DE19609536A1 - Einrichtung zur Drehzahlbegrenzung eines Verbrennungsmotors in einem handgeführten Arbeitsgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Drehzahlbe­ grenzung eines Verbrennungsmotors in einem handgeführten Arbeitsgerät der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebe­ nen Gattung.

Verbrennungsmotoren in handgeführten Arbeitsgeräten sind üblicherweise Zweitaktmotoren, die mit einer Einrichtung zur Drehzahlbegrenzung versehen sein können, damit eine maximal zulässige Drehzahl insbesondere bei Trennschlei­ fern mit Sicherheit nicht überschritten wird. Hierzu sind verschiedene Maßnahmen bekannt, die jedoch mit Nachteilen behaftet sind und insbesondere hinsichtlich der Abgasqua­ lität bei Einsetzen einer Drehzahlabregelung zu erhöhten Kohlenwasserstoffemissionen führen. So ist es beispiels­ weise bekannt, bei einer digitalen Zündungssteuerung die Zündung auszusetzen, was jedoch zur Folge hat, daß bei ausgesetzter Zündung der Kraftstoff nicht in dem Kompres­ sionsraum verbrennt. Außerdem ist es bekannt, eine Dreh­ zahlbegrenzung beziehungsweise eine Drehzahlabregelung durch Verstellen der Chokeklappe in Schließrichtung zu erreichen, womit jedoch ein starkes Überfetten des Gemi­ sches verbunden ist. Weiterhin ist es bekannt, Abregel­ ventile im Vergaser vorzusehen, die das Gemisch stark an­ fetten. Beide genannten Maßnahmen haben den Effekt, daß eine beträchtliche Menge unverbrannten Kraftstoffs bezie­ hungsweise unverbranntes Gemisch durch den Auslaß des Brennraumes in das Abgassystem gelangt und dort insbeson­ dere den Katalysatoren schadet, da diese durch Verbren­ nung des Kraftstoffgemischs im Abgassystem zerstört wer­ den.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Drehzahlbegrenzung eines Verbren­ nungsmotors der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebe­ nen Gattung zu schaffen, bei der die Drehzahlabregelung abgasneutral erfolgt.

Diese Aufgabe wird durch eine Einrichtung zur Drehzahlbe­ grenzung eines Verbrennungsmotors in einem handgeführten Arbeitsgerät durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die wesentlichen Vorteile der Erfindung sind darin zu se­ hen, daß zur Abregelung der Drehzahl die Drosselklappe eine Schließbewegung durchführt, durch die keine Anfet­ tung des Kraftstoff/Luft-Gemisches entsteht, sondern le­ diglich der Gesamtmassenstrom des dem Motor zugeführten Kraftstoff/Luft-Gemisches begrenzt wird. Daraus resultie­ ren ein niedriger Kraftstoffverbrauch beim Abregeln eben­ so wie eine niedrigere Abgasemission. Es treten auch keine Schwankungen der Drehzahl im Abregelbereich auf. Das Überdrehen des Verbrennungsmotors durch Glühzündungen bei magerer Abstimmung ist ausgeschlossen. Da die Abrege­ lung im Hinblick auf das Kraftstoff/Luft-Gemisch anfet­ tungsfrei ist, sind die Voraussetzungen für den Einbau eines Katalysators gegeben.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Erfindungsge­ genstandes ist als Übertragungsmittel zwischen dem Gashe­ bel und der Drosselklappe ein Getriebe vorgesehen, auf dