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Die Erfindung betrifft sowohl ein Zündsystem eines Verbrennungsmotors als auch ein Verfahren zum Betrieb eines Zündsystems.
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Arbeitsgeräte, wie beispielsweise Kettensägen oder Rasenmähern werden üblicherweise motorisch angetrieben. Sofern diese Arbeitsgeräte im Wesentlichen autark oder über einen vergleichsweise langen Zeitraum betrieben werden sollen, wird als Antriebsmotor üblicherweise ein Verbrennungsmotor gewählt. Grund hierfür ist, dass ein Nachfüllen eines Kraftstoffes vergleichsweise schnell zu bewerkstelligen ist und lediglich vergleichsweise robuste Werkzeuge benötigt werden. Auch ist ein Lagern derartig angetriebener Arbeitsgeräte über einen vergleichsweise großen Zeitraum möglich, wohingegen bei mittels einer Batterie betriebenen elektromotorischen Arbeitsgeräten eine etwaige Entladung der Batterie berücksichtigt werden muss. Zur Reduzierung von Herstellungskosten weisen die Verbrennungsmotoren einen Vergaser auf. Um auch einen Start des Verbrennungsmotors bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen zu gewährleisten ist zudem ein sogenannter Choke vorhanden, mittels dessen vor einem Start Kraftstoff in die Brennkammer verbracht wird, um ein Kondensieren des Kraftstoffs an den Wänden der Brennkammer zu kompensieren.
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Üblicherweise wird bei einer Betätigung des Chokes eine Drosselklappe des Verbrennungsmotors in einer Halbgasstellung arretiert, bei der ein Einströmen eines vergleichsweise großen Volumens an Luft-Kraftstoff-Gemisch in den Brennraum ermöglicht ist. Infolgedessen ist ein Start des vergleichsweise kalten Verbrennungsmotors möglich. Falls aufgrund einer Fehlbedienung der Choke und somit die Drosselklappenarretierung bei einem Verbrennungsmotor betätigt wird, der bereits Betriebstemperatur aufweist, wird aufgrund der Arretierung der Drosselklappe in Halbgasstellung vergleichsweise viel Luft-Kraftstoff-Gemisch dem Brennraum zugeführt. Folglich beschleunigt der Verbrennungsmotor vergleichsweise stark. Ein an den Verbrennungsmotor gekoppeltes Werkzeug, beispielsweise eine Sägekette, wird somit ebenfalls beschleunigt, und die bedienende Person könnte verletzt werden.
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Aus der
DE 10 2009 054 116 A1 ist ein Verfahren zum Betrieb eines Arbeitsgeräts mit einem Verbrennungsmotor bekannt. Anhand der Zeit, die zur Vollendung eines Einheitszyklus benötigt wird, wird unterschieden, ob eine normale Leerlaufstellung oder eine erste Leerlaufstellung vorliegt. Ein Einheitszyklus ist hierbei als Zeit zwischen dem Anstieg der Motordrehzahl bis zu ihrer Abnahme definiert. Beispielsweise werden in der normalen Leerlaufstellung elf nicht-zündende Prozesse und in der ersten Leerlaufstellung acht nicht-zündenden Prozesse während des jeweiligen Einheitszyklus beobachtet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen besonders geeignetes Zündsystem eines Verbrennungsmotor, und ein besonders geeignetes Verfahren zum Betrieb eines Zündsystems anzugeben, bei denen insbesondere die Gefahr einer Verletzung einer bedienenden Person reduziert sind.
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Hinsichtlich des Zündsystems wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 7 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
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Das Zündsystem dient dem Betrieb eines Verbrennungsmotors, der insbesondere Bestandteil eines tragbaren Arbeitsgeräts ist. Das tragbare Arbeitsgerät weist insbesondere ein Werkzeug auf, das mittels des Verbrennungsmotors angetrieben ist. Beispielsweise ist das Werkzeug ein rotierendes Messer oder dergleichen und das tragbare Arbeitsgerät ist ein Rasenmäher oder eine Motorsense. Alternativ ist das tragbare Arbeitsgerät ein Trennschleifer, eine Kettensäge oder eine Heckenschere, wobei das Werkzeug entsprechend angepasst ist. Das Zündsystem weist eine Startverstellkurve und eine Betriebsverstellkurve auf. Mit anderen Worten sind in dem Zündsystem die Startverstellkurve und die Betriebsverstellkurve hinterlegt. Mittels der beiden Verstellkurven wird der Zeitpunkt einer Zündung festgelegt, im Folgenden als Zündzeitpunkt bezeichnet. Die Startverstellkurve weist eine Maximaldrehzahl auf. Folglich ist bei eingestellter Startverstellkurve ein Betrieb des Verbrennungsmotors lediglich mit Drehzahlen unterhalb der Maximaldrehzahl möglich. Hierfür wird beispielsweise der Zündzeitpunkt bezüglich des oberen Totpunktes des Verbrennungsmotors um bis zu 180° verschoben oder eine Zündung unterbleibt, wenn die Drehzahl des Verbrennungsmotors größer als die Maximaldrehzahl ist.
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Beispielsweise weist die Betriebsverstellkurve ebenfalls eine Grenzdrehzahl auf, die während des Betriebs des Verbrennungsmotors nicht überschritten wird. Die Grenzdrehzahl ist hierbei derart eingestellt, dass unterhalb der Grenzdrehzahl ein im Wesentlichen sicherer Betrieb des Verbrennungsmotors ermöglicht ist. Beispielsweise setzt bei einem Betrieb des Verbrennungsmotors oberhalb der Grenzdrehzahl eine Zerstörung des Verbrennungsmotors ein, beispielsweise aufgrund von Schwingungen oder eine erhöhte Hitzeentwicklung. insbesondere ist die Grenzdrehzahl mindestens das Doppelte der Maximaldrehzahl der Startverstellkurve. Zweckmäßigerweise ist bei vergleichsweise niedrigen Drehzahlen die Verstellung des Zündzeitpunktes bezüglich des oberen Totpunktes vergleichsweise gering, wohingegen bei vergleichsweise hohen Drehzahlen die Verstellung vergleichsweise groß ist. insbesondere ist der Wert der Verstellung über ein Drehzahlband konstant, wobei dieses Drehzahlband als Leerlaufdrehzahlband bezeichnet ist. Zweckmäßigerweise ist die Maximaldrehzahl der größtmögliche Wert des Leerlaufdrehzahlbandes.
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Die Startverstellkurve und die Betriebsverstellkurve unterscheiden sich beispielsweise bei Drehzahlen unterhalb der Maximaldrehzahl der Startverstellkurve nicht. Mit anderen Worten ist bei Drehzahlen unterhalb der Maximaldrehzahl der Startverstellkurve der Zündzeitpunkt bei einer Verwendung der Startverstellkurve der gleiche wie bei einer Verwendung der Betriebsverstellkurve. Alternativ hierzu ist zumindest bei bestimmten Drehzahlen der Zündzeitpunkt bezüglich des oberen Totpunktes des Verbrennungsmotors in Abhängigkeit der verwendeten Verstellkurve unterschiedlich.
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Das Zündsystem umfasst ferner eine Umschalteinrichtung zur Umschaltung zwischen der Startverstellkurve und der Betriebsverstellkurve. Mit anderen Worten ist es ermöglicht, mittels der Umschalteinrichtung entweder die Startverstellkurve oder die Betriebsverstellkurve auszuwählen und somit den Zündzeitpunkt des Verbrennungsmotors, auch als Zündung bezeichnet, an aktuelle Anforderungen anzupassen. Bei einem Start des Verbrennungsmotors ist mittels der Umschalteinrichtung die Startverstellkurve ausgewählt. Infolgedessen ist ein Betrieb des Verbrennungsmotors lediglich mit maximal der Maximaldrehzahl möglich.
