DE10332258A1 - Zündschaltung für einen Verbrennungsmotor - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zündschaltung für einen Zweitaktmotor mit einer Zündkerze (2), die über einen Zündschalter (14) mit einer Spannungsquelle (16) verbunden ist. Über eine Steuerschaltung (15) wird der Zündschalter (14) betätigt, um in Abhängigkeit des Kurbelwellenwinkels und der Drehzahl des Motors (1) den Zündschalter (14) zu schließen und pro Umdrehung der Kurbelwelle (10) einen Zündfunken auszulösen. Der Steuerschaltung (15) ist für ein und dieselbe Drehzahl ein Zündzeitpunkt für den Leerlauffall und ein Zündzeitpunkt für den Beschleunigungsfall zur Verfügung gestellt. Um ein rasches Beschleunigen aus dem Leerlaufbereich zu erzielen, überwacht die Steuerschaltung (15) die Leerlaufdrehzahl, um bei einem vorgegebenen Drehzahlanstieg auf einen Zündzeitpunkt für den Beschleunigungsfall umzuschalten. Stellt die Steuerschaltung nach der Zündumschaltung auf den Beschleunigungsfall ein Ausbleiben des Drehzahlanstiegs oder sogar einen Drehzahlabfall fest, wird auf den Zündzeitpunkt für den Leerlauffall zurückgeschaltet.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Zündschaltung für einen Verbrennungsmotor, insbesondere für einen Zweitaktmotor in einem handgeführten Arbeitsgerät wie einer Motorkettensäge, einem Freischneidegerät, einem Trennschleifer oder dgl. nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Derartige Zündschaltungen sind an sich bekannt. Sie weisen eine Steuerschaltung auf, die den Zündfunken im Brennraum auslöst und den Zündzeitpunkt in Abhängigkeit von Betriebsparametern des Verbrennungsmotors einstellt. Meist steht der Steuerschaltung ein Zündkennfeld zur Auswahl eines betriebsangepaßten, optimalen Zündzeitpunkts zur Verfügung.
  • Da im Leerlauffall andere Zündbedingungen herrschen wie unter Vollast, wird der Zündzeitpunkt dem Leerlauffall entsprechend angepaßt eingestellt. Ist ein Leerlaufregelkreis vorgesehen, gewährleistet dieser meist eine hohe Drehzahlkonstanz im Leerlaufbereich, da sowohl bei einem Absinken der Leerlaufdrehzahl als auch bei einem Anwachsen der Leerlaufdrehzahl von der Steuerschaltung regelnd eingegriffen wird. Nachteilig dabei ist, daß der Steuerschaltung ein zusätzliches Signal aufgegeben werden muß, damit der Beschleunigungsfall erkannt wird und ein Drehzahlanstieg über die obere Leerlaufdrehzahlgrenze zugelassen wird. Hierzu können zum Beispiel Leerlaufschalter verwendet werden, die an der Drosselklappe angeordnet sind. Öffnet die Drosselklappe, wird auch der Schalter betätigt und dieses Signal der Steuerschaltung aufgegeben, damit diese einen Drehzahlanstieg aus dem Leerlaufdrehzahlbereich zuläßt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zündschaltung für einen Verbrennungsmotor derart auszubilden, daß ohne zusätzliche Mittel die Steuerschaltung im Beschleunigungsfall einen raschen Drehzahlanstieg aus dem Leerlaufbereich zuläßt.
  • Diese Aufgabe wird nach den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Die Erfindung macht sich zu Nutze, daß der Verbrennungsmotor – insbesondere ein Zweitaktmotor – im Leerlaufbetrieb nicht bei jeder Kurbelwellenumdrehung verbrennt. Diese physikalische Gegebenheit beruht darauf, daß im Leerlauf nur geringe Mengen frischen Kraftstoff/Luft-Gemisches zugeführt werden und diese Mengen nicht genügen, um den Brennraum ausreichend zu spülen. Daher wir nach einer Verbrennung und einem folgenden Spülvorgang das Gemisch im Brennraum noch einen hohen Abgasanteil enthalten, so daß es zündunwillig bis zündunfähig ist. Trotz einem Zündfunken findet keine Verbrennung statt; die Drehzahl des Motors fällt in der folgenden Kurbelwellenumdrehung ab. Es hat sich gezeigt, daß sich bei einem Zweitaktmotor nach einer erfolgreichen Zündung und Verbrennung nachfolgend zwei bis drei Kurbelwellenumdrehungen ergeben, die ohne Verbrennung bleiben, obwohl gezündet wird. Die Leerlaufdrehzahl macht daher – insbesondere bei der Drehzahlbetrachtung je Kurbel wellenumdrehung – deutliche Drehzahlsprünge von zum Beispiel bis zu 600 Umdrehungen in der Minute.
