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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors
der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.
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Aus
der Beschreibungseinleitung der
DE 196 14 464 A1 geht hervor, dass es insbesondere
bei handgeführten Arbeitsgeräten bekannt ist,
zur Drehzahlbegrenzung die Zündung gezielt abzuschalten. Beim
Abschalten der Zündung kann jedoch unverbrannter Kraftstoff
in die Umgebung entweichen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb
einen Verbrennungsmotors anzugeben, mit dem gute Abgaswerte erzielt werden
können.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Die
Verstellung der Austaktrate im Abregelbereich erlaubt eine Steuerung
des Verbrennungsmotors derart, dass gute Abgaswerte erreicht werden können.
Dadurch, dass die Drehzahl durch Aus setzen der Zündung
begrenzt wird, ist eine sichere Drehzahlbegrenzung gegeben, wie
sie für handgeführte Arbeitsgeräte gefordert
wird. Vorteilhaft wird die Austaktrate erhöht. Es kann
jedoch auch vorgesehen sein, dass die Austaktrate verringert wird,
insbesondere durch Änderung der zugeführten Kraftstoffmenge.
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Die
Austaktrate kann auf einfache Weise durch Ändern der zugeführten
Kraftstoffmenge verstellt werden. Insbesondere wird dabei die zugeführte
Kraftstoffmenge kontinuierlich verändert. Zweckmäßig
wird die zugeführte Kraftstoffmenge zur Verstellung der
Austaktrate verringert.
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Durch Änderung
der zugeführten Kraftstoffmenge kann zum einen die zugeführte
Kraftstoffmenge verringert werden, so dass der in Zyklen ohne Verbrennung
unverbrannt entweichende Kraftstoffanteil verändert, insbesondere
verringert wird. Gleichzeitig kann die Anzahl der Zyklen, zu denen
keine Verbrennung stattfindet, erhöht werden, so dass ein
Großteil des zugeführten Kraftstoffs im Verbrennungsmotor verbrannt
wird. Dadurch können die Abgaswerte verbessert und der
Kraftstoffverbrauch insgesamt verringert werden. Gleichzeitig ergibt
sich eine sichere Drehzahlbegrenzung im Abregelbereich. Vorteilhaft wird
die Austaktrate verstellt, bis sie auf unter 20%, insbesondere auf
unter 10%, vorteilhaft bis auf 0% gesunken ist, bis also nur noch
in 20% bzw. 10% der Motorzyklen keine Verbrennung stattfindet. Ist
die Austaktrate bis auf etwa 0% gesunken, so findet in nahezu jedem
Motorzyklus eine Verbrennung statt. Da in mindestens 80% bzw. 90%
oder 100% der Motorzyklen eine Zündung erfolgt und somit
eine Verbrennung stattfinden kann, ist die Kraftstoffmenge, die
unverbrannt durch den Auslass des Verbrennungsmotors entweichen
kann, sehr gering.
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Zur
Einstellung der zuzuführenden Kraftstoffmenge wird bei
Drehzahlen unterhalb der Grenzdrehzahl eine Störung eingebracht
und die Drehzahlreaktion des Verbrennungsmotors gemessen. Anhand
der Drehzahlreaktion des Motors kann ermittelt werden, ob das zugeführte
Gemisch zu fett oder zu mager ist. Im Abregelbereich ist diese Steuerung
der Kraftstoffzusammensetzung nicht möglich, da im Abregelbereich
eine Drehzahlreaktion nach oben aufgrund der Drehzahlbegrenzung
nicht möglich ist. Bei Arbeitsgeräten, bei denen
das Werkzeug meist im Abregelbereich arbeitet, wie beispielsweise
bei Heckenscheren, Freischneidern oder dgl. ist eine ausreichend
gute Regelung der Kraftstoffzusammensetzung deshalb oft nicht möglich.
Es ist nun vorgesehen, dass eine Regelgröße für
den Motor aus Parametern im Abregelbereich ermittelt wird. Da die
Regelgröße aus Parametern im Abregelbereich ermittelt wird,
ist die Ermittlung der Regelgröße auch bei Arbeitsgeräten
möglich, die meist im Abregelbereich betrieben werden.