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Der sich nach dem Start des Verbrennungsmotors ergebende Drehzahlverlauf ist zumindest ab einem bestimmten Zeitpunkt in aneinander angrenzende Zyklen unterteilt. Mit anderen Worten geht jeder der Zyklen in genau einen nachfolgenden Zyklus über, wobei zwischen diesen kein weiterer Bereich oder Zeitraum gebildet ist. Mit anderen Worten folgt jeweils ein Zyklus zeitlich direkt auf den jeweils vorhergehenden Zyklus. Sobald einer der Zyklen beginnt, endet der vorhergehende Zyklus. Folglich verlaufen keine Zyklen zeitlich parallel zueinander. Der Zyklusbeginn ist jeweils der Zündzeitpunkt, bei dem die Drehzahl geringer als bei dem hierauf direkt folgenden Zündzeitpunkt ist. Die Drehzahl geht nämlich nach einer anfänglichen Beschleunigung aufgrund der ersten Zündung des jeweiligen Zyklus zurück, da sich aufgrund der Temperatur des Verbrennungsmotors kein oder nicht genügend brennfähiges Gemisch zum Zeitpunkt des Funkens im Brennraum befindet. Beispielsweise ist dieses an den Wänden der Brennkammer oder etwaigen Zuleitungen kondensiert.
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Sofern die Drehzahl des Verbrennungsmotors im Wesentlichen kontinuierlich steigt, ist die Länge eines Zyklus die für einen Arbeitszyklus des Verbrennungsmotors benötigte Zeit. Bei einem Zwei-Takt-Verbrennungsmotor ist dies im Wesentlichen die für eine Kurbelwellenumdrehung benötigte Zeit, bei einem Vier-Takt-Motor die für zwei Kurbelumdrehungen benötigte Zeit. Sofern die Drehzahl nach einer derartigen Beschleunigung über zwei beziehungsweise über vier Kurbelwellenumdrehungen abfällt und danach erneut ansteigt ist die Länge dieses Zyklus gleich der Dauer zwischen zwei Zündzeitpunkten.
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Geeigneterweise beginnt der erste Zyklus mit dem zweiten Zündzeitpunkt nach dem Start des Verbrennungsmotors. Mit anderen Worten wird als Beginn der Zyklusunterteilung die zweite Zündung nach Start des Verbrennungsmotors gewählt, sofern hierbei die Drehzahl des Verbrennungsmotors verschieden von Null ist. Auf diese Weise werden etwaige Abweichungen innerhalb des ersten Arbeitstaktes aufgrund von Anlaufschwierigkeiten nicht berücksichtigt.
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Innerhalb jedes Zyklus wird die durchschnittliche Drehzahl ermittelt. Insbesondere werden hierfür sämtliche während des jeweiligen Zyklus ermittelte Drehzahlen zur Mittelwertbildung herangezogen. Alternativ hierzu wird der jeweilige Durchschnitt aus einer Anzahl bestimmter Drehzahlen gebildet. Zweckmäßigerweise werden lediglich die Drehzahlen herangezogen, bei denen eine Zündung stattfindet, also die zu den jeweiligen Zündzeitpunkten realisierte Drehzahlen. Sofern sich der Durchschnitt der Drehzahlen zweier aufeinander folgender Zyklen lediglich um einen ersten Toleranzwert unterscheidet, wird mittels der Umschalteinrichtung die Betriebsverstellkurve ausgewählt. Mit anderen Worten wird von der Startverstellkurve auf die Betriebsverstellkurve umgeschaltet. Der Toleranzwert ist beispielsweise gleich 500 U/min., 400 U/min., 200 U/min., 100 U/min. oder besonders bevorzugt 300 U/min. Folglich wird auf die Betriebsverstellkurve umgeschaltet, wenn der Durchschnitt der Drehzahlen aufeinander folgenden Zyklen größer oder kleiner als 300 U/min. ist.
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Mittels einer geeigneten Anpassung des Toleranzwertes ist es somit ermöglicht, einen im Wesentlichen stabilen Gleichlauf des Verbrennungsmotors von einer Beschleunigung oder Abbremsung des Verbrennungsmotors zu unterscheiden. Sofern der Gleichlauf vorliegt, entsprechen die Betriebsparameter des Verbrennungsmotors den gewünschten und ein Wechsel zur Betriebsversellkurve ist problemlos möglich. Dahingehen würde bei einem Wechsel bei einer Beschleunigung des Verbrennungsmotors von der Startverstellkurve zur Betriebsverstellkurve die Begrenzung der Drehzahl auf die Maximaldrehzahl der Startverstellkurve aufgehoben, was zu Unfällen führen könnte. Aufgrund der Mittelung der Drehzahl über die jeweiligen Zyklen wird auf aktuelle Umgebungsbedingungen des Verbrennungsmotors eingegangen. Zudem ist auf diese Weise der Verlauf des Durchschnitts der Drehzahl bei einem Gleichlauf des Verbrennungsmotors im Wesentlichen konstant, und etwaige Spitzen zum Beginn und zum Ende der jeweiligen Zyklen werden kompensiert.
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Zweckmäßigerweise wird eine Umschaltung zur Betriebsverstellkurve gesperrt, also die Startverstellkurve beibehalten, wenn die Drehzahl beim zweiten Zündzeitpunkt des ersten Zyklus, also bei der zweiten Zündung des ersten Zyklus, kleiner als beim hierauf zeitlich direkt folgenden Zündzeitpunkt ist. Mit anderen Worten ist die Umschaltung gesperrt, wenn die Drehzahl beim vierten Zündzeitpunkt nach dem Start des Verbrennungsmotors größer als die Drehzahl beim dritten Zündzeitpunkt nach dem Start des Verbrennungsmotors ist. Folglich beginnt der zweite Zyklus mit dem dritten Zündzeitpunkt nach dem Start des Verbrennungsmotors. Der Verbrennungsmotor wird also nach dessen Start im Wesentlichen kontinuierlich beschleunigt. Aufgrund des Beibehaltens der Startverstellkurve ist hierbei sichergestellt, dass die Drehzahl nicht die Maximaldrehzahl übersteigt.
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Geeigneterweise wird nach einer Sperrung einer Umschaltung die Betriebsverstellkurve ausgewählt, wenn die Differenz der Drehzahlen bei aufeinanderfolgenden Zündungen negativ ist. Mit anderen Worten wird die Betriebsverstellkurve ausgewählt, wenn nach einer bereits erfolgten Sperrung der Umschaltung aufgrund eines Anwachsens der Drehzahl über die ersten drei Zündungen des ersten Zyklus ein Abfallen der Drehzahl erkannt wird, also ein Abbremsen des Verbrennungsmotors. Auf diese Weise ist ein ordnungsgemäßer Betrieb des tragbaren Gerätes ermöglicht, sobald sich die Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors geändert haben. Aufgrund des Abfallens der Drehzahl wird hierbei davon ausgegangen, dass die Drehzahl auch weiterhin abfällt und bei einem Wechsel zur Betriebsverstellkurve die Maximaldrehzahl nicht übersteigen wird. Somit ist trotz einer anfänglichen Sperrung des Umschaltens bei geänderten Betriebsbedingungen ein Betrieb des Verbrennungsmotors mit der Betriebsverstellkurve ermöglicht, ohne vorher diesen neu starten zu müssen.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird nach einer Sperrung der Umschaltung das Verhältnis von Zündungen, bei denen die Drehzahl ansteigt, zu der Anzahl von Zündungen, bei denen die Drehzahl abfällt, pro Zyklus ermittelt. Mit anderen Worten wird bei jedem Zündzeitpunkt eines Zyklus überprüft, ob bei dem jeweils vorhergehenden Zündzeitpunkt des gleichen Zyklus die Drehzahl des Verbrennungsmotors größer oder kleiner als zu dem aktuellen Zündzeitpunkt ist. Die beiden Anzahlen von zwei aneinander angrenzenden Zyklen werden ermittelt und in ein Verhältnis gesetzt. Folglich wird das Verhältnis der Anzahlen an Zündzeitpunkten, bei denen die Drehzahl ansteigt, im Vergleich zur durchschnittlichen Anzahl von Zündzeitpunkten ermittelt, bei denen die Drehzahl abfällt. Sofern dieses ermittelte Verhältnis kleiner als ein Grenzverhältnis ist, wird nach der Sperrung der Umschaltung die Betriebsverstellkurve ausgewählt. Mit anderen Worten ist die Anzahl der Zündungen, bei denen die Drehzahl ansteigt, bei einer Umschaltung kleiner als die korrespondierende Anzahl bei dem Grenzverhältnis. Das Grenzverhältnis ist geeigneterweise 1: 1 oder 1: 2. Folglich erfolgt eine Umschaltung, sofern über zwei aufeinander folgende Zyklen die Anzahl der Zündungen, bei denen die Drehzahl abfällt, größer als die Anzahl der Zündungen ist, bei denen die Drehzahl ansteigt. Folglich ist bei Erfüllung dieses Kriteriums keine im Wesentlichen kontinuierliche Beschleunigung des Verbrennungsmotors mehr gegeben, sodass eine Aufhebung der Maximaldrehzahl und somit auch ein Umschalten zur Betriebsverstellkurve sicher möglich sind.
