird die Zündung über mehrere Motorzyklen ausgesetzt, um eine deutliche Drehzahlreaktion zu erzielen.
Vorteilhaft wird als Drehzahlwert die Drehzahldifferenz zwischen aufeinanderfolgenden Motorzyklen ermittelt. Dabei wird insbesondere die Drehzahl eines gesamten Motorzyklus betrachtet. Drehzahlschwankungen innerhalb eines Motorzyklus fließen vorteilhaft nicht in die Ermittlung der Drehzahldifferenz ein. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Drehzahldifferenz anhand der Drehzahl zu einem bestimmten Zeitpunkt eines Motorzyklus bestimmt wird. Es ist vorgesehen, dass die Drehzahldifferenz mit einem Drehzahldifferenzgrenzwert verglichen wird. Die Drehzahldifferenz ist beim Vorliegen eines Glühzündzustands aufgrund des gleichmäßigen Motorlaufs erheblich geringer als die Drehzahldifferenz im Normalbetrieb. Da auch im Normalbetrieb mehrere Motorzyklen mit annähernd konstanter Drehzahl vorkommen können, ist vorgesehen, dass das Ergebnis des Vergleichs von Drehzahldifferenz und Drehzahldifferenzgrenzwert über mehrere Motorzyklen ausgewertet wird.
Die Auswertung des Vergleichsergebnisses kann auf einfache Weise mittels eines Zählers erfolgen, der erhöht wird, wenn die Drehzahldifferenz kleiner als der Drehzahldifferenzgrenzwert ist und der erniedrigt wird, wenn die Drehzahldifferenz größer als der Drehzahldifferenzgrenzwert ist. Der Zähler gibt damit ein Maß für die Anzahl der Motorzyklen mit großer Drehzahlschwankung zu den Motorzyklen mit geringer Drehzahlschwankung an. Es ist vorgesehen, dass der Zähler mit einem Zählergrenzwert verglichen wird, wobei das Erreichen des Zählergrenzwerts ein Anzeichen für das Vorliegen eines Glühzündzustands ist. Zweckmäßig wird der Zähler nach Erreichen des Zählergrenzwerts auf seinen Ausgangswert zurückgesetzt.
Glühzünden tritt bei Verbrennungsmotoren nur in einem bestimmten Drehzahlband oberhalb einer minimalen und unterhalb einer maximalen Drehzahl auf. Es ist vorgesehen, dass überwacht wird, ob die Drehzahl in einem Drehzahlband liegt, in dem Glühzünden auftreten kann, und dass der Zähler auf seinen Ausgangswert zurückgesetzt wird, wenn die Drehzahl außerhalb des Drehzahlbands liegt.
In dem Drehzahlband, in dem Glühzünden auftreten kann, ist nicht nur die Drehzahldifferenz zwischen aufeinanderfolgenden Motorzyklen in einem Glühzündzustand gering, sondern auch die Standardabweichung der Drehzahl. Es ist vorgesehen, dass zur Ermittlung eines Glühzündzustands des Verbrennungsmotors ermittelt wird, ob die Drehzahl in einem Drehzahlband liegt, in dem Glühzünden auftreten kann. Wenn die Drehzahl in dem Drehzahlband liegt, ist vorgesehen, dass zur Ermittlung eines Glühzündzustands die Standardabweichung der Drehzahl ermittelt wird. Aus der Standardabweichung der Drehzahl kann direkt auf das Vorliegen eines Glühzündzustands geschlossen werden. Dabei wird insbesondere die Standardabweichung der Drehzahl eines vollen Motorzyklus ermittelt. Drehzahlschwankungen innerhalb eines Motorzyklus werden vorteilhaft nicht berücksichtigt. Insbesondere wird die Standardabweichung mit einem Grenzwert für die Standardabweichung verglichen, wobei bei Unterschreiten des Grenzwerts ein Glühzündzustand vorliegt. Aus dem Vergleich der Standardabweichung mit dem Grenzwert für die Standardabweichung kann direkt auf das Vorliegen eines Glühzündzustands geschlossen werden. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass zusätzlich die Zündung ausgesetzt und die Drehzahlreaktion ermittelt wird, um sicherzustellen, dass tatsächlich ein Glühzündzustand vorliegt. Dies ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn der Grenzwert für die Standardabweichung nahe an Standardabweichungen liegt, die im normalen Motorbetrieb auftreten.