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Vorteilhaft
wird im Abregelbereich als Regelgröße ein Maximum
der Austaktrate ermittelt. Das Maximum der Austaktrate wird dabei
in Abhängigkeit des zugeführten Kraftstoff/Luft-Verhältnisses
bzw. in Abhängigkeit der zugeführten Kraftstoffmenge
ermittelt. Das Maximum der Austaktrate gibt das Kraftstoff/Luft-Verhältnis
an, bei dem die größte Leistung pro gezündetem
Motorzyklus erzielt wird. Dieses Maximum stellt sich dabei unabhängig
von der im Verbrennungsmotor wirkenden Last ein, so dass die Ermittlung
des Maximums der Austaktrate auch nach einem Austausch des Werkzeugs
des Arbeitsgeräts ohne weiteres möglich ist. Vorteilhaft
wird das Maximum der Austaktrate oder ein prozentualer Anteil des Maximums
zur Einstellung einer Kennlinie genutzt, die die zuzuführende
Kraftstoffmenge über der Drehzahl angibt. Ausgehend von
der zugeführten Kraftstoffmenge beim Maximum der Austaktrate
kann ein gewünschtes Kraftstoff/Luft-Verhältnis
eingestellt werden. Dabei kann beispielsweise vorgesehen sein, dass
die zuzuführende Kraftstoffmenge geringer als die leistungsoptimale
Kraftstoffmenge beim Maximum der Austaktrate oder bei einem vorgegebenen prozentualen
Anteil des Maximus der Austaktrate ist, um eine Überfettung
des Verbrennungsmotors zu vermeiden. Um eine ausreichende Schmierung
zu gewährleisten, kann jedoch auch ein fetteres Kraftstoff/Luft-Verhältnis
gewünscht sein. Dies kann abhängig vom Typ des
Arbeitsgeräts sein.
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Der
Verlauf der Austaktrate kann schwanken. Dabei sind insbesondere
im Bereich des Maximums starke Schwankungen möglich, während
bei geringeren Austaktraten kaum Schwankungen gegeben sind. Aus
diesem Grund kann es vorteilhaft sein, zur Ermittlung einer Regelgröße
für den Motor nicht das Maximum der Austaktrate, sondern
einen vorgegebenen prozentualen Anteil des Maximums der Austaktrate
zu wählen. Dieser vorgegebene prozentuale Anteil kann beispielsweise
im Bereich von etwa 85% bis etwa 95% des Maximums der Austaktrate liegen.
Dabei wird vorteilhaft für den Betrieb mit Last ein höherer
prozentualer Anteil gewählt als im Betrieb ohne Last. Beispielsweise
kann beim Betrieb mit Last ein prozentualer Anteil von etwa 93%
und beim Betrieb ohne Last ein prozentualer Anteil von etwa 90% vorgesehen
sein.
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Es
ist vorgesehen, das Maximum der Austaktrate oder einen vorgegebenen
prozentualen Anteil des Maximums der Austaktrate zu nutzen, um eine
Kennlinie einzustellen, die für den gesamten Drehzahlbereich
die jeweils zuzuführende Kraftstoffmenge angibt. Dabei
kann beispielsweise vorgesehen sein, die Kennlinie in Abhängigkeit
des Maximums der Austaktrate zu verschieben. Vorteilhaft wird bei
Drehzahlen unterhalb der Grenzdrehzahl zur Einstellung der Kennlinie,
die die zuzuführende Kraftstoffmenge über der
Drehzahl angibt, das Kraftstoff/Luft-Verhältnis verändert
und die sich aus dem veränderten Kraftstoff/Luft-Verhältnis
ergebende Änderung der Drehzahl ausgewertet. Anhand der
Drehzahländerung kann die Kennlinie, die die zuzuführende
Kraftstoffmenge über der Drehzahl angibt, eingestellt werden.
Dadurch kann sowohl unterhalb der Grenzdrehzahl als auch im Abregelbereich
ein gewünschtes Kraftstoff/Luft-Verhältnis für
den Verbrennungsmotor eingestellt werden.
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Vorteilhaft
wird das Kraftstoff/Luft-Verhältnis durch Änderung
der zugeführten Kraftstoffmenge verändert. Es
kann jedoch auch vorgesehen sein, die zugeführte Verbrennungsluftmenge
zu verändern. Um eine gute Steuerung des Verbrennungsmotors
zu erreichen, ist vorgesehen, dass die Einrichtung zur Zufuhr von
Kraftstoff die zuzuführende Kraftstoffmenge für
jeden Motorzyklus dosiert. Die Einrichtung zur Zufuhr von Kraftstoff
kann beispielsweise ein Ventil, insbesondere ein Schaltventil wie ein
elektromagnetisches Ventil oder dgl. sein, das mit einer Steuerung des
Verbrennungsmotors verbunden ist.