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Zweckmäßigerweise ist eine Umschaltung von der Startverstellkurve zur Betriebsverstellkurve insbesondere auch weiterhin gesperrt, wenn der Durchschnitt der Drehzahlen pro Zyklus größer als die Maximaldrehzahl der Startverstellkurve abzüglich des ersten Toleranzwertes ist. Beispielsweise kann eine Sperrung der Umschaltung nicht aufgehoben werden, solang diese Bedingung erfüllt ist. Folglich wird die Startverstellkurve beibehalten, wenn die Drehzahl des Verstellungsmotors im Wesentlichen der Startverstellkurve entspricht. Somit wird unterbunden, dass bei einer Umschaltung von der Startverstellkurve zur Betriebsverstellkurve die Drehzahl des Verbrennungsmotors ansteigt, was zu Verletzungen der bedienenden Person oder zu Beschädigungen des Verbrennungsmotors führen könnte. Der erste Toleranzwert ist hierbei insbesondere 300 U/min oder derart geeignet gewählt, dass bei einem stabilen Leerlauf des Verbrennungsmotors sich der Durchschnitt der Drehzahl aufeinander folgender Zyklen maximal um den ersten Toleranzwert unterscheidet. Sobald die Bedingung nicht mehr erfüllt ist, also der Durchschnitt der Drehzahlen kleiner als die Maximaldrehzahl abzüglich des ersten Toleranzwertes ist, wird entweder auf die Betriebsverstellkurve umgeschaltet, oder es werden etwaige andere Kriterien überprüft, die zur Umschaltung auf die Betriebsverstellkurve führen.
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Nach einer Sperrung der Umschaltung wird die Betriebsverstellkurve ausgewählt, wenn die Differenz der Durchschnitte der Drehzahl aufeinander folgender Zyklen kleiner als ein Grenzwert ist, also der Durchschnitt der Drehzahlen abnimmt. Mit anderen Worten ist die Abweichung aufeinander folgender Durchschnitte der Drehzahl größer als der Grenzwert, wobei zeitlich spätere Durchschnitte kleiner als die vorhergehenden Durchschnitte sind. Der Grenzwert ist zweckmäßigerweise größer als der erste Toleranzwert und insbesondere größer als 500 U/min. Infolgedessen wird auf diese Weise ein Abnehmen der Drehzahl des Verbrennungsmotors im Wesentlichen fehlerfrei bestimmt und folglich korrekt erfasst, dass ein Umschalten zur Betriebsverstellkurve zu keiner Überschreitung der Maximaldrehzahl der Startverstellkurve führen würde.
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Beispielsweise weist die Startverstellkurve eine Leerlaufdrehzahl auf, und insbesondere ebenfalls die Betriebsverstellkurve, wobei die beiden Leerlaufdrehzahlen geeigneterweise gleich sind. Die Leerlaufdrehzahl bezeichnet hierbei die Drehzahl des Verbrennungsmotors, die dieser einnimmt, wenn eine im Wesentlichen minimale Versorgung mit Kraftstoff und/oder Luft vorliegt. Sofern der Durchschnitt der Drehzahlen der Zyklen sich von der Leerlaufdrehzahl um weniger als einen zweiten Toleranzwert unterscheidet, wird zweckmäßigerweise die Betriebsverstellkurve ausgewählt. Folglich wird auf die Betriebsverstellkurve umgeschaltet, wenn ein im Wesentlichen stabiler Leerlauf des Verbrennungsmotors identifiziert wurde, und folglich eine Beschleunigung des Verbrennungsmotors über die Maximaldrehzahl der Startverstellkurve ausgeschlossen werden kann. Beispielsweise ist der zweite Toleranzwert gleich dem ersten Toleranzwert und/oder gleich 300 U/min oder 500 U/min.
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Der Verbrennungsmotor umfasst zum Beispiel eine Kupplung, die insbesondere als eine Fliehkraftkupplung ausgestaltet ist. Die Kupplung überträgt folglich das Drehmoment erst ab einer bestimmten Kupplungsdrehzahl. Hierfür greifen beispielsweise Klauen der Fliehkraftkupplung in entsprechende Ausnahmen ein, wobei die Klauen aufgrund einer herrschenden Fliehkraft in die Eingriffsposition bewegt werden. Die Verschwenkung der Klauen erfolgt erst ab der Kupplungsdrehzahl. Beispielsweise werden die Klauen mittels einer Feder gegen ein Verschwenken gesichert, wobei die Federrate entsprechend der Kupplungsdrehzahl angepasst ist. Die Kupplungsdrehzahl ist zweckmäßigerweise größer als die Maximaldrehzahl der Startverstellkurve. Beispielsweise ist die Kupplungsdrehzahl größer oder gleich der Maximaldrehzahl zuzüglich eines dritten Toleranzwertes, beispielsweise 500 U/min oder 1.000 U/min. Auf diese Weise ist eine Drehmomentübertragung ausgeschlossen, wenn die Startverstellkurve ausgewählt ist. Folglich wird bei einem Start des Verbrennungsmotors zunächst das gelieferte Drehmoment nicht übertragen, bis festgestellt ist, dass bei einem Umschalten zur Betriebsverstellkurve ebenfalls keine Drehmomentübertragung stattfindet, sofern die bedienende Person dies nicht wünscht. Das tragbare Arbeitsgerät umfasst geeigneterweise ein Werkzeug, beispielsweise eine geführte Sägekette oder ein rotierendes Messer, das mittels der Kupplung mit dem Verbrennungsmotor verbunden ist.
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Beispielsweise ist der Verbrennungsmotor ein Einzylinderverbrennungsmotor, der geeigneterweise im Zweitaktverfahren arbeitet. Auf diese Weise ist es ermöglicht, den Verbrennungsmotor vergleichsweise kostengünstig zu fertigen. Beispielsweise umfasst der Verbrennungsmotor ein Starterseil, mittels dessen ein Start manuell erfolgt. Mit anderen Worten ist der Verbrennungsmotor frei von einem elektrischen Anlasser, was die Fertigungskosten und das Gewicht verringert. Geeigneterweise umfasst der Verbrennungsmotor einen Vergaser, mittels dessen eine Luft-Kraftstoffaufbereitung erfolgt. Auf diese Weise sind einerseits die Fertigungskosten reduziert und andererseits die Robustheit erhöht.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Verbrennungsmotor eine Drosselklappenarretierung auf. Mittels der Drosselklappenarretierung wird eine Drosselklappe in einer Halbgas-Stellung arretiert, wenn keine Bedienung eines Gasgriffes oder dergleichen des Verbrennungsmotors erfolgt. Wenn die Drosselklappenarretierung nicht aktiviert wurde, befindet sich die Drosselklappe in einer im Wesentlichen geschlossenen Stellung. Mittels der Drosselklappenarretierung wird ein Start des Verbrennungsmotors vereinfacht, da dem Brennraum ein vergleichsweise großes Volumen an Luft-Kraftstoffgemisch zugeführt wird. Insbesondere wird die Drosselklappenarretierung mittels einer Bedienung eines Chokes aktiviert und bei einer Betätigung des Gasgriffes oder dergleichen gelöst. Aufgrund der Sperrung der Umschaltung zur Betriebsverstellkurve wird ein Umschalten zur Betriebsverstellkurve und somit ein Aufheben der Maximaldrehzahl verhindert, wenn die Drosselklappenarretierung aktiviert ist.