  • Nach der erfindungsgemäßen Zündschaltung wird die Leerlaufdrehzahl pro Kurbelwellenumdrehung überwacht. Stellt die Steuerschaltung einen Drehzahlanstieg im Leerlauf fest, ist dies ein Indiz für eine geglückte Zündung. Aufgrund des Drehzahlanstiegs schaltet die Steuerschaltung unmittelbar auf einen Zündzeitpunkt für den Beschleunigungsfall um, so daß in der folgenden Kurbelwellenumdrehung der Zündzeitpunkt für den Beschleunigungsfall eingestellt ist.
  • Nach dieser Umschaltung auf den Beschleunigungsfall wird in der folgenden Kurbelwellenumdrehung wiederum die Drehzahl pro Kurbelwellenumdrehung ausgewertet. Liegt kein weiterer Drehzahlanstieg vor, ist vielmehr die Drehzahl gefallen, schaltet die Steuerschaltung auf den Zündzeitpunkt für den Leerlauffall zurück. Die Umschaltung auf den Zündzeitpunkt für den Beschleunigungsfall bleibt für den Betrieb des Verbrennungsmotors im Leerlauf ohne Auswirkungen, da im Leerlauffall auf eine geglückte Zündung regelmäßig zwei bis drei Kurbelwellenumdrehungen ohne Zündung folgen.
  • Wird hingegen nach der Zündumschaltung auf dem Beschleunigungsfall auch in der folgenden Kurbelwellenumdrehung eine Verbrennung und damit ein Drehzahlanstieg festgestellt, liegt tatsächlich der Beschleunigungsfall vor. Der Motor beschleunigt kraftvoll und rasch aus dem Leerlaufbereich auf die Höchstdrehzahl.
  • Die Steuerschaltung ist erfindungsgemäß derart ausgebildet, daß bei jeder geglückten Verbrennung der Beschleunigungsfall vermutet wird und daher der Zündzeitpunkt auf den Beschleunigungsfall umgeschaltet wird. Bleibt in der folgenden Umdrehung die Verbrennung aus, weil sich der Motor weiterhin im Leerlauf befindet, wird diese Umschaltung wieder rückgängig gemacht. Jede geglückte Verbrennung im Leerlauffall führt somit zu einer Umschaltung des Zündzeitpunktes auf den Beschleunigungsfall; fällt die folgende Verbrennung aus, bleibt also ein weiterer Drehzahlanstieg aus oder nimmt die Drehzahl sogar ab, wird auf den Zündzeitpunkt für den Leerlauffall zurückgeschaltet.
  • Es kann vorteilhaft sein, den Gradient der Leerlaufdrehzahlkurve als Betriebsparameter zur Umschaltung des Zündzeitpunktes zu verwenden.
    •
  • Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung, in der ein nachfolgend im einzelnen beschriebenes Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt ist. Es zeigen:
  • 1 in schematischer Darstellung den Aufbau einer erfindungsgemäßen Zündschaltung an einem Verbrennungsmotor, der ein Zweitaktmotor oder auch ein Viertaktmotor sein kann,
  • 2 ein Diagramm der Leerlaufdrehzahl über der Anzahl der Kurbelwellenumdrehungen.
  • Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein Zweitaktmotor 1 gezeigt, der zum Beispiel in einem handgeführten Arbeitsgerät wie einer Motorkettensäge, einem Freischneider, einem Trennschleifer oder dgl. Werkzeug angeordnet sein kann. Die erfindungsgemäße Zündschaltung ist grundsätzlich für luft- oder wassergekühlte Verbrennungsmotoren einsetzbar.