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Es
hat sich gezeigt, dass sich im Abregelbereich ein kritisches Muster
der Motorzyklen, zu denen keine Zündung erfolgt, einstellen
kann. Bei diesem kritischen Muster der Motorzyklen ohne Zündung
ergeben sich extreme Druckverläufe im Motor, die den Motor
stark belasten. Es hat sich auch gezeigt, dass die sich ergebenden
Schwingungen im Bereich der Eigenfrequenz des Antriebsstranges des
Arbeitsgeräts liegen können, so dass der Antriebsstrang
zu Schwingungen angeregt wird, die ebenfalls zu starken Belastungen
des Arbeitsgeräts führen können. Ein
eigenständiger erfinderischer Gedanke betrifft die Vermeidung
dieser starken Belastungen. Hierzu ist vorgesehen, dass im Abregelbereich
das kritische Muster der Motorzyklen, zu denen keine Zündung
erfolgt, identifiziert wird. Dies kann jedes konstante Muster oder
nur ein bestimmtes konstantes Muster sein. Insbesondere entspricht
die Frequenz der sich bei dem Muster einstellenden Schwingung der
Eigenfrequenz des Antriebsstranges. Es ist vorgesehen, dass das
Muster der Motorzyklen, das sich im Betrieb einstellt, vorteilhaft
konstant überwacht wird, und dass die Zündung
im folgenden Motorzyklus ausgesetzt wird, wenn das Muster mit einem
kritischen Muster der Motorzyklen übereinstimmt.
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Dadurch,
dass auch im folgenden Motorzyklus die Zündung ausgesetzt
wird, wird das Muster unterbrochen und es stellt sich ein anderes,
insbesondere ein unregelmäßiges Muster ein. Dadurch
kann ein konstantes kritisches Austaktmuster auf einfache Weise
verhindert werden. Der Motorzyklus, zu dem die Zündung
ausgesetzt wird, geht dabei in die Ermittlung der Austaktrate mit
ein. Die Drehzahlbegrenzung durch Aussetzen der Zündung
wird durch die zusätzlichen Motorzyklen, zu denen keine
Zündung stattfindet, nicht beeinträchtigt. Die
Verstellung der Austaktrate zur Ermittlung einer Regelgröße
für den Motor, beispielsweise durch Änderung der
zugeführten Kraftstoffmenge, ist weiterhin möglich,
so dass die Steuerung des Motors durch die zusätzlichen
Motorzyklen, zu denen keine Zündung stattfindet, um ein kritisches
Austaktmuster zu vermeiden, nicht negativ beeinflusst wird.
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Ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand
der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
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1 eine
schematische, perspektivische Darstellung eines von einem Bediener
gehaltenen handgeführten Arbeitsgeräts,
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2 eine
perspektivische teilgeschnittene Darstellung des Verbrennungsmotors
des Arbeitsgeräts aus 1,
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3 ein
schematisches Diagramm, das den Drehzahlverlauf im Abregelbereich über
der Zeit angibt,
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4 ein
schematisches Diagramm, das die Austaktrate über der Zeit
angibt,
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5 ein
schematisches Diagramm, das den Verlauf der Luftzahl λ über
der Zeit bei dem in 4 gezeigten Verlauf der Austaktrate
angibt,
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6 ein
schematisches Diagramm des Verlaufs der Last eines handgeführten
Arbeitsgeräts über der Drehzahl,
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7 ein
schematisches Diagramm von Kennlinien, die die zuzuführende
Kraftstoffmenge über der Drehzahl angeben,
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8 ein
Diagramm, das die Austaktrate über der Luftzahl bei unterschiedlichen
Lasten des Arbeitsgeräts angibt,
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9 eine
schematische Darstellung des Ablaufs eines Verfahrens zur Einstellung
einer Kennlinie,
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10 ein
Diagramm, das das Muster der Motorzyklen, zu denen keine Zündung
erfolgt, über der Zeit angibt und
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11 eine
schematische Darstellung des Ablaufs eines Verfahrens zur Einstellung
des Musters der Zündung.