Vorteilhaft wird als Drehzahlwert eine mittlere Drehzahl ermittelt. Eine mittlere Drehzahl kann auf einfache Weise ermittelt werden. Die mittlere Drehzahl gibt Auskunft über das Drehzahlniveau des Verbrennungsmotors. Vorteilhaft ist der Verbrennungsmotor ein Verbrennungsmotor, bei dem die Drehzahl durch Aussetzen der Zündung des Verbrennungsmotors begrenzt wird. Eine Drehzahlbegrenzung durch Aussetzen der Zündung ist insbesondere bei Verbrennungsmotoren vorgesehen, die in handgeführten Arbeitsgeräten wie Heckenscheren oder Trennschleifern eingesetzt werden, die im üblichen Betrieb im Bereich der Abregeldrehzahl arbeiten. Bei diesen Arbeitsgeräten erfolgt im Betrieb regelmäßig ein Aussetzen der Zündung. Der sich einstellende Drehzahlverlauf im Bereich der Abregeldrehzahl kann auf einfache Weise genutzt werden, um einen Glühzündzustand zu ermitteln. Dies kann beispielsweise durch Ermittlung der mittleren Drehzahl erfolgen. Liegt diese mittlere Drehzahl um einen vorgegebenen Wert oberhalb der Abregeldrehzahl, so liegt ein Glühzündzustand vor. Oberhalb der Abregeldrehzahl kann jedoch auch die Drehzahldifferenz zwischen zwei aufeinanderfolgenden Motorzyklen genutzt werden, um einen Glühzündzustand zu ermitteln. Steigt die Drehzahl zwischen zwei Motorzyklen um mehr als einen vorgegebenen Grenzwert für den Drehzahlanstieg an, so liegt ein Glühzündzustand vor, da die Zündung des Motors ausgesetzt ist und ohne Glühzünden nur ein geringer Drehzahlanstieg oder ein Drehzahlabfall möglich sind.
Vorteilhaft wird durch Vergleich des Drehzahlwerts mit einem Grenzwert für diesen Drehzahlwert direkt ermittelt, ob ein Glühzündzustand vorliegt. Dies ist dadurch möglich, dass der Drehzahlwert, der bei einem Verbrennungsmotor ermittelt wird, bei dem die Drehzahl durch Aussetzen der Zündung begrenzt ist, die Drehzahlentwicklung nach dem Aussetzen der Zündung bereits berücksichtigen kann. So kann auf einfache Weise ein Glühzündzustand ermittelt werden.
Bei erkanntem Glühzündzustand ist vorgesehen, dass Maßnahmen gegen Glühzünden eingeleitet werden. Vorteilhaft wird dem Verbrennungsmotor eine erhöhte Kraftstoffmenge zugeführt, um den Glühzündzustand zu beenden. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Kraftstoffzufuhr stark verringert oder unterbrochen wird, um den Glühzündzustand zu beenden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische, perspektivische und teilgeschnittene Darstellung eines Verbrennungsmotors,
2 ein Ablaufdiagramm für die Durchführung des Verfahrens,
3 ein Diagramm, das den Verlauf der Standardabweichung der Drehzahl in Abhängigkeit der Drehzahl bei unterschiedlichen Motorzuständen zeigt,
4 ein Ablaufdiagramm für die Durchführung einer Ausführungsform des Verfahrens,
5 ein Diagramm, das den Verlauf der Drehzahl und den Verlauf eines Zählers im Normalbetrieb des Motors angibt,
6 ein Diagramm, das den Verlauf der Drehzahl und eines Zählers im Glühzündbetrieb eines Verbrennungsmotors angibt,
7 einen Verlauf der Drehzahl in Abhängigkeit der Zeit,
8 den Verlauf eines Zählers über der Zeit bei dem Drehzahlverlauf aus 7,
9 ein Diagramm, das die Zündung in Abhängigkeit der Zeit für den in 7 gezeigten Drehzahlverlauf und den in 8 gezeigten Verlauf eines Zählers angibt,
10 ein Diagramm, das den Verlauf der Drehzahl eines Verbrennungsmotors im Bereich der Abregeldrehzahl angibt,
11 und 12 Ablaufdiagramme zur Durchführung von Ausführungsformen des Verfahrens.
Der in 1 gezeigte Verbrennungsmotor 1 ist als Einzylindermotor ausgebildet. Der Verbrennungsmotor 1 ist ein Zweitaktmotor, der insbesondere zum Antrieb des Werkzeugs in einem handgeführten Arbeitsgerät wie einer Motorsäge, einem Trennschleifer, einem Freischneider oder dgl. dient. Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch bei einem Viertaktmotor eingesetzt werden. Der Verbrennungsmotor 1 besitzt einen Zylinder 2, in dem ein Brennraum 3 ausgebildet ist. Der Brennraum 3 ist von einem Kolben 5 begrenzt, der im Zylinder 2 hin- und hergehend gelagert ist. Der Kolben 5 treibt über ein Pleuel 6 eine in einem Kurbelgehäuse 4 drehbar gelagerte Kurbelwelle 7 rotierend an. Auf der Kurbelwelle 7 ist ein Lüfterrad 21 drehfest gelagert. Das Lüfterrad 21 trägt Polschuhe 19, die in einem Zündmodul 20, das am Umfang des Lüfterrads 21 angeordnet ist, eine Spannung für einen Zündfunken generieren. Im Bereich des Lüfterrads 21 ist an der Kurbelwelle 7 ein Generator 18 angeordnet. Es kann auch vorgesehen sein, dass der Generator 18 die Spannung zur Erzeugung eines Zündfunkens erzeugt. Der Generator 18 liefert außerdem ein Signal, aus dem sich die Drehzahl des Verbrennungsmotors 1 ermitteln lässt.