  • Der im Ausführungsbeispiel luftgekühlte Zylinder 3 hat einen Ansaugstutzen 5 mit einem Vergaser und einer Drosselklappe 4, die über ein Gestänge 6 von einem Gashebel 9 betätigbar ist, um die Motordrehzahl zu verändern. In der gezeigten Leerlaufstellung liegt der Gashebel 9 unter Wirkung einer Feder 8 an einem Anschlag 7 an.
  • Im Zylinder ist ein auf- und abgehender Kolben vorgesehen, der über eine Pleuelstange eine Kurbelwelle 10 antreibt. Mit der Kurbelwelle 10 des Motors 1 läuft ein Impulsgeberrad 11 um, dessen am Außenumfang vorgesehene Marken in einem zugeordneten Sensor 12 Impulse erzeugen, die als Drehzahlinformationssignal der Steuerschaltung 15 zugeführt sind. Die Marken am Impulsgeberrad 11 sind derart angeordnet, daß zumindest pro Kurbelwellenumdrehung ein der Kurbelwellenstellung spezifisches Signal im Impulssensor 12 erzeugt wird, woraus die Steuerschaltung 15 die aktuelle Drehstellung der Kurbelwelle 10 erkennen kann. Vorzugsweise sind die Marken über den Umfang des Impulsgeberrades 11 mit unterschiedlichem Abstand angeordnet, so daß aus dem Abstand der Impulse des Sensors 12 die Winkellage der Kurbelwelle 10 unmittelbar erkennbar ist.
  • Die als elektronische Schaltung ausgebildete Steuerschaltung 15 ist vorzugsweise ein Mikroprozessor, der die Signale des Impulssensors 12 verarbeitet und entsprechend einen elektronischen Schalter 14 steuert, der eine am Zylinder 3 des Motors 1 angeordnete Zündkerze 2 zur Erzeugung eines im Brennraum abgegebenen Zündfunkens mit einer Spannungsquelle 16 verbindet. Es kann vorteilhaft sein, weitere Betriebsparameter des Motors, wie zum Beispiel die Zylindertemperatur der Steuerschaltung 15 zu melden, wozu ein am Zylinder 3 angeordneter Temperatursensor 13 vorgesehen sein kann.
  • Der Mikroprozessor in der Steuerschaltung 15 arbeitet nach einem vorgegebenen Ablaufdiagramm, wobei eine Vielzahl von Betriebsparameter des Motors 1 zur Bestimmung des Zündzeitpunktes verarbeitet werden können. Der Mikroprozessor bzw. die Steuerschaltung 15 begrenzt zugleich die Höchstdrehzahl des Motors zum Beispiel durch Unterdrückung eines Zündfunkens nach Überschreiten einer Enddrehzahl.
  • Der Mikroprozessor erkennt ferner, ob der Verbrennungsmotor im Leerlauf läuft und ob aus dem Leerlauf heraus vom Benutzer beschleunigt wird. Hierzu kann zweckmäßig ein Zündkennfeld vorgesehen sein, das zum Beispiel in einem Speicher 17 abgelegt ist, welcher mit der Steuerschaltung 15 verbunden ist. Im Speicher 17 ist für den Bereich der Leerlaufdrehzahl für jede aktuelle Ist-Drehzahl ein Zündzeitpunkt für den Leerlauffall und zur gleichen Drehzahl ein Zündzeitpunkt für den Beschleunigungsfall bereit gestellt. Die Steuerschaltung 15 stellt in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Motors entweder den Zündzeitpunkt für den Leerlauffall oder den Zündzeitpunkt für den Beschleunigungsfall ein, sofern ein Beschleunigungsfall festgestellt wird.
  • Anhand des Verlaufs der Leerlaufdrehzahl bei einem Zweitaktmotor gemäß dem Diagramm in 2 wird das erfindungsgemäße Verfahren erläutert.