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Das Verfahren zum Betrieb eines eine Startverstellkurve und eine Betriebsverstellkurve aufweisenden Zündsystems eines Verbrennungsmotors sieht vor, dass bei einem Start des Verbrennungsmotors die Startverstellkurve ausgewählt wird. Infolgedessen erfolgt eine Beaufschlagung einer Zündkerze oder dergleichen des Verbrennungsmotors, der insbesondere Bestandteil eines tragbaren Arbeitsgeräts ist, gemäß der Festlegung durch die Startverstellkurve. Nach dem Start des Verbrennungsmotors wird dessen Drehzahl zu bestimmten Zeiten oder im Wesentlichen kontinuierlich erfasst und hieraus ein Drehzahlverlauf erstellt. Insbesondere wird die Drehzahl lediglich zum Zeitpunkt der jeweiligen Zündung erfasst, also zu den Zündzeitpunkten. In einem weiteren Arbeitsschritt wird überprüft, ob die Drehzahl des Verbrennungsmotors innerhalb einer ersten Anzahl von Zündzeitpunkten kontinuierlich ansteigt. Die erste Anzahl ist hierbei insbesondere zwischen 2 und 5, geeigneterweise gleich 3. Somit wird als erste Bedingung überprüft, ob bei den ersten drei Zündungen die Drehzahl jeweils größer als bei der jeweils zeitlich vorausgehenden Zündung ist. Sofern dies der Fall ist, wird ein Umschalten von der Startverstellkurve auf die Betriebsverstellkurve gesperrt und somit die Zündung entsprechend der Startverstellkurve angesteuert. Insbesondere wird hierbei die Drehzahl des Verbrennungsmotors unterhalb einer Maximaldrehzahl gehalten. Dies erfolgt insbesondere mittels Zündaussetzern oder einer Verschiebung des Zündzeitpunktes um bis zu 180° vor den oberen Totpunkt des Verbrennungsmotors.
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Wenn die erste Bedingung negativ ist, also die Drehzahl über die erste Anzahl von Zündzeitpunkten des Verbrennungsmotors nicht ansteigt, wird als zweite Bedingung überprüft, ob innerhalb einer zweiten Anzahl von Zündzeitpunkten des Verbrennungsmotors die Drehzahl kontinuierlich abfällt. Hierbei schließt sich die Ermittlung entweder an die erste Anzahl von Zündzeitpunkten an, oder es wird bereits innerhalb der ersten Anzahl von Zündzeitpunkten überprüft, ob die Drehzahl über die zweite Anzahl von Zündzeitpunkten abfällt. Insbesondere ist die zweite Anzahl gleich 2, 3 oder 4. Falls die Drehzahl über die zweite Anzahl von Zündzeitpunkten abfällt, wird auf die Betriebsverstellkurve umgeschaltet. Mittels eines derartigen Vorgehens wird bei einer negativen ersten Bedingung und einer positiven zweiten Bedingung vergleichsweise schnell die Betriebsverstellkurve herangezogen, und der Verbrennungsmotor ist vergleichsweise schnell einsetzbar. Dahingegen ist bei einer positiven ersten Bedingung vergleichsweise früh ein Beibehalten der Startverstellkurve gewährleistet und ein Umschalten auf die Betriebsverstellkurve unterbleibt, die sich von der Startverstellkurve insbesondere durch eine Begrenzung der Drehzahl bei einem bestimmten Wert unterscheidet, insbesondere bei einer Maximaldrehzahl.
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Zweckmäßigerweise wird der erfasste Drehzahlverlauf des Verbrennungsmotors in aneinander angrenzende Zyklen unterteilt. Mit anderen Worten ist zwischen aufeinander folgenden Zyklen kein separater Zeitraum vorhanden, sondern die jeweiligen Zyklen grenzen direkt aneinander. Auch verlaufen unterschiedliche Zyklen nicht zeitlich parallel zueinander. Vielmehr bildet das Ende eines der Zyklen den Anfang des jeweils darauffolgenden Zyklus. Der Beginn jedes Zyklus ist hierbei derjenige Zündzeitpunkt, bei dem die Drehzahl geringer als bei dem hierauf folgenden Zündzeitpunkt ist. Folglich beginnt jeder Zyklus mit einem Anstieg der Drehzahl. Ist bei dem hierauf folgenden Zündzeitpunkt, also dem zweiten Zündzeitpunkt nach dem den Zyklus startenden Zündzeitpunkt, die Drehzahl größer als bei dem ersten Zündzeitpunkt nach Beginn des Zyklus, endete der erste Zyklus bereits bei dem ersten Zündzeitpunkt nach dessen Start und der weitere Zyklus begann ebendort. Sinkt dahingegen die Drehzahl bei diesem Zündzeitpunkt ab, so endet der Zyklus erst bei dem Zündzeitpunkt, bei dessen nachfolgendem Zündzeitpunkt die Drehzahl erneut ansteigt. Zweckmäßigerweise wird als Beginn des ersten Zyklus der zweite Zündzeitpunkt des Verbrennungsmotors nach dessen Start gewählt.
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Falls die zweite Bedingung negativ und folglich ebenfalls die erste Bedingung negativ ist, wird die Anzahl von aufeinander folgenden Zündzeitpunkten pro Zyklus, bei denen die Drehzahl ansteigt, und die Anzahl von Zündzeitpunkten, bei denen die Drehzahl abfällt, ermittelt. In einem weiteren Arbeitsschritt werden die beiden Anzahlen über zwei aufeinander folgende Zyklen gebildet und in ein Verhältnis gesetzt. Als dritte Bedingung wird herangezogen, ob das so gebildete Verhältnis ein Grenzverhältnis unterschreitet. Das Grenzverhältnis ist beispielsweise 1:1, und bei einem Verhältnis von beispielsweise 1:2 ist die dritte Bedingung positiv. Mit andern Worten ist bei einer positiven dritten Bedingung die Anzahl von Zündungen, bei denen die Drehzahl abfällt, größer als die Anzahl von Zündungen, bei denen die Drehzahl ansteigt.
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Wenn die dritte Bedingung negativ ist, wird ein Umschalten auf die Betriebsverstellkurve gesperrt und die Startverstellkurve zur Ansteuerung des Zündelements des Verbrennungsmotors beibehalten. Dahingegen wird die Betriebsverstellkurve ausgewählt, wenn die dritte Bedingung positiv ist. Auf diese Weise wird die Anzahl von vergleichsweise effektiven Zündungen pro Zyklus, also Zündungen, bei denen die Drehzahl ansteigt, zu uneffektiven Zündungen ermittelt, wobei bei einem stabilen Leerlauf des Verbrennungsmotors die Anzahl von uneffektiven Zündungen überwiegt oder das Verhältnis zumindest das Grenzverhältnis unterschreitet. Somit wird lediglich bei einem vergleichsweise stabilen Leerlauf die Betriebsverstellkurve zur Ansteuerung des Zündelements herangezogen, wohingegen bei einem vergleichsweise unruhigen Lauf des Verbrennungsmotors die Startverstellkurve beibehalten wird, was einerseits insbesondere die Drehzahl unterhalb eines Maximalwerts hält und andererseits zweckmäßigerweise das Zündelement derart ansteuert, dass ein ungewollter Stopp des Verbrennungsmotors vermieden wird.
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Alternativ oder in Kombination hierzu wird die Sperrung des Umschaltens aufgehoben und von der Startverstellkurve auf die Betriebsverstellkurve umgeschaltet, wenn die Differenz der Durchschnitte der Drehzahlen aufeinander folgender Zyklen, insbesondere zweier aufeinander folgender Zyklen, kleiner als ein Grenzwert ist, wobei der Grenzwert z. B. negativ ist. Hierbei ist der Durchschnitt der Drehzahlen der nachfolgenden Zyklen kleiner als diejenige der jeweils vorhergehende Durchschnitt. Mit anderen Worten fällt der Durchschnitt der Drehzahlen über die aufeinander folgenden Zyklen kontinuierlich ab, wobei der Abfall stets größer als der Grenzwert ist. Der Grenzwert ist beispielsweise –300 U/min bis –1.000 U/min und geeigneterweise gleich –500 U/min.
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Zweckmäßigerweise wird als vierte Bedingung ermittelt, ob sich der Durchschnitt der Drehzahlen aufeinander folgender Zyklen um weniger als einen ersten Toleranzwert unterscheidet. Die Überprüfung, ob die vierte Bedingung vorliegt, erfolgt beispielsweise parallel zur Überprüfung der zweiten Bedingung und/oder zeitlich parallel zur Ermittlung der dritten Bedingung, sofern eine derartige Ermittlung vorhanden ist.