Der Verbrennungsmotor 1 besitzt einen Einlass 9, der am Zylinder 2 mündet und der im Bereich des oberen Totpunkts des Kol bens 5 mit dem Kurbelgehäuse 4 verbunden ist. Über den Einlass 9 wird ins Kurbelgehäuse 4 Verbrennungsluft angesaugt. Der Einlass 9 ist mit einem Ansaugkanal 14 verbunden. In dem Ansaugkanal 14 ist eine Drosselklappe 13 schwenkbar gelagert. An der Drosselklappe 13 ist ein Drosselklappensensor 23 angeordnet, der die Drehstellung der Drosselklappe 13 erfasst.
Aus dem Brennraum 3 führt ein Auslass 8. Das Kurbelgehäuse 4 ist im Bereich des unteren Totpunkts des Kolbens 5 über zwei einlassnahe Überströmkanäle 10 und zwei auslassnahe Überströmkanäle 11 mit dem Brennraum 3 verbunden. In 1 ist jeweils einer der Überströmkanäle 10 und 11 gezeigt. Die beiden anderen Überströmkanäle 10 und 11 sind symmetrisch hierzu angeordnet. In den einlassnahen Überströmkanal 10 mündet ein Ventil 15, das dem Überströmkanal 10 Kraftstoff zuführt. Das Ventil 15 ist über eine Kraftstoffleitung 16 mit einem nicht gezeigten Kraftstofftank verbunden. Das Ventil 15 besitzt eine Steuerungsleitung 17, die mit einer Steuerung 22 des Verbrennungsmotors 1 verbunden ist. Mit der Steuerung 22 sind auch der Generator 18 und der Drosselklappensensor 23 verbunden. In den Brennraum 3 ragt eine Zündkerze 12, die ebenfalls mit der Steuerung 22 verbunden ist. Die Steuerung 22 ist außerdem mit dem Zündmodul 20 verbunden. Die Steuerung 22 kann auch am Zündmodul 20 integriert sein. Die Zündkerze 12 bildet zusammen mit dem Zündmodul 20 die Zündeinrichtung des Verbrennungsmotors 1.
Im Betrieb des Verbrennungsmotors 1 wird beim Aufwärtshub des Kolbens 5 Verbrennungsluft aus dem Ansaugkanal 14 über den Einlass 9 ins Kurbelgehäuse 4 angesaugt. Beim Abwärtshub des Kolbens 5 wird die Verbrennungsluft im Kurbelgehäuse 4 verdichtet. Der abwärtsfahrende Kolben 5 öffnet die Überström– kanäle 10 und 11, so dass die Verbrennungsluft aus dem Kurbelgehäuse 4 in den Brennraum 3 einströmen kann. In die in den Brennraum 3 einströmende Luft dosiert das Ventil 15 Kraftstoff zu. Das Ventil 15 kann außerdem Kraftstoff ins Kurbelgehäuse 4 dosieren, wenn die Überströmkanäle 10 und 11 zum Brennraum 3 geschlossen ist. Dadurch kann eine Schmierung des Kurbelgehäuses 4 erreicht werden. Die Verbrennungsluft und der Kraftstoff bilden im Brennraum 3 ein Kraftstoff/Luft-Gemisch, das von dem aufwärtsfahrenden Kolben 5 verdichtet und im Bereich des oberen Totpunkts des Kolbens 5 von der Zündkerze 12 gezündet wird. Die Verbrennung beschleunigt den Kolben 5 in Richtung auf das Kurbelgehäuse 4. Der abwärtsfahrende Kolben 5 öffnet den Auslass 8, so dass Abgase durch den Auslass 8 in einen am Verbrennungsmotor 1 angeordneten Abgasschalldämpfer einströmen können.
Im Betrieb des Verbrennungsmotors 1 kann es zu einem Glühzünden kommen. In diesem Fall zündet das Kraftstoff/Luft-Gemisch im Brennraum 3 selbsttätig, bevor von der Zündkerze 12 ein Zündfunken generiert wird. Beim Glühzünden werden sehr hohe Temperaturen und Drücke im Brennraum 3 erreicht. Dies führt zu einer sehr großen mechanischen und thermischen Belastung des Verbrennungsmotors 1. Deshalb ist der Glühzündzustand unerwünscht.