  • Bei einem Zweitaktmotor wird im Leerlauffall bei jeder Kurbelwellenumdrehung gezündet, was durch Punkte in der Kurve dargestellt ist. Auf der X-Achse sind die Anzahl der Kurbelwellenumdrehungen aufgetragen, während auf der Y-Achse die aktuelle Drehzahl angegeben ist. Zündet im Leerlauffall im Zeitpunkt Z das Gemisch im Brennraum des Verbrennungsmotors, erfährt die Drehzahl einen Sprung D von zum Beispiel etwa 500 Umdrehungen. Dieser Drehzahlsprung wird innerhalb einer Kurbelwellenumdrehung erfaßt und kann von der Steuerschaltung 15 ausgewertet werden. Erfolgt zum Beispiel im Zeitpunkt Z1 eine Zündung und wird ein Drehzahlsprung von ca. 600 Umdrehungen während der folgenden Kurbelwellenumdrehung angenommen, so liegt zum darauffolgenden Zündzeitpunkt Z2 eine Drehzahl von ca. 2.900 Umdrehungen an. Es wurde festgestellt, daß im Leerlauf selbst bei Auslösen eines Zündfunkens bei jeder Kurbelwellenumdrehung eine Zündung des Gemisches im Brennraum nicht regelmäßig erfolgt. Erfolgt zum Beispiel zum Zündzeitpunkt Z1 die Zündung und erfährt die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors in der darauffolgenden Umdrehung einen Drehzahlsprung von ca. 600 Umdrehungen pro Minute, so fällt – trotz Zündfunkens – die Zündung im Zündzeitpunkt Z2 aus. Gleiches gilt für die folgende Umdrehung im Zündzeitpunkt Z3 sowie im darauffolgenden Zündzeitpunkt Z4. Dies hat zur Folge, daß nach dem Drehzahlsprung die Drehzahl wieder stark abfällt bis eine erneute Zündung des Gemisches im Brennraum erfolgt und erneut ein Drehzahlsprung auftritt.
  • Die Steuerschaltung 15 wird nun erfindungsgemäß derart betrieben, daß – bei einem Zweitaktmotor – die Drehzahländerung über eine Kurbelwellenumdrehung ermittelt wird, so daß von Kurbelwellenumdrehung zu Kurbelwellenumdrehung die Steuerschaltung die sich ergebenden Ist-Drehzahlen auswertet. Bei einem Viertaktmotor würde dies über zwei Kurbelwellenumdrehungen erfolgen, da bei einem Viertaktmotor alle zwei Umdrehungen eine Zündung erfolgt.
  • Aufgrund der Überwachung der Leerlaufdrehzahl erkennt die Steuerschaltung 15 eine Zündung sofort anhand des Drehzahlsprungs. Unabhängig von den tatsächlichen Verhältnissen am Verbrennungsmotor schaltet die Steuerschaltung bei Erkennen eines Drehzahlsprungs unmittelbar auf einen Zündzeitpunkt für den Beschleunigungsfall um. Dieser Zündzeitpunkt ist zu der anliegenden Ist-Drehzahl in dem Kennfeldspeicher 17 abgelegt.
  • In der darauffolgenden Kurbelwellenumdrehung zündet die Steuerschaltung mit dem Zündzeitpunkt für den Beschleunigungsfall. Hat der Benutzer kein Gas gegeben, liegt also weiterhin Leerlauf an, hat die Verstellung des Zündzeitpunktes in Richtung "früh" keine Auswirkungen auf die Drehzahl. Im Leerlauffall wird nämlich aufgrund des nicht zündfähigen Gemisches im Brennraum keine Zündung erfolgen, so daß die Drehzahl abfällt. Dieser Drehzahlabfall während einer Kurbelwellenumdrehung wird von der Steuerschaltung 15 wiederum erkannt und aufgrund des Abfalls der Drehzahl auf den Zündzeitpunkt für den Leerlauffall zurückgeschaltet. Bei den folgenden zwei bis drei Kurbelwellenumdrehungen wird aufgrund der Leerlaufbedingungen eine Zündung ausbleiben, obwohl ein Zündfunke ausgelöst wird. Erst nach etwa drei bis vier Kurbelwellenumdrehungen hat sich im Brennraum ein ausreichend zündfähiges Gemisch eingestellt, so daß bei Auslösen des Zündfunkens wiederum eine Verbrennung erfolgt und die Kurbelwelle beschleunigt dreht. Dies wird von der Steuerschaltung wiederum als Drehzahlanstieg festgestellt und für die nächste Kurbelwellenumdrehung wieder auf den Zündzeitpunkt für den Beschleunigungsfall umgeschaltet.