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Zusammenfassend weist das Zündsystem eines Verbrennungsmotors eine Betriebsverstellkurve und eine Startverstellkurve auf, insbesondere mit einer Maximaldrehzahl. Nach dem Start des Verbrennungsmotors ist die Startverstellkurve ausgewählt und der Drehzahlverlauf des Verbrennungsmotors wird erfasst. Hierbei wird überprüft, ob die erste Bedingung vorliegt und/oder ob sich der Durchschnitt der Drehzahlen aufeinander folgender Zyklen um weniger als einen ersten Toleranzwert unterscheidet.
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Nachfolgend wird eine Ausführungsform der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
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1 schematisch ein tragbares Arbeitsgerät mit einem ein Zündsystem aufweisenden Verbrennungsmotor,
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2 in axialer Draufsicht einen Magnetgenerator des Zündsystems,
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3a–3d die zeitlichen Verläufe der in den Spulen des Magnetgenerators vorherrschenden Spannungen und magnetischen Flüsse untereinander in jeweils unterschiedlichen Skalierungen im jeweils gleichen Zeitabschnitt und -maßstab,
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4 ein schematisches Blockschaltbild für das erfindungsgemäße Zündsystem,
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5 eine Startverstellkurve und eine Betriebsverstellkurve, die in dem Zündsystem hinterlegt sind,
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6 einen ersten Drehzahlverlauf,
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7 einen zweiten Drehzahlverlauf,
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8 ein erstes Verfahren zum Betrieb des Zündsystems, und
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9 ein weiteres Verfahren zum Betrieb des Zündsystems.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist schematisch vereinfacht ein tragbares Arbeitsgerät 2 in Form einer Kettensäge dargestellt. Die Kettensäge 2 weist ein Werkzeug 4 mit einer Sägekette 6 auf, die an eine Fliehkraftkupplung 8 gekoppelt ist. Die Fliehkraftkupplung 8 weist eine Kupplungsdrehzahl 9 (5) von 4.500 U/min auf. Folglich wird die Sägekette 6 lediglich dann angetrieben, wenn eingangsseitig der Fliehkraftkupplung eine Drehzahl n (6 und 7) anliegt, die größer oder gleich 4.500 U/min ist. Die Fliehkraftkupplung 8 ist eingangsseitig mit einem Einzylinderverbrennungsmotor 10 gekoppelt, der nach dem Zweitaktverfahren arbeitet. Der Verbrennungsmotor 10 weist eine Drosselklappe mit einer Drosselklappenarretierung 12 auf. Mittels der Drosselklappenarretierung 12 wird bei einer Aktivierung die Drosselklappe in einer Halbgas-Stellung gehalten, um in einen Brennraum des Verbrennungsmotors 10 eine vergleichsweise große Menge an Luft-Kraftstoffgemisch zu führen, das mittels eines Vergasers 13 erstellt ist. Der Verbrennungsmotor 10 umfasst ferner ein manuell zu bedienendes Starterseil 14, mittels dessen eine nicht näher dargestellte Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 10 in Bewegung versetzt wird. Ferner umfasst der Verbrennungsmotor 10 ein Zündsystem 16 (4).
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Gemäß 2 ist ein Polrad 18 angeordnet und mit einer (nicht gezeichneten) Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 10 derart gekoppelt, dass das Polrad 18 synchron mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors rotiert. Im peripheren Bereich des Polrades 18 ist ein Dauermagnet 20 baulich integriert, um dessen Polbereiche herum magnetisch leitende Polschuhe S, N angebracht sind. Die genannten Teile 18, 20, S, N bilden zusammen einen Magnetgenerator 22, der von der Kurbelwelle beispielsweise in eine Drehrichtung D entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht wird. Dabei werden die Magnetpole bzw. Polschuhe S (Südpol), N (Nordpol) in ihrer genannten Reihenfolge an einem eisernen, weichmagnetischen Jochkern 24 jeweils zunächst an dessen ersten Schenkel 26 und anschließend an dessen zweiten Schenkel 28 vorbeibewegt. Die beiden Schenkel 26, 28 sind über einen Mittelteil 30 des Jochkerns 24 unter Bildung einer U-Form miteinander verbunden. Mit jeder Drehung in Richtung D wird der Jochkern 24 bzw. seine Schenkel 26, 28 periodisch über einen Luftspalt 32 von einem jeweiligen Magnetfluss Ba bzw. Bb durchflutet. Der in Drehrichtung D zuerst durchflutete Schenkel 26 ist von einer Ladespule U1 umgeben, worin durch die beim Vorbeidrehen entstehenden Magnetflussänderungen eine Spannung induziert wird.
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Gemäß 4 wird mit dieser Ladespannung über einen Gleichrichter U3 ein Energiespeicherelement U4 in Form eines Zündkondensators des Zündsystems 16 aufgeladen. Ein mit dem Eingang des Energiespeicherelements U4 verbundener und gegen Masse durchschaltbarer Zündschalter U9 wird in einer bestimmten Winkelstellung (Zündzeitpunkt) von einer Triggerschaltung beziehungsweise Steuerung U8 angesteuert, wobei das Energiespeicherelement U4 sich über die Primärspule Lp eines Zündübertragers U5 entlädt. Letzterer ist gemäß 2 mit seiner Primär- und Sekundärspule Lp, Ls um den in Drehrichtung D als zweiten vorkommenden Jochkern-Schenkel 28 herum angeordnet. Ebenso umgibt eine Spannungsversorgungsspule U2 den zweiten Jochkern-Schenkel 28 in dessen am Luftspalt 32 angrenzenden Endbereich. Gemäß 4 ist der Ausgang 34 der Spannungsversorgungsspule U2 mit einer Spannungsversorgungseinheit U10 verbunden, welche die Betriebsspannung VDD für die Steuerung U8, beispielsweise ein programmierbarer Mikrocontroller, erzeugt. Weiterhin ist die Steuerung U8 des Zündsystems 16 so ausgelegt, dass diese nur geringe Energie von der Spule U2 benötigt. Dazu ist die Ladespule U2 mit dem dünnen Draht der Sekundärwicklung Ls des Zündübertragers U5 gewickelt, woraus Fertigungs- und Lagerhaltungsvorteile erzielbar sind.
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Gemäß 4 ist die Steuerung U8 intern mit einem Analog-Digital-Wandler ADC mit wenigstens den beiden analogen Signalabtastungseingängen A1, A2 versehen. Diesen ist eine Signalpegel-Abschwächschaltung U7 vorgeschaltet, die mittels Portanschlüsse P1...P4 der Steuerung U8 durch diese einstellbar und an jeweilige Signalstärken der Spulen anpassbar ist. Eingangsseitig ist die Abschwächschaltung U7 mit dem Ausgang 36 der Ladespule U1 und parallel mit dem Ausgang 34 der Spannungsversorgungsspule U2 verbunden, um diese Signale, abgeschwächt je nach Zustände der Portanschlüsse P1...P4, den Signalabtastungseingängen A1, A2 der Steuerung U8 zuzufügen. Mit Hilfe eines extern der Steuerung U8 zugeschalteten Taktgenerators U6 lässt sich in der Steuerung U8 intern ein Zeitgeber oder Zeitzähler bilden, welcher in Kombination mit dem Analog-Digital-Wandler ADC anhand der über die Abschwächschaltung U7 erfassten Wechselspannungs-Halbwellen von der Ladespule U1 und der Spannungsversorgungsspule U2 die jeweilige Zeitdauer für unterschiedliche Winkelabschnitte messen kann. Abhängig von der Auswertung der Zeitdauer der erfassten Winkelabschnitte wird dann über den Ansteuerausgang 36 der Steuerung U8 der Zündschalter U9 zum ermittelten Zündzeitpunkt Zzp betätigt. Die Entladeseite 38 des Zündkondensators U4 ist direkt mit der den zweiten Jochkern-Schenkel 28 umgebenden Primärspule Lp des Zündübertragers U5 verbunden. Damit gekoppelt ist die zum Hoch-Transformieren ausgelegte und ebenfalls den zweiten Jochkern-Schenkel 28 umgebende Sekundärspule Ls, deren Ausgang zu der Zündfunkenstrecke FU führt.