In 2 ist ein Verfahren zur Ermittlung eines Glühzündzustands und zum Unterbinden des Glühzündzustands gezeigt. Dazu wird die Drehzahl n eines gesamten Motorzyklus erfasst.
Ein Motorzyklus ist bei einem Zweitaktmotor dabei eine gesamte Umdrehung der Kurbelwelle, während bei einem Viertaktmotor ein Motorzyklus zwei Umdrehungen der Kurbelwelle umfasst. Im Verfahrensschritt 45 wird zunächst überprüft, ob die ermittelte Drehzahl n oberhalb einer unteren Drehzahl n_min und unterhalb einer oberen Drehzahl n_max liegt. Bei üblichen Verbrennungsmotoren kann ein Glühzünden nur in einem bestimmten Drehzahlband nahe der Nenndrehzahl auftreten. Die untere Drehzahlgrenze n_min kann dabei bei etwa 10.000 Umdrehungen pro Minute liegen. Die obere Drehzahlgrenze n_max kann beispielsweise bei etwa 14.000 Umdrehungen pro Minute gesetzt sein. Die Drehzahlgrenzen n_min und n_max sind für jeden Verbrennungsmotor geeignet zu wählen. Liegt die momentane Drehzahl nicht innerhalb dieses Drehzahlbands, kann kein Glühzünden vorliegen. Das Verfahren ist für diese Motorzyklen damit beendet.
Liegt die gemessene Drehzahl n innerhalb des Drehzahlbands, wird die Standardabweichung σ im Verfahrensschritt 46 ermittelt. Für die Ermittlung der Standardabweichung σ der Drehzahl n ist die Speicherung einer Vielzahl von Drehzahlwerten notwendig. Die Standardabweichung σ wird mit einem Grenzwert σ_grenz für die Standardabweichung verglichen. Liegt die Standardabweichung σ oberhalb des Grenzwerts σ_grenz für die Standardabweichung, so liegt kein Glühzünden vor. Der Verfahrensdurchlauf ist beendet.
Ist die Standardabweichung σ kleiner oder gleich dem Grenzwert σ_grenz für die Standardabweichung, so liegt ein Glühzündzustand vor. Im Verfahrensschritt 47 werden deshalb Maßnahmen unternommen, um den Glühzündzustand zu beenden. Hierzu wird insbe sondere über das Ventil 15 zusätzlicher Kraftstoff zugeführt, der ein Anfetten des Gemischs im Brennraum 3 bewirkt. Ein Anfetten des Gemischs unterbindet das Glühzünden.
Liegt der Grenzwert σ_grenz für die Standardabweichung nahe an der Standardabweichung, die bei normalen Betriebszuständen erreicht wird, kann im Verfahrensschritt 47 zunächst vorgesehen sein, dass die Zündung des Verbrennungsmotors ausgesetzt und die Drehzahlreaktion des Verbrennungsmotors 1 überwacht wird. Fällt die Drehzahl n des Verbrennungsmotors 1 nach dem Aussetzen der Zündung ab, so liegt kein Glühzündzustand, sondern normaler Betrieb vor. Bleibt die Drehzahl n nach dem Aussetzen der Zündung weitgehend konstant, so liegt ein Glühzünden vor.
In 3 ist der Verlauf der Standardabweichung für unterschiedliche Betriebszustände des Verbrennungsmotors 1 in Abhängigkeit der Drehzahl n aufgetragen. Die Kurven 37 bis 42 zeigen die Standardabweichung σ im Normalbetrieb des Motors, während die Kurven 43 und 44 Glühzündzustände des Verbrennungsmotors 1 zeigen. Die Kurven 37 bis 39 zeigen den Verlauf der Standardabweichung σ in Teillast, wobei die Kurve 37 die niedrige Teillast, die Kurve 38 die mittlere Teillast und die Kurve 39 die obere Teillast zeigen. In der niedrigen Teillast ist die Drosselklappe 13 etwa halb geöffnet. Bei mittlerer und oberer Teillast ist die Drosselklappe 13 entsprechend weiter geöffnet. Die Kurve 42 zeigt den Verlauf der Standardabweichung σ bei Volllast, also bei vollständig geöffneter Drosselklappe 13. Bei Volllast liegt die Standardabweichung σ geringfügig oberhalb eines Grenzwerts σ_grenz für die Standard abweichung σ. Die Kurve 42 gibt dabei den Verlauf der Standardabweichung σ bei optimal eingestelltem Kraftstoff/Luft-Verhältnis an. Die Kurve 40 zeigt den Verlauf der Standardabweichung σ bei Volllast und bei magerem Kraftstoff/Luft-Gemisch, während die Kurve 41 den Verlauf der Standardabweichung σ bei Volllast und zu fettem Kraftstoff/Luft-Gemisch zeigt. Wie 3 zeigt, liegen im Normalbetrieb die sich ergebenden Standardabweichungen σ für unterschiedliche Lastzustände und über einen weiten Drehzahlbereich oberhalb des Grenzwerts σ_grenz für die Standardabweichung σ.