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In 1 ist
als handgeführtes Arbeitsgerät beispielhaft ein
Freischneider 1 gezeigt. Anstatt bei einem Freischneider 1 kann
die Erfindung auch vorteilhaft bei Heckenscheren oder bei anderen
handgeführten Arbeitsgeräten wie Motorsägen,
Trennschleifern und dgl. zum Einsatz kommen. Besondere Vorteile
ergeben sich beim Einsatz der Erfindung mit Arbeitsgeräten,
die überwiegend im Abregelbereich betrieben werden, wie
Freischneidern oder Heckenscheren.
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Der
Freischneider 1 besitzt ein Führungsrohr 2,
an dem zwei Handgriffe 3 zum Führen des Freischneiders 1 im
Betrieb festgelegt sind. Am Führungsrohr 2 ist
außerdem ein Traggurt 5 angeordnet, der über
die Schulter eines Benutzers geführt ist. An dem dem Boden
zugewandten Ende ist am Führungsrohr 2 ein Fadenmähkopf 6 angeordnet,
der einen Mähfaden 7 umfasst. Der Fadenmähkopf 6 ist
rotierend angetrieben. An dem anderen Ende des Führungsrohrs 2 ist
ein Gehäuse 4 angeordnet, in dem ein Verbrennungsmotor
zum Antrieb des Fadenmähkopfs 6 angeordnet ist.
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Der
Verbrennungsmotor 8 des Freischneiders 1 ist in 2 perspektivisch
gezeigt. Der Einzylinder-Verbrennungsmotor 8 ist als Zweitaktmotor ausgebildet.
Der Verbrennungsmotor 8 kann jedoch auch als Einzylinder-Viertaktmotor
ausgebildet sein. Der Verbrennungsmotor 8 besitzt einen
Zylinder 9, in dem ein Kolben 10 hin und hergehend
gelagert ist. Der Kolben 10 treibt über ein Pleuel 11 eine
in einem Kurbelgehäuse 12 drehbar gelagerte Kurbelwelle 13 an.
Der Kolben 10 begrenzt einen im Zylinder 9 ausgebildeten
Brennraum 22, in den eine Zündkerze 23 ragt.
Die Zündkerze 23 ist über eine Steuerung 25 mit einem
Zündmodul 24 verbunden. Die Zündkerze 23 bildet
mit dem Zündmodul 24 und dem für die
Zündung verantwortlichen Teil der Steuerung 25 eine Zündeinrichtung.
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In
dem in 2 gezeigten unteren Totpunkt des Kolbens 10 ist
das Innere des Kurbelgehäuses 12 über
zwei Überströmkanäle 21 und
zwei Überströmkanäle 20 mit
dem Brennraum 22 verbunden. In 2 ist jeweils
nur einer der Überströmkanäle 20 und 21 gezeigt.
Aus dem Brennraum 22 führt ein Auslass 19.
Die beiden Überströmkanäle 21 sind auslassnah
angeordnet.
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Ins
Kurbelgehäuse 12 mündet im Bereich des
oberen Totpunkts des Kolbens 10 ein Einlass 16, über
den Verbrennungsluft zugeführt wird. In dem zum Einlass 16 führenden
Kanal ist eine Drosselklappe 18 angeordnet, über
die die zugeführte Verbrennungsluftmenge steuerbar ist.
Die Drosselklappe 18 ist mit einem Drosselklappensensor 26 ausgestattet, der
mit der Steuerung 25 verbunden ist und über den die
Stellung der Drosselklappe 18 ermittelt wird. Die beiden Überströmkanäle 20 sind
einlassnah angeordnet. In einem der Überströmkanäle 20 ist
ein Kraftstoffventil 17 angeordnet, dass ebenfalls mit
der Steuerung 25 verbunden ist und das dem Überströmkanal 20 in
jedem Motorzyklus eine von der Steuerung 25 für
diesen Motorzyklus festgelegte Kraftstoffmenge zuführt.
Das Kraftstoffventil 17 ist vorteilhaft ein elektromagnetisches
Schaltventil.