  • Hat der Benutzer hingegen Gas gegeben, so wird auf die erste Zündung in der darauffolgenden Kurbelwellenumdrehung erneut eine Zündung auftreten, da aufgrund der anderen Stellung der Drosselklappe über eine Kurbelwellenumdrehung ausreichend Kraftstoff/Luft-Gemisch angesaugt wird, um im Brennraum ein zündfähiges Gemisch zur Verfügung zu stellen. Es findet erneut eine Verbrennung statt, so daß die Drehzahl ansteigt, wie im Kurvenzweig B strichliiert dargestellt ist. Aufgrund der geöffneten Drosselklappe folgt nun mit jeder Kurbelwellenumdrehung eine Zündung, so daß der Verbrennungsmotor kraftvoll und rasch hoch läuft. Da von Kurbelwellenumdrehung zu Kurbelwellenumdrehung von der Steuerschaltung 15 jeweils ein Drehzahlanstieg festgestellt wird, bleibt die Zündumschaltung auf den Zündzeitpunkt für den Beschleunigungsfall erhalten bis die Drehzahl außerhalb des Leerlaufbereiches liegt und die Zündung auf den Lastbetrieb des Motors umschaltet.
  • Die Steuerschaltung 15 kann bei Umschaltung des Zündzeitpunktes auf den Beschleunigungsfall zeitgleich oder entsprechend verzögert eine zusätzliche Kraftstoffmenge in den Ansaugkanal 5 einbringen, wozu eine gesteuerte Kraftstoffdüse 20 über eine Steuerleitung 21 mit der Steuerschaltung 15 verbunden ist.
  • Mit der Umschaltung auf den Beschleunigungsfall kann die Steuerschaltung 15 auch zusätzliche Betriebsparameter des Verbrennungsmotors auf eine optimale Beschleunigung verstellen.

Claims (6)

  1. Zündschaltung für einen Verbrennungsmotor, insbesondere für einen Zweitaktmotor in einem handgeführten Arbeitsgerät wie einer Motorkettensäge, einem Freischneidegerät, einem Trennschleifer oder dgl., mit einer Zündkerze (2), die über einen Zündschalter (14) mit einer Spannungsquelle (16) verbunden ist, und mit einer den Zündschalter (14) betätigenden elektronischen Steuerschaltung (15), die in Abhängigkeit des Kurbelwellenwinkels und weiterer Betriebsparameter des Motors (1) wie dessen Drehzahl den Zündschalter (14) schließt und pro Umdrehung der Kurbelwelle (10) einen Zündfunken auslöst, wobei der Steuerschaltung (15) für ein und dieselbe Drehzahl ein Zündzeitpunkt für den Leerlauffall und ein Zündzeitpunkt für den Beschleunigungsfall bereitgestellt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (15) die Leerlaufdrehzahl überwacht, daß bei einem Drehzahlanstieg im Leerlauf die Steuerschaltung (15) auf den Zeitpunkt für den Beschleunigungsfall umschaltet und daß nach der Zündumschaltung auf den Beschleunigungsfall die Drehzahl weiter überwacht wird und bei Ausbleiben eines weiteren Drehzahlanstiegs oder bei einem Drehzahlabfall die Steuerschaltung (15) auf den Zündzeitpunkt für den Leerlauffall zurückschaltet.
  2. Zündschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gradient der Drehzahl als Betriebsparameter zur Umschaltung des Zündzeitpunktes verwendet ist.
  3. Zündschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahländerung bei einem Zweitaktmotor über zumindest eine Kurbelwellenumdrehung ermittelt wird.
  4. Zündschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahländerung bei einem Viertaktmotor über zumindest zwei Kurbelwellenumdrehungen ermittelt wird.
  5. Zündschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Umschaltung auf den Beschleunigungsfall eine zusätzliche Kraftstoffmenge in den Ansaugkanal (9) eingebracht wird.
  6. Zündschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Umschaltung auf den Beschleunigungsfall weitere Betriebsparameter des Verbrennungsmotors auf eine optimale Beschleunigung verstellt werden.
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