Die Kurve 43 gibt den Verlauf der Standardabweichung σ beim Hochlaufen des Verbrennungsmotors bei einem Glühzündzustand an. Die Standardabweichung σ fällt dabei mit steigender Drehzahl n ab, wobei die Standardabweichung σ etwa ab der unteren Drehzahl n_min unterhalb des Grenzwerts σ_grenz für die Standardabweichung σ liegt. Die Kurve 44 zeigt den Verlauf der Standardabweichung σ im Normalbetrieb bei Glühzündzustand. Auch hier liegt die sich ergebende Standardabweichung σ unter dem Grenzwert σ_grenz für die Standardabweichung σ.
Wie 3 zeigt, ist die Standardabweichung σ in dem Drehzahlband von der unteren Drehzahl n_min bis zur oberen Drehzahl n_max ein Maß dafür, ob ein Glühzündzustand vorliegt oder nicht.
Ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist in 4 gezeigt. Auch beim Verfahren nach 4 wird im Verfahrensschritt 48 zunächst überprüft, ob die Drehzahl n in einem vorgegebenen Drehzahlband zwischen einer unteren Drehzahl n_min und einer oberen Drehzahl n_max liegt. Nur in diesem Drehzahlband zwischen der unteren und der oberen Drehzahl kann Glühzünden auftreten. Liegt die Drehzahl n nicht in dem Drehzahlband, wird ein Zähler x auf seinen Ausgangswert, nämlich auf 0 zurückgesetzt. Dadurch ist sichergestellt, dass der Zähler x beim Eintritt der Drehzahl n in das Drehzahlband jeweils von Neuem zu zählen beginnt. Die Drehzahl n ist dabei insbesondere die Drehzahl eines gesamten Motorzyklus. Drehzahlschwankungen innerhalb eines Motorzyklus werden vorteilhaft nicht berücksichtigt.
Liegt die Drehzahl n innerhalb des Drehzahlbands zwischen der unteren Drehzahl n_min und der oberen Drehzahl n_max, so wird im Verfahrensschritt 49 überprüft, ob die Drehzahldifferenz Δn der aktuellen Drehzahl zur Drehzahl des vorangegangenen Motorzyklus kleiner ist als ein Drehzahldifferenzgrenzwert Δn_grenz. Ist die Drehzahldifferenz Δn kleiner als der Drehzahldifferenzgrenzwert Δn_grenz, so wird im Verfahrensschritt 50 der Zähler um 1 erhöht. Eine geringe Drehzahldifferenz Δn deutet auf einen ruhigen Lauf des Verbrennungsmotors 1 hin, so dass ein Glühzündzustand vorliegen kann. Ist die Drehzahldifferenz Δn größer als der Drehzahldifferenzgrenzwert Δn_grenz, so wird der Zähler x im Verfahrenschritt 50' um 1 verringert. Anschließend wird im Verfahrensschritt 51 überprüft, ob der Zähler x oberhalb oder unterhalb eines Zählergrenzwerts x_grenz liegt. Liegt der Zähler unterhalb des Grenzwerts, beginnt das Verfahren von Neuem. Liegt der Zähler x oberhalb des Zählergrenzwerts x_grenz, liegt ein Anzeichen für einen Glühzündzustand vor.
Im Verfahrensschritt 52 wird daraufhin zunächst der Zähler x auf seinen Ausgangswert, nämlich auf 0 zurückgestellt. Im Ver fahrensschritt 53 wird dann die Zündung des Verbrennungsmotors 1 ausgesetzt und der darauf folgende Drehzahlverlauf ermittelt. Dabei wird vorteilhaft ebenfalls die Drehzahldifferenz Δn zwischen aufeinanderfolgenden Motorzyklen betrachtet. Im Verfahrensschritt 54 wird überprüft, ob die Drehzahldifferenz Δn kleiner als ein Grenzwert für den Drehzahlabfall Δn_abfall ist. Ist die Drehzahldifferenz Δn größer, bedeutet dies, dass die Drehzahl n nach dem Aussetzen der Zündung vergleichsweise stark abgefallen ist. Damit liegt kein Glühzünden vor. Das Verfahren ist beendet.
Ist die Drehzahldifferenz Δn größer als der Grenzwert für den Drehzahlabfall Δn_abfall, so liegt ein Glühzündzustand vor. Im Verfahrensschritt 55 werden deshalb Maßnahmen zur Vermeidung von Glühzünden eingeleitet. Insbesondere wird eine erhöhte Kraftstoffmenge zugeführt, um das Gemisch anzufetten. Dadurch kann der Glühzündzustand unterbunden werden. Der Verbrennungsmotor läuft dann wieder im Normalbetrieb.