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Auf
der Kurbelwelle 13 ist ein Generator 14 angeordnet,
der die zur Zündung von der Zündkerze 23 benötigte
Energie generieren kann. Die Energie kann jedoch auch im Zündmodul 24 generiert
werden. Der Generator 14 ist mit der Steuerung 25 verbunden
und versorgt diese sowie weitere elektrische Einrichtungen des Freischneiders 1 mit
Energie. Der Generator 14 dient außerdem zur Erfassung
der Drehzahl des Verbrennungsmotors 8. Auf der Kurbelwelle 13 ist
außerdem ein Lüfterrad 15 festgelegt, das
Kühlluft für den Verbrennungsmotor 8 fördert.
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Wie
das Diagramm in 3 zeigt, wird die Drehzahl n
des Verbrennungsmotors 8 oberhalb einer Grenzdrehzahl ng begrenzt. Oberhalb der Grenzdrehzahl ng liegt ein Abregelbereich A, in dem die
Begrenzung der Drehzahl erfolgt. In dem Abregelbereich A liegt eine
Abregeldrehzahl na, die größer
als die Grenzdrehzahl ng ist. Beim Überschreiten
der Abregeldrehzahl na wird die Zündung
des Verbrennungsmotors 8 ausgesetzt. Da keine Verbrennung mehr
erfolgen kann, erfolgt keine weitere Beschleunigung der Kurbelwelle 13,
so dass die Drehzahl wieder unter die Abregeldrehzahl na sinkt.
Sobald die Drehzahl unter die Abregeldrehzahl na sinkt,
erfolgt wieder eine Zündung des Gemischs im Brennraum 22.
Dadurch steigt die Drehzahl n wieder an, bis sie oberhalb der Abregeldrehzahl
na liegt. Sobald die Drehzahl n die Abregeldrehzahl
na überschreitet, wird die Zündung
erneut ausgesetzt und die Drehzahl sinkt wieder ab. Durch das Aussetzen
der Zündung beim Überschreiten der Abregeldrehzahl
na kann so die Drehzahl n auf einfache Weise
wirksam begrenzt werden.
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Im
Abregelbereich A stellt sich eine Austaktrate ASR ein, die das Verhältnis
der Motorzyklen ohne Verbrennung zur Gesamtzahl der Motorzyklen angibt.
Die Austaktrate ASR hängt von der zugeführten
Kraftstoffmenge ab. In den 4 und 5 ist der
sich ergebende Verlauf der Austaktrate ASR bei einem vorgegebenen
Verlauf der Luftzahl λ über der Zeit t angegeben.
Die Luftzahl λ ist dabei ein Maß für das
Kraftstoff/Luft-Verhältnis. Die Luftzahl λ gibt
das Verhältnis der tatsächlich zur Verbrennung
zur Verfügung stehenden Luftmasse bezogen auf die für
eine stöchiometrische Verbrennung notwendige Luftmasse
an. Ein Wert der Luftzahl λ von unter 1 bedeutet, dass
das Gemisch fett ist, während eine Luftzahl λ von über
1 ein mageres Gemisch kennzeichnet. Der Verlauf der Luftzahl λ entspricht
bei gleich bleibender Luftmenge dem Verlauf der zugeführten
Kraftstoffmenge.
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Wie
die 4 und 5 zeigen, wird die Luftzahl λ ausgehend
von einem Zeitpunkt t1 kontinuierlich verändert.
Die Luftzahl λ wird dabei erhöht, d. h. die zugeführte
Kraftstoffmenge wird in entsprechender Weise kontinuierlich verringert,
das Gemisch wird also abgemagert. Die Veränderung, insbesondere
die Verringerung der zugeführten Kraftstoffmenge erfolgt
dabei vorteilhaft kontinuierlich. Es kann jedoch auch eine stufenweise
Veränderung, insbesondere eine stufenweise Verringerung
vorgesehen sein. Wie 4 zeigt, steigt die Austaktrate zunächst
an, bis sie zum Zeitpunkt t2 eine maximale Austaktrate
ASRmax erreicht hat. Wird die Luftzahl λ weiter
erhöht, die zugeführte Kraftstoffmenge also weiter
verringert, sinkt die Austaktrate ASR wieder ab. Zu einem Zeitpunkt
t3 ist eine Austaktrate ASR90 von
90% erreicht, also eine Austaktrate ASR, die um 10% unter der maximalen
Austaktrate ASRmax liegt. Zu einem Zeitpunkt
t4 ist eine Austaktrate ASR von etwa 20%
erreicht. Wie die Linie 31 zeigt, ist vorgesehen, die zugeführte
Kraftstoffmenge nach Erreichen einer Austaktrate ASR von etwa 20%
konstant zu halten. Die zugeführte Kraftstoffmenge ist
demnach sehr niedrig, während gleichzeitig auch die Zahl der
Motorzyklen ohne Verbrennung niedrig ist. Dadurch ergeben sich geringe
Abgaswerte. Die Luftzahl λ wird auf einem Wert λ2 gehalten.