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Weiter ist gemäß 4 das Zündmodul mit einer Rücksetzschaltung U11 versehen, deren Eingangsseite 40 von der Spannungsversorgungseinheit U10 aus gespeist wird. Ausgangsseitig ist die Rücksetzschaltung U11 mit dem RESET-Eingang der Steuerung U8 verbunden.
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In 2 sind für den Magnetgenerator 22 dessen radiale Symmetrielinien in unterschiedlichen Drehstellungen 42, 44, 46, 48, 50 eingezeichnet. Diese korrespondieren mit den Magnetflussänderungen 52, 54, 56, 58 in 3d sowie 60, 62, 64, 66 in 3b und mit den Wechselspannungs-Halbwellen 68, 70, 42, 74 in 3c und 76, 78, 80, 82 in 3a, wobei die dargestellten zeitlichen Verläufe für die einzelnen Schenkel-Magnetflüsse Ba, Bb und die Spulenspannungen U1, U2 bzw. U5 in zeitlich gleichem Maßstab und gleichen Zeitabschnitten untereinander entsprechend ihrem jeweils zeitsynchronen Auftreten zueinander aufgetragen sind. Die Spannungen auf den Y-Achsen sind mit unterschiedlichen Skalierungen dargestellt, je nach unterschiedlichen Spulen-Windungszahlen. Zur besseren Verdeutlichung der physikalischen Zusammenhänge ist in den 3a bis 3d das Auftreten der Drehstellungen 42–50 ebenfalls markiert. Wie auch aus 3a ersichtlich, wird innerhalb einer Umdrehung oder Halbwellenfolge die Spannungsversorgungseinheit U10 erstmals von der positiven Wechselspannungs-Halbwelle 78 aus mit einer Scheitelspannung 84 mit Energie versorgt, so dass die Steuerung U8 etwa ab 60 Grad vor dem oberen Totpunkt OT arbeiten kann. Die Motorwinkelgeschwindigkeit ist dabei noch verhältnismäßig hoch, und erst mit zunehmendem Annähern an den oberen Totpunkt OT (vgl. Scheitelspannung 86) bricht die Winkelgeschwindigkeit stark ein. Damit die Steuerung U8 mit möglichst geringem Energieverbrauch aus der Spannungsversorgungseinheit U10 auskommt, steht diese nur mit der Auslösung eines RESET-Signals etwa ab der Mitte der zweiten Ladespannungshalbwelle 70 gemäß 3c (vgl. auch punktierte Vertikallinie in 3a–3d) bis zum jeweils berechneten Zündzeitpunkt Zzp (6, 7) zur Verfügung, insbesondere im untersten Drehzahlbereich, also beim Motorstart. Ab der entsprechenden, in den 3a–d die jeweiligen Zeitachsen durchsetzenden, punktierten Vertikallinie 44 kann die Steuerung die Spannungshalbwellen von der Ladespule U1 und der Spannungsversorgungsspule U2 signalmäßig über die Abschwächschaltung erfassen und zur Berechnung des Zündzeitpunkts Zzp verarbeiten beziehungsweise auswerten. Die Ströme, die noch über die Abschwächschaltung U10 fließen, können wegen der hohen Innenwiderstände hinsichtlich des Energieverbrauchs vernachlässigt werden.
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Das Energiespeicherelement U4 wird zweckmäßig am Ende eines Halbwellenzykluss 68–70–72–74 aus der Ladespule U1 mit der letzten Halbwelle 74 vorgeladen, und dann im nächsten Halbwellenzykluss mit der stärksten Halbwelle der Ladespule U1 weiter für den kommenden Zündzeitpunkt Zzp aufgeladen.
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Zur Erfassung und Verarbeitung der Spulensignale kann neben dem gemäß 4 in die Steuerung U8 integrierten Analog-Digital-Wandler ADC auch ein Mikrocontroller mit Komparator und programmierbarer Vergleichsspannung Einsatz finden. Die zweitgenannte Variante ist für hochdrehende Verbrennungsmotoren günstig, weil ein Erreichen bzw. Durchschreiten voreingestellter Schwellwertspannungen schneller für die weitere Verarbeitung erfassbar sind. Solche Mikrocontroller werden heute von verschiedenen Halbleiterherstellern vermarktet. Mit dem Konzept der Abtastung der Wechselspannungs-Halbwellen und der Erfassung und Messung von deren ansteigenden bzw. abfallenden Flanken ist es in Verbindung mit solchen Mikrocontrollern auch möglich, im Start- und Leerlaufdrehzahlbereich die für geringe Drehzahlen vorteilhafte Drehrichtungserkennung innerhalb eines Winkelbereichs von der Scheitelspannung 84 der zweiten positiven Halbwelle gemäß 3a bis zum Zündzeitpunkt durchzuführen.
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Mit jeder Initialisierung im Bereich der Scheitelspannungen 84, 86 der Spannungsversorgungsspule U2 wird der interne Zeitgeber der Steuerung U8 gestartet, der ab dem jeweiligen Initialisierungszeitpunkt 84, 86 kontinuierlich interne Impulse mit konstanten Abständen von z. B. einer Mikrosekunde zählt, welche vom Taktgenerator abgeleitet werden. In Kombination damit werden für an den Signalabtastungseingängen A1, A2 auftretende Ereignisse (beispielsweise ein Spulensignal unter- oder überschreitet einen für den Analog-Digital-Wandler ADC gemäß 4 vorprogrammierten Schwellwert) jeweilige Zeitstempel abgespeichert. Beispielsweise können die Zeitpunkte der jeweils ersten Unterschreitungen vorprogrammierter, negativer Spannungsschwellen durch Signale der Ladungsspule U1 auf dem ersten Jochkern-Schenkel 26 und der Spannungsversorgungsspule U2 auf dem zweiten Jochkern-Schenkel 28 relativ zueinander bewertet werden. Die innerhalb einer Halbwellen-Folge von der Scheitelspannung 84 der zweiten Halbwelle bis zum Unterschreiten einer vorprogrammierten, negativen Spannungsschwelle (entsprechend beispielsweise einer Winkelstellung von 45 Grad vor dem oberen Totpunkt OT) verstreichende Zeit kann in einem Datenverarbeitungsprozess der Steuerung zu einem Wert über die Drehzahl des Verbrennungsmotors umgesetzt werden. Es lassen sich in weiteren Winkelstellungen weitere Zeitstempel abzählen und abspeichern, woraus die Änderung der Winkelgeschwindigkeit mit zunehmender Annäherung an den oberen Totpunkt gewonnen wird.
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In 5 sind eine Startverstellkurve 88 und eine Betriebsverstellkurve 90 dargestellt, die in der Steuerung U8 hinterlegt sind. Hierbei ist aufgetragen, um wieviel Grad der Zündzeitpunkt Zzp entgegen der Drehrichtung D vor dem oberen Totpunkt OT abhängig von der Drehzahl n der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 10 liegt. Bei niedrigen Drehzahlen n ist der Winkel vergleichsweise gering und steigt mit zunehmenden Drehzahlen an, um eine effektive Verbrennung innerhalb des Brennraums des Verbrennungsmotors 10 zu erzielen. In einem Leerlaufabschnitt 92 der Startverstellkurve 88 ist der Winkel über ein Drehzahlband bis hin zu einer Maximaldrehzahl 94 konstant. Im Leerlaufabschnitt 92 ist die Startverstellkurve 88 zu einem späteren Zündzeitpunkt Zzp verschoben, damit der Verbrennungsmotor 10 nicht zu stark beschleunigt und somit ein ruhiges Laufverhalten aufweist. Sollte die Drehzahl n die Maximaldrehzahl 94 überschreiten, so unterbleibt eine Zündung des sich innerhalb des Brennraums befindenden Luft/Kraftstoffgemisches, was zu einem Absinken der Drehzahl n führt. Die Maximaldrehzahl 94 ist kleiner als die Kupplungsdrehzahl 9 der Fliehkraftkupplung 8. Infolgedessen ist ein Antrieb des Werkzeuges 4 nicht möglich, solang die Startverstellkurve 88 ausgewählt ist
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Die Betriebsverstellkurve 90 weist ebenfalls einen Leerlaufabschnitt 96 auf, wobei dieser Leerlaufabschnitt 96 gegenüber dem Leerlaufabschnitt 92 der Startverstellkurve 88 entgegen der Drehrichtung D verschoben ist. Alternativ ist der Winkel der Startverstellkurve 88 und der Betriebsverstellkurve 90 bei deren jeweiligen Leerlaufabschnitt 92, 96 gleich. Die Betriebsverstellkurve 90 verläuft zudem auch bei Drehzahlen n, die großer als die Maximaldrehzahl ist. Mit anderen Worten wird bei einer Drehzahl n, die größer als die Maximaldrehzahl 94 ist, ein Zündzeitpunkt Zzp erstellt und das sich innerhalb der Brennkammer befindende Gemisch des Verbrennungsmotors 10 gezündet. Hierbei wird der Winkel gegenüber dem oberen Totpunkt OT entgegen der Drehrichtung D mit zunehmender Drehzahl n vergrößert, sodass eine vergleichsweise effektive Verbrennung erfolgt und somit eine Beschleunigung der Rotationsbewegung der Kurbelwelle ermöglicht ist, sofern gewünscht.