In den 5 und 6 sind der Drehzahlverlauf und der Verlauf des Zählers x beim Normalbetrieb (5) und beim Glühzündbetrieb (6) über der Zeit t gezeigt. Die Kurve 30 gibt dabei jeweils die Drehzahl n an und die Kurve 31 den Verlauf des Zählers x. Wie 5 zeigt, ist im Normalbetrieb die Schwankung der Drehzahl n vergleichsweise hoch. Der Zähler x wird erhöht und erniedrigt, wodurch sich ein zackenförmiger Verlauf der Kurve 31 ergibt. Der Zähler x bleibt weit unterhalb eines Zählergrenzwerts x_grenz. Der Zählergrenzwert x_grenz kann beispielsweise 30 betragen. Der Zählergrenzwert x_grenz ist für jeden Verbrennungsmotor geeignet zu wählen.
In 6 ist der Verlauf der Drehzahl beim Glühzündzustand gezeigt. Die Schwankung der Drehzahl n von Motorzyklus zu Motorzyklus ist vergleichsweise gering. Dadurch liegt die Drehzahldifferenz Δn der Drehzahl aufeinanderfolgender Motorzyklen in den meisten Zyklen unterhalb des Drehzahldifferenzgrenzwerts Δn_grenz, so dass der Zähler x bei der Mehrzahl der Motorzyklen erhöht wird. Wie das Diagramm in 6 zeigt, steigt die Kurve für den Zähler x sehr steil an und erreicht bereits nach jeweils 0,2 bis 0,3 Sekunden den Zählergrenzwert x_grenz.
In den 7 bis 9 ist das erfindungsgemäße Verfahren verdeutlicht. 7 zeigt den Verlauf der Drehzahl n über der Zeit t. Im Bereich 32 herrscht Normalbetrieb. Die Drehzahl n schwankt von Motorzyklus zu Motorzyklus vergleichsweise stark. Im Bereich 33 sind die Drehzahlschwankungen nur noch sehr gering. Wie 8 zeigt, führt dies dazu, dass der Zähler x schnell ansteigt und den Zählergrenzwert x_grenz zum Zeitpunkt t₁ erreicht. Um sicherzustellen, dass im Bereich 33 tatsächlich Glühzündbetrieb herrscht, wird zum Zeitpunkt t₁ wie in 9 gezeigt die Zündung für eine Zeitspanne Δt ausgesetzt. Die Zeitspanne Δt umfasst dabei vorteilhaft mehrere Motorzyklen. Der sich in der Zeitspanne Δt ergebende Drehzahlverlauf wird ausgewertet.
7 zeigt die beiden Möglichkeiten des Drehzahlverlaufs. Die Kurve 34 zeigt den Drehzahlverlauf beim Glühzündbetrieb. Die Drehzahl n des Verbrennungsmotors 1 sinkt beim Ausschalten der Zündung zum Zeitpunk t₁ nicht ab. Die Drehzahl n bleibt annähernd unverändert. In diesem Fall herrscht Glühzündbetrieb, da eine Zündung des Gemisches trotz ausgesetzter Zündung erfolgt. Die Kurve 35 zeigt den Drehzahlverlauf im Normalbetrieb. Beim Aussetzen der Zündung sinkt die Drehzahl n im Normalbetrieb stark ab, da keine Verbrennung mehr erfolgt und so der Kolben 5 nicht mehr beschleunigt wird. Erst beim Wiedereinsetzen der Zündung steigt die Drehzahl n erneut an. Über den Drehzahlverlauf kann damit sicher ermittelt werden, ob Glühzündbetrieb vorliegt. Dadurch, dass die Zündung nur ausgesetzt wird, wenn tatsächlich Anzeichen für das Vorliegen von Glühzündbetrieb gegeben sind, wird die Zündung nicht übermäßig oft ausgesetzt, so dass der Lauf des Verbrennungsmotors 1 durch das Aussetzen der Zündung nicht übermäßig stark beeinträchtigt wird.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann auf einfache Weise im Wesentlichen durch Erfassung der Drehzahl des Verbrennungsmotors 1 ermittelt werden, ob ein Glühzündzustand vorliegt oder nicht. Das in 4 gezeigte Verfahren hat außerdem den Vorteil, dass nur wenige Größen gespeichert werden müssen, nämlich die aktuelle Drehzahl n sowie die Drehzahl n des vorangegangenen Motorzyklus zur Ermittlung der Drehzahldifferenz Δn sowie der aktuelle Wert für den Zähler x. Dadurch ist ein einfacher Aufbau der Steuerung möglich.