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Die
maximale Austaktrate ASRmax stellt sich bei
der Luftzahl λ ein, bei der die größte
Leistung des Verbrennungsmotors 8 pro gezündetem
Motorzyklus erreicht wird. Bei dieser Luftzahl λ erreicht
die Kurbelwelle 13 die größte Beschleunigung,
so dass auch der Drehzahlanstieg maximal ist. Die Drehzahl bleibt deshalb
vergleichsweise lange oberhalb der Abregeldrehzahl na,
so dass über vergleichsweise viele weitere Motorzyklen
keine Zündung erfolgt. Bei handgeführten Arbeitsgeräten
wie Heckenscheren oder Freischneidern, bei denen der Verbrennungsmotor 8 meist
im Abregelbereich A betrieben wird, kann es vorteilhaft sein, ein
Kraftstoff/Luft-Verhältnis einzustellen, das dem leistungsoptimalen λ1, also der Luftzahl bei der maximalen Austaktrate
ASRmax entspricht. Sobald dem Motor eine
hohe Leistung abgefordert wird, beispielsweise, wenn dicke Äste
oder dgl. mit einer Heckenschere geschnitten werden sollen, steht
bei dieser Einstellung sofort die maximale Motorleistung zur Verfügung.
Diese Einstellung ist durch die Linie 32 in 5 angedeutet.
Um eine ausreichende Schmierung des Verbrennungsmotors 8 zu
erreichen, kann es jedoch auch vorteilhaft sein, die Luftzahl λ fetter
als die leistungsoptimale Luftzahl λ1 einzustellen.
Dies ist in 5 durch die Luftzahl λ3 gekennzeichnet. Den Verlauf der Luftzahl λ3 gibt die Linie 33 in 5 wieder.
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6 zeigt
exemplarisch den Verlauf der Motorlast Md über
der Drehzahl n. Nach dem Maximum der Motorlast Md ist ein Betriebsdrehzahlbereich
B vorgesehen. In einem Abstand zum Betriebs drehzahlbereich B liegt
bei höheren Drehzahlen n die Grenzdrehzahl ng,
an die sich der Abregelbereich A mit der Abregeldrehzahl na anschließt. Wie 6 zeigt,
sinkt die Drehzahl n im Abregelbereich A aufgrund der Drehzahlbegrenzung
durch Aussetzen der Zündung sehr stark ab.
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Bei
Arbeitsgeräten, die üblicherweise im Betriebsdrehzahlbereich
B arbeiten, kann zur Einstellung der Luftzahl λ und der
zuzuführenden Kraftstoffmenge x das in 9 schematisch
gezeigte Verfahren genutzt werden. Im Verfahrenschritt 34 wird
das Kraftstoff/Luft-Verhältnis verändert, beispielsweise durch Änderung
der zugeführten Kraftstoffmenge. Die zugeführte
Kraftstoffmenge wird dabei insbesondere kontinuierlich verstellt.
Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, die zugeführte Kraftstoffmenge
stufenweise zu verstellen. Im Verfahrensschritt 35 wird
die sich ergebende Änderung der Drehzahl ausgewertet. Die
Drehzahlinformation wird der Steuerung 25 durch den Generator 14 geliefert.
Anhand der Drehzahlreaktion, also daran, ob die Drehzahl n nach
Erhöhen der Kraftstoffmenge sinkt oder ansteigt, kann ermittelt
werden, ob das zugeführte Kraftstoff/Luft-Gemisch zu fett
oder zu mager eingestellt ist. Die Änderung der zugeführten
Kraftstoffmenge erfolgt dann vorteilhaft in der Richtung so lange,
bis das optimale Kraftstoff/Luft-Verhältnis erreicht wird,
also wenn sowohl bei weiterem Anfetten als auch beim Abmagern eine
Verringerung der Drehzahl n erfolgt. Dieses ermittelte optimale
Kraftstoff/Luft-Verhältnis wird im Verfahrensschritt 36 genutzt,
um die Kennlinie für die zuzuführende Kraftstoffmenge
x über den gesamten Drehzahlbereich n einzustellen. Dabei
kann je nach Arbeitsgerät ein optimales oder ein um einen
bestimmten Kraft stoffanteil zu fettes oder zu mageres Gemisch eingestellt
werden.