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In 6 ist ein Drehzahlverlauf 98 der Kurbelwelle und somit auch des Polrads 18 des Verbrennungsmotors 10 dargestellt. Der Verbrennungsmotor 10 Betriebstemperatur auf und die Drosselklappenarretierung 12 ist nicht aktiviert. Mit anderen Worten befindet sich die Drosselklappe in der Leerlaufstellung. Dahingegen ist in 7 der Drehzahlverlauf 98 des Verbrennungsmotors 10 bei aktivierter Drosselklappenarretierung 12 dargestellt, wobei beim Start 100 des Verbrennungsmotors 10 die Betriebsverstellkurve 90 ausgewählt ist. Hierbei ist der Verbrennungsmotors 10 zunächst kalt und erwärmt sich vergleichsweise schnell, oder der Verbrennungsmotors 10 ist dem Start 100 bereits betriebswarm. Wie in 7 ersichtlich ist, übersteigt die Drehzahl n nach dem Start 100 vergleichsweise schnell die Kupplungsdrehzahl 9 und das Werkzeug 4 wird folglich angetrieben. In 6 und 7 ist die Drehzahl n des Verbrennungsmotors 10 in U/min gegen den Winkel α in Grad aufgetragen, um den die Kurbelwelle seit dem Start rotiert ist.
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In 8 ist schematisch ein zeitlicher Ablauf eines Verfahrens 102 zum Betrieb der Zündanlage 16 dargestellt, sodass der in 7 gezeigte Drehzahlverlauf 98 aufgrund einer Sperrung der Umschaltung von der Startverstellkurve 88 zur Betriebsverstellkurve 90 unterbleibt. Nach dem Start 100 des Verbrennungsmotors mittels des Starterseils 14 wird in einem ersten Auswahlschritt 104 die Startverstellkurve 88 ausgewählt und die jeweiligen Zündzeitpunkte Zzp entsprechend erstellt. In einem ersten Überprüfschritt 106 wird der Drehzahlverlauf 98 in aneinander angrenzende Zyklen 108 unterteilt. Der Beginn des ersten Zyklus 108 ist der zweite Zündzeitpunkt Zzp nach dem Start 100 des Verbrennungsmotors 10. Jeder der Zyklen endet bei dem Zündzeitpunkt Zzp, bei dem die Drehzahl n kleiner als bei dem zeitlich hierauf direkt folgenden Zündzeitpunkt Zzp ist. Innerhalb jedes der Zyklen 108 wird der Durchschnitt 110 der Drehzahl n während des Zyklus 108 gebildet. Zur Vereinfachung der Berechnung werden hierbei lediglich die Drehzahlen n zu den einzelnen Zündzeitpunkten Zzp des jeweiligen Zyklus 108 herangezogen. Unterscheiden sich die Durchschnitte 110 aufeinander folgender Zyklen 108 um mehr als einen Toleranzwert von 300 U/min, wie dies beispielsweise in 7 der Fall ist, so wird in einem Sperrschritt 112 eine Umschaltung von der Startverstellkurve 88 zur Betriebsverstellkurve 90 gesperrt. Folglich wird das Zündsystem 16 weiter mit der Startverstellkurve 88 betrieben und der erste Überprüfschritt 106 erneut ausgeführt. Sofern sich die Durchschnitte 110 um weniger als 300 U/min unterscheiden, wie in 6 gezeigt, wird in einem zweiten Auswahlschritt 114 von der Startverstellkurve 88 auf die Betriebsverstellkurve 90 umgeschaltet.
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Weiterhin wird im ersten Überprüfschritt 106 überprüft, ob die Drehzahl n bei dem zweiten Zündzeitpunkt Zzp des ersten Zyklus 108 kleiner als bei dem zeitlich hierauf direkt folgenden Zündzeitpunkt Zzp ist. Sowohl bei dem in 6 als auch dem in 7 gezeigten Drehzahlverlauf 98 ist dies nicht der Fall. Sollte dieses Kriterium jedoch erfüllt sein, so wird ebenfalls der Sperrschritt 112 ausgeführt.
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Wenn der Sperrschritt 112 ausgeführt wurde, und folglich eine Umschaltung zur Betriebsverstellkurve 90 gesperrt ist, wird diese Sperrung in einem Aufhebeschritt 116 aufgehoben, wenn in dem erneut ausgeführten ersten Überprüfschritt 106 eine Bedingung zur Aufhebung der Sperrung erkannt wurde. Eine derartige Bedingung ist beispielsweise, ob die Differenz der Durchschnitte 110 aufeinander folgender Zyklen 108 kleiner als ein Grenzwert ist, insbesondere 500 U/min, wobei jeder der zur Bestimmung dieser Bedingung beitragenden Durchschnitte 110 kleiner als der jeweils zeitlich vorangehende Durchschnitt 110 ist. Eine weitere Bedingung ist, ob der Durchschnitt 110 sich um weniger als einen zweiten Toleranzwert von einer Leerlaufdrehzahl 118 unterscheidet, wobei die Leerlaufdrehzahl 118 im Wesentlichen die Drehzahl n ist, mit der die Kurbelwelle rotiert, wenn die Drosselklappenarretierung 12 nicht aktiviert ist. Die Leerlaufdrehzahl 118 ist 2.500 U/min. Der zweite Toleranzwert ist zweckmäßigerweise 300 U/min. Eine weitere zur Aufhebung der Sperrung führende Bedingung ist, ob die Differenz der Drehzahlen n bei zweier aufeinanderfolgenden Zündzeitpunkten Zzp negativ ist, sofern die Sperrung aufgrund des Anstiegs der Drehzahl n zwischen dem zweiten Zündzeitpunkt Zzp des ersten Zyklus 108 und dem zeitlich hierauf direkt folgenden Zündzeitpunkt Zzp erfolgte.
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Der Aufhebeschritt 116 wird hierbei jedoch stets nicht ausgeführt, wenn der Durchschnitt der Drehzahlen 110 im Wesentlichen der Maximaldrehzahl 94 entspricht oder sich von dieser um weniger als 300 U/min unterscheidet. Infolgedessen wird, beispielsweise bei aktivierter Drosselklappenarretierung 12, nicht auf die Betriebsverstellkurve 90 umgeschaltet, wenn davon auszugehen ist, dass die Drehzahl n nach der Umschaltung im Wesentlichen unverzüglich die Maximaldrehzahl 94 und die Kupplungsdrehzahl 9 überschreitet.
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Eine weitere Bedingung, die zum Ausführen des Auslöseschrittes 116 führt, ist, ob das Verhältnis der Anzahlen von aufeinander folgenden Zündungen Zzp, bei denen die Drehzahl n ansteigt, zu der Anzahl von aufeinander folgenden Zündungen Zzp, bei denen die Drehzahl n abfällt, kleiner als ein Grenzverhältnis ist. Hierbei wir die jeweilige Anzahl über zwei aufeinander folgenden Zyklen 108 ermittelt, und das Grenzverhältnis ist 1:1. Bei dem in 6 dargestellten Drehzahlverlauf 98 ist das Verhältnis 1:3, wobei die ersten beiden Zyklen 108 zur Bildung des Verhältnisses herangezogen wurden. Hierbei steigt nämlich jeweils nach der den jeweiligen Zyklus 108 startenden Zündung Zzp die Drehzahl n jeweils einmal an und fällt über drei anschließende Zündungen Zzp ab. Bei dem in 7 gezeigten Drehzahlverlauf 98 ist das Verhältnis 1:1, wobei wiederum die ersten beiden Zyklen 108 zur Ermittlung herangezogen wurden. Folglich wird bei einem in 7 dargestellten Drehzahlverlauf 98 die Sperrung der Umschaltung aufrechterhalten.