Arbeitsgeräte wie Motorsägen oder dgl. werden üblicherweise deutlich unterhalb einer Abregeldrehzahl für den Verbrennungsmotor betrieben. Dadurch findet bei den Verbrennungsmotoren derartiger Arbeitsgeräte nur selten ein Aussetzen der Zündung statt. Andere Arbeitsgeräte wie beispielsweise Freischneider oder Heckenscheren werden im üblichen Betrieb im Bereich der Abregeldrehzahl betrieben. Die Drehzahlregelung erfolgt dabei üblicherweise durch Aussetzen der Zündung oberhalb einer Abregeldrehzahl n₀, die in 10 gezeigt ist. 10 zeigt einen schematischen Drehzahlverlauf eines Verbrennungsmotors in einem Arbeitsgerät, bei dem der Verbrennungsmotor 1 im Bereich der Abregeldrehzahl n₀ arbeitet. Zu einem Zeitpunkt t₂ steigt die Drehzahl n über die Abregeldrehzahl n₀. Die Zündung wird ausgesetzt und die Drehzahl n fällt unter die Abregeldrehzahl n₀ ab. Daraufhin steigt die Drehzahl n wieder über die Abregeldrehzahl n₀ an, was zum Zeitpunkt t₃ zu einem erneuten Aussetzen der Zündung und zu einem darauf folgenden Abfall der Drehzahl führt. Zum Zeitpunkt t₄ wird erneut die Zündung ausgesetzt. Die Drehzahl n, die größer als die Abregeldrehzahl n₀ ist, sinkt jedoch nicht ab, sondern steigt weiter an. Hier liegt ein Glühzündzustand vor. Dieser Glühzündzustand kann erkannt und die Drehzahl n durch entsprechende Maßnahmen wie Erhöhen der Kraftstoffzufuhr oder Verringern bzw. Abschalten der Kraftstoffzufuhr die Drehzahl n verringert werden.
11 zeigt einen ersten Ablauf eines Verfahrens zur Ermittlung eines Glühzündzustands. Im Verfahrensschritt 58 wird ermittelt, ob die Drehzahl oberhalb der Abregeldrehzahl n₀ liegt. Ist dies nicht der Fall, beginnt das Verfahren von Neuem, da unterhalb der Abregeldrehzahl n₀ kein Glühzündzustand vorliegen kann.
Ist die Drehzahl n größer als die Abregeldrehzahl n₀, so wird im Verfahrensschritt 59 überprüft, ob die Drehzahldifferenz Δn zwischen zwei aufeinanderfolgenden Motorzyklen größer als ein Drehzahldifferenzgrenzwert Δn_grenz ist. Dabei kann auch die Drehzahldifferenz Δn über mehrere Motorzyklen, also beispielsweise zwischen einem ersten und einem fünften Motorzyklus, berücksichtigt werden. Ist die Drehzahldifferenz Δn kleiner als der Drehzahldifferenzgrenzwert Δn_grenz, so liegt kein Glühzündzustand vor. Dies kann der Fall sein, wenn die Drehzahl n im Wesentlichen gleich bleibt oder wenn. die Drehzahl absinkt. Ist die Drehzahldifferenz Δn größer als der Drehzahldifferenzgrenzwert Δn_grenz, so liegt ein Glühzündzustand vor. Im Verfahrensschritt 65 werden deshalb Maßnahmen gegen das Glühzünden des Verbrennungsmotors getroffen. Dies kann ein Anfetten, also eine erhöhte Kraftstoffzufuhr, oder ein Abmagern, also eine verringerte oder keine Kraftstoffzufuhr, sein. Ist die Drehzahl n wieder unter die Abregeldrehzahl n₀ gefallen, kehrt der Verbrennungsmotor 1 in den normalen Betrieb zurück.
12 zeigt eine Ausführungsvariante des Verfahrens. In dem Verfahrensschritt 58 kann überprüft werden, ob die Drehzahl n größer als die Abregeldrehzahl n₀ ist. Dieser Verfahrensschritt 58 kann in dem Verfahren nach 12 jedoch auch entfallen. Im Verfahrensschritt 69 wird ermittelt, ob eine mittlere Drehzahl Δn_m größer als ein Grenzwert n_mgrenz für die mittlere Drehzahl ist. Die mittlere Drehzahl n_m stellt dabei den Mittelwert der Drehzahl n über mehrere Motorzyklen dar. Ist die mittlere Drehzahl n_m kleiner als der Grenzwert n_mgrenz für die mittlere Drehzahl, so liegt kein Glühzündzustand vor. Ist die mittlere Drehzahl n_m größer als der Grenzwert n_mgrenz für die mittlere Drehzahl, so liegt ein Glühzündzustand vor. Im Verfahrensschritt 65 werden dann Maßnahmen gegen den Glühzündzustand wie Anfetten oder starkes Abmagern des dem Verbrennungsmotor 1 zugeführten Kraftstoff/Luft-Gemischs getroffen.