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In 7 sind
drei Kennlinien 27, 28 und 29 exemplarisch
gezeigt, die jeweils den Verlauf der zuzuführenden Kraftstoffmenge
x über der Drehzahl n angeben. Die Kennlinie 27 sieht
für jede Drehzahl n die geringste zuzuführende
Kraftstoffmenge x, also das magerste Gemisch vor, während
die Kennlinie 29 für jede Drehzahl n die größte
zuzuführende Kraftstoffmenge x angibt, so dass sich bei
der Kennlinie 29 die niedrigste Luftzahl λ einstellt.
Zwischen den Kennlinien 27, 28 und 29 kann
die Kennlinie für die zuzuführende Kraftstoffmenge
x verschoben oder eine geeignete Kennlinie ausgewählt werden.
Die Auswahl der geeigneten Kennlinie ist abhängig von der
im Betriebsdrehzahlbereich B ermittelten optimalen zuzuführenden
Kraftstoffmenge x.
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Im
Abregelbereich kann die Einstellung der Kennlinie 27, 28, 29 aufgrund
des Maximums der Austaktrate ASRmax erfolgen.
Aufgrund der Lage des Maximums ASRmax der
Austaktrate ASR wird demnach die Kennlinie der zuzuführenden
Kraftstoffmenge x über den gesamten Drehzahlbereich des
Verbrennungsmotors 8 eingestellt. Anstatt des Maximus ASRmax kann zur Einstellung der Kennlinie auch
ein vorgegebener prozentualer Anteil des Maximums ASRmax genutzt
werden, beispielsweise die in 4 gezeigte
Austaktrate ASR90, die 90% der maximalen Austaktrate
ASRmax beträgt. Bei der maximalen
Austaktrate ASRmax liegt die leistungsoptimale
Luftzahl λ1 vor. Es kann vorgesehen
sein, die Kennlinie 27, 28, 29 so zu
verschieben, dass bei der Abregeldrehzahl na die
leistungsoptimale Luftzahl λ1 vorliegt.
Es kann jedoch auch vorgesehen sein, eine Kennlinie 27, 28, 29 auszuwählen,
bei der die Luftzahl λ bei der Abregeldrehzahl na einen vorgegebenen Abstand zur leistungsoptimalen
Luftzahl λ1 aufweist. Dabei kann
es sowohl vorgesehen sein, eine Luftzahl λ zu wählen, die
größer ist, um einen geringeren Kraftstoffverbrauch
zu erreichen, als auch eine Luftzahl λ zu wählen,
die kleiner als die leistungsoptimale Luftzahl λ1 ist, um eine verbesserte Schmierung des
Verbrennungsmotors 8 zu erreichen. Die zuzuführende
Kraftstoffmenge x wird entsprechend der gewählten Luftzahl λ eingestellt
bzw. die zugehörige Kennlinie 27, 28, 29 gewählt.
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In 8 ist
der Verlauf der Austaktrate ASR bei unterschiedlichen Motorlasten
Md1 und Md2 gezeigt.
Wie 8 zeigt, ergibt sich unabhängig von der
Last Md1, Md2 jeweils
ein Maximum der Austaktrate. Lediglich die Lage der Kurve, die die
Austaktrate ASR angibt, verändert sich bei unterschiedlicher Last.
Dadurch kann das vorgeschlagene Verfahren auch bei Verbrennungsmotoren 8 genutzt
werden, die mit unterschiedlichen Werkzeugen betrieben werden. Dadurch,
dass zur Regelung der zugeführten Kraftstoffmenge lediglich
die maximale Austaktrate als ASRmax oder
der Verlauf der Austaktrate ASR ermittelt wird, nicht jedoch deren
absoluter Wert, ist die vorgeschlagene Regelung unabhängig
von der Motorlast.
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Es
hat sich gezeigt, dass sich bei Verbrennungsmotoren, bei denen die
Drehzahl durch Aussetzen der Zündung begrenzt wird, im
Abregelbereich A ein kritisches Muster Pkrit der
Motorzyklen, zu denen keine Verbrennung stattfindet, einstellen
kann. Dieses kritische, üblicherweise konstante Muster
Pkrit führt zu sehr hohen Drücken
im Verbrennungsmotor 8. Es ergeben sich Schwingungen, die
im Bereich der Eigenfrequenz des Antriebsstrangs des Arbeitsgeräts,
beispielsweise des Freischneiders 1 liegen können.