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In 9 ist ein weiteres Verfahren 120 zum Betrieb des Zündsystems 16 dargestellt. Auch hier wird nach dem Start 100 des Verbrennungsmotors 10 der erste Auswahlschritt 104 ausgeführt und das Zündsystem 16 mit der Startverstellkurve 88 betrieben. Der sich ergebende Drehzahlverlauf 98 wird erfasst, und in einem zweiten Überprüfschritt 122 wird als eine erste Bedingung überprüft, ob innerhalb der ersten drei Zündzeitpunkte Zzp, die mit den ersten drei Umdrehungen des Verbrennungsmotors 10 korrespondieren, die Drehzahl n kontinuierlich ansteigt.
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Ist dies der Fall, so wird der Sperrschritt 112 ausgeführt und folglich eine Umschaltung von der Startverstellkurve 88 zur Betriebsverstellkurve 90 unterbunden.
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Falls die erste Bedingung negativ sein sollte, wie dies bei den beiden in 6 und 7 dargestellten Drehzahlverläufen 98 der Fall ist, wird in einem dritten Überprüfschritt 124 überprüft, ob eine zweite Bedingung erfüllt ist. Die zweite Bedingung ist hierbei, ob die Drehzahl über zwei Zündzeitpunkte Zzp des Verbrennungsmotors 10 kontinuierlich abfällt. Mit anderen Worten wird überprüft, ob drei zeitlich direkt aufeinander folgende Zündzeitpunkte Zzp existieren, wobei die Drehzahl n zum zeitlich zweiten Zündzeitpunkt Zzp geringer als zum ersten Zündzeitpunkt Zzp und die Drehzahl n beim dritten Zündzeitpunkt Zzp geringer als beim zweiten Zündzeitpunkt Zzp ist. Dies wäre beispielsweise bei dem in 6 gezeigten Drehzahlverlauf 98 der Fall. Bei dem in 7 dargestellten Drehzahlverlauf 98 ist die zweite Bedingung hingegen negativ. Fall die zweite Bedingung positiv ist, wird der zweite Auswahlschritt 114 ausgeführt und von der Startverstellkurve 88 auf die Betriebsverstellkurve 90 umgeschaltet. Hieran schließt sich ein Normalbetrieb 126 an, in dem beispielsweise das Werkzeug 4 angetrieben und das Arbeitsgerät 2 bestimmungsgemäß eingesetzt wird.
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Wenn die zweite Bedingung negativ ist, wird in einem vierten Überprüfschritt 128 überprüft, ob eine dritte Bedingung erfüllt ist. Die dritte Bedingung ist, ob das Verhältnis der durchschnittliche Anzahl von aufeinander folgenden Zündzeitpunkten Zzp, bei denen die Drehzahl n ansteigt, zu der durchschnittlichen Anzahl von aufeinander folgenden Zündzeitpunkten Zzp, bei denen die Drehzahl n abfällt, zweier aufeinander folgender Zyklen 108 kleiner als 1:1 ist, wie bereits im Zusammenhang mit dem in 8 gezeigten Verfahren 102 erläutert. Falls die dritte Bedingung positiv ist, wird der zweite Auswahlschritt 114 ausgeführt, andernfalls der Sperrschritt 112.
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Falls der Sperrschritt 112 ausgeführt wird, wird im Anschluss hieran ein fünfter Überprüfschritt 130 so lange ausgeführt, bis eine vierte Bedingung erfüllt ist. Die vierte Bedingung ist hierbei, ob der Durchschnitt 110 der Drehzahl n innerhalb eines Zyklus 108 über zwei aneinander grenzenden Zyklen 108 abfällt, also ob der zeitlich nachfolgende Durchschnitt 110 kleiner als der vorhergehende Durchschnitt 110 ist. Dies erfolgt beispielsweise, wenn die Aktivierung der Drosselklappenarretierung 12 aufgehoben wird und die Drosselklappe folglich in die Leerlaufposition schwenkt. Falls die vierte Bedingung erfüllt ist, wird ein dritter Auswahlschritt 132 ausgeführt und von der Startverstellkurve 88 auf die Betriebsverstellkurve 90 umgeschaltet, sowie der Normalbetrieb 126 ausgeführt.
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Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den einzelnen Ausführungsbeispielen beschriebene Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- tragbares Arbeitsgerät
- 4
- Werkzeug
- 6
- Sägekette
- 8
- Fliehkraftkupplung
- 9
- Kupplungsdrehzahl
- 10
- Verbrennungsmotor
- 12
- Drosselklappenarretierung
- 13
- Vergaser
- 14
- Starterseil
- 16
- Zündsystem
- 18
- Polrad
- 20
- Dauermagnet
- 22
- Magnetgenerator
- 24
- Jochkern
- 26
- erster Schenkel
- 28
- zweiter Schenkel
- 30
- Mittelteil
- 32
- Luftspalt
- 34
- Ausgang
- 36
- Ausgang
- 38
- Ansteuerausgang
- 40
- Eingangsseite
- 42
- Drehstellung
- 44
- Drehstellung
- 46
- Drehstellung
- 48
- Drehstellung
- 50
- Drehstellung
- 52
- Magnetflussänderung
- 54
- Magnetflussänderung
- 56
- Magnetflussänderung
- 58
- Magnetflussänderung
- 60
- Magnetflussänderung
- 62
- Magnetflussänderung
- 64
- Magnetflussänderung
- 66
- Magnetflussänderung
- 68
- Wechselspannungs-Halbwelle
- 70
- Wechselspannungs-Halbwelle
- 72
- Wechselspannungs-Halbwelle
- 74
- Wechselspannungs-Halbwelle
- 76
- Wechselspannungs-Halbwelle
- 78
- Wechselspannungs-Halbwelle
- 80
- Wechselspannungs-Halbwelle
- 82
- Wechselspannungs-Halbwelle
- 84
- Scheitelspannung
- 86
- Scheitelspannung
- 88
- Startverstellkurve
- 90
- Betriebsverstellkurve
- 92
- Leerlaufabschnitt
- 94
- Maximaldrehzahl
- 96
- Leerlaufabschnitt
- 98
- Drehzahlverlauf
- 100
- Start
- 102
- Verfahren
- 104
- erster Auswahlschritt
- 106
- erster Überprüfschritt
- 108
- Zyklus
- 110
- Durchschnitt
- 112
- Sperrschritt
- 114
- zweiter Auswahlschritt
- 116
- Aufhebeschritt
- 118
- Leerlaufdrehzahl
- 120
- Verfahren
- 122
- zweiter Überprüfschritt
- 124
- dritter Überprüfschritt
- 126
- Normalbetrieb
- 128
- vierter Überprüfschritt
- 130
- fünfter Überprüfschritt
- 132
- dritter Auswahlschritt
- A1, A2
- Signalabtastungseingang
- ADC
- Analog-Digital-Wandler
- Ba, Bb
- Magnetfluss
- D
- Drehrichtung
- FU
- Zündfunkenstrecke
- Lp
- Primärspule
- Ls
- Sekundärspule
- n
- Drehzahl
- OT
- oberer Totpunkt
- P1...P4
- Portanschluss
- S, N
- Polschuhe
- U1
- Ladespule
- U2
- Spannungsversorgungsspule
- U3
- Gleichrichter
- U4
- Energiespeicherelement
- U5
- Zündübertrager
- U6
- Taktgenerator
- U7
- Abschwächschaltung
- U8
- Steuerung
- U9
- Zündschalter
- U10
- Spannungsversorgungseinheit
- U11
- Rücksetzschaltung
- VDD
- Betriebsspannung
- Zzp
- Zündzeitpunkt
- α
- Winkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009054116 A1 [0004]