Die Abregeldrehzahl n₀ kann beispielsweise bei etwa 12.500 Umdrehungen pro Minute liegen. Der Drehzahldifferenzgrenzwert Δn_grenz kann beispielsweise bei etwa 200 Umdrehungen pro Minute liegen und der Grenzwert n_mgrenz für die mittlere Drehzahl kann beispielsweise bei etwa 13.000 Umdrehungen pro Minute liegen. Die Drehzahlwerte müssen jedoch für jeden Motor individuell ermittelt werden.
Bei Verbrennungsmotoren, die im normalen Betrieb üblicherweise im Abregelbereich arbeiten, kann durch Ermittlung und Auswertung von mindestens einem Drehzahlwert direkt darauf geschlossen werden, ob ein Glühzündzustand vorliegt oder nicht. Ein vorheriges Ermitteln eines Anzeichens für einen Glühzündzustand kann entfallen. Dadurch wird eine einfache Ermittlung eines Glühzündzustands ermöglicht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 69417843 T2 [0002]

Claims

Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors, bei dem ein Glühzündzustand des Verbrennungsmotors (1) ermittelt wird, wobei der Verbrennungsmotor (1) einen Zylinder (2) aufweist, in dem ein Brennraum (3) ausgebildet ist, der von einem hin- und hergehend gelagerten Kolben (5) begrenzt ist, wobei der Kolben (5) über ein Pleuel (6) eine Kurbelwelle (7) antreibt und wobei der Verbrennungsmotor (1) eine Einrichtung zur Zufuhr von Kraftstoff und eine Zündeinrichtung zur Zündung von Kraftstoff/Luft-Gemisch im Brennraum (3) besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ermittlung des Glühzündzustands mindestens ein Drehzahlwert des Verbrennungsmotors (1) ermittelt und ausgewertet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass über die Auswertung des Drehzahlwerts ein Anzeichen für einen Glühzündzustand ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei Vorliegen eines Anzeichens für einen Glühzündzustand die Zündung des Verbrennungsmotors (1) ausgesetzt und der Verlauf der Drehzahl (n) des Verbrennungsmotors (1) bei ausgesetzter Zündung ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündung über mehrere Motorzyklen ausgesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Drehzahlwert die Drehzahldifferenz (Δn) zwischen aufeinanderfolgenden Motorzyklen ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahldifferenz (Δn) mit einem Drehzahldifferenzgrenzwert (Δn_grenz) verglichen wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ergebnis des Vergleichs von Drehzahldifferenz (Δn) und Drehzahldifferenzgrenzwert (Δn_grenz) über mehrere Motorzyklen ausgewertet wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertung des Vergleichsergebnisses mittels eines Zählers (x) erfolgt, der erhöht wird, wenn die Drehzahldifferenz (Δn) kleiner als der Drehzahldifferenzgrenzwert (Δn_grenz) ist und der erniedrigt wird, wenn die Drehzahldifferenz (Δn) größer als der Drehzahldifferenzgrenzwert (Δn_grenz) ist.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Zähler (x) mit einem Zählergrenzwert (x_grenz) verglichen wird, wobei das Erreichen des Zählergrenzwerts (x_grenz) ein Anzeichen für das Vorliegen eines Glühzündzustands ist.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass nach Erreichen des Zählergrenzwerts (x_grenz) der Zähler (x) auf seinen Ausgangswert zurückgesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass überwacht wird, ob die Drehzahl (n) in einem Drehzahlband liegt, in dem Glühzünden auftreten kann, und dass der Zähler (x) auf seinen Ausgangswert zurückgesetzt wird, wenn die Drehzahl außerhalb des Drehzahlbands liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung eines Glühzündzustands des Verbrennungsmotors (1) ermittelt wird, ob die Drehzahl (n) in einem Drehzahlband liegt, in dem Glühzünden auftreten kann.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn die Drehzahl (n) in einem Drehzahlband liegt, in dem Glühzünden auftreten kann, zur Ermittlung eines Glühzündzustands die Standardabweichung einer Drehzahl (n) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Standardabweichung (σ) der Drehzahl (n) eines vollen Motorzyklus ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Standardabweichung (σ) mit einem Grenzwert (σ_grenz) für die Standardabweichung (σ) verglichen wird, wobei bei Unterschreiten des Grenzwerts (σ_grenz) ein Glühzündzustand vorliegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Drehzahlwert eine mittlere Drehzahl (n_m) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl (n) des Verbrennungsmotors (1) durch Aussetzen der Zündung des Verbrennungsmotors (1) begrenzt wird.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass durch Vergleich des Drehzahlwertes mit einem Grenzwert für diesen Drehzahlwert direkt ermittelt wird, ob ein Glühzündzustand vorliegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass bei erkanntem Glühzündzustand Maßnahmen gegen Glühzünden eingeleitet werden.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass dem Verbrennungsmotor (1) eine erhöhte Kraftstoffmenge zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass dem Verbrennungsmotor (1) eine stark verringerte Kraftstoffmenge oder kein Kraftstoff zugeführt wird.