Dadurch können sich Resonanzeffekte mit hohen Belastungen
für das Material und großen Schwingungen ergeben,
die im Betrieb unerwünscht sind. Bei Verbrennungsmotoren 8,
bei denen sich im Betrieb hohe Schwingungen einstellen, ist ein
Betrieb im Abregelbereich A bisher nicht möglich. Um dennoch
einen Betrieb im Abregelbereich A und damit auch die Steuerung des
Motors durch Verstellung der Austaktrate ASR zu ermöglichen,
ist vorgesehen, zusätzlich zur Ermittlung und Verstellung
des Austaktrate ASR in die Zündung einzugreifen.
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In 10 ist
der Verlauf des Musters P der Motorzyklen, zu denen eine Zündung
stattfindet, über der Zeit t exemplarisch gezeigt. Motorzyklen,
zu denen eine Zündung stattfindet, sind durch einen senkrechten
Strich gekennzeichnet. Zunächst stellt sich ein unregelmäßiges
Muster P1 ein. Darauf folgt ein regelmäßiges
Muster P2, bei dem auf jeweils sechs Motorzyklen
mit einer Zündung ein Motorzyklus ohne Zündung
folgt. Dieses Muster wird abgelöst von einem Muster Pkrit, bei dem auf sieben Motorzyklen mit Zündung
ein Motorzyklus ohne Zündung folgt. Ein Muster von insgesamt 16 Motorzyklen,
bei dem jeweils nach sieben Motorzyklen mit Zündung ein
Motorzyklus ohne Zündung erfolgt, stellt im Ausführungsbeispiel
ein kritisches Muster Pkrit dar. Die Motorsteuerung
setzt deshalb zum Zeitpunkt t5 die Zündung
aus, und zwar unabhängig davon, ob die Drehzahl n größer
als die Abregeldrehzahl na ist oder nicht.
Durch den zusätzlichen Motorzyklus ohne Zündung
wird das Muster der Motorzyklen ohne Verbrennung gestört
und die Ausbildung einer Resonanzschwingung wird vermieden. Nach
dem Zeitpunkt t5 stellt sich ein Muster
P4 ein, das wieder unregelmäßig ist.
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11 zeigt
schematisch den Ablauf eines Verfahrens zur Motorsteuerung. Im Verfahrensschritt 37 wird
das kritische Muster Pkrit identifiziert.
Dies kann bereits bei der Herstellung des Arbeitsgeräts oder
beispielsweise regelmäßig im Betrieb erfolgen, beispielsweise
durch Überwachung der sich einstellenden Schwingungen oder
Druckverläufe. Im Verfahrensschritt 38 wird kontinuierlich
das sich einstellende Muster P(t) überwacht. Das ermittelte
Muster P(t) wird im Verfahrensschritt 39 mit dem kritischen Muster
Pkrit verglichen. Stimmt das Muster P(t)
mit dem kritischen Muster Pkrit überein,
so wird im Verfahrensschritt 40 die Zündung im
folgenden Motorzyklus ausgesetzt und dadurch das Muster gestört.
Weicht das Muster P(t) vom kritischen Muster Pkrit ab,
wird nicht in die Zündung eingegriffen. Anschließend
wird das Verfahren vom Verfahrensschritt 38 an wiederholt.
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Die Überwachung
des kritischen Musters Pkrit der Motorzyklen
ohne Zündung zum Gesamtverlauf der Motorzyklen erfolgt
unabhängig von der Veränderung der Austaktrate
ASR. Dadurch wird ermöglicht, dass auch bei Motoren, bei
denen sich im Abregelbereich A eine Resonanzschwingung einstellen
kann, eine Veränderung der Austaktrate ASR und die Motorsteuerung
in Abhängigkeit eines Parameters im Abregelbereich A möglich
ist. Die Drehzahlschwankungen des Verbrennungsmotors werden insgesamt geringer,
so dass sich ein ruhigerer Lauf einstellt. Die vorgesehene Überwachung
des Musters P kann auch vorgesehen sein, wenn die Austaktrate nicht verändert
wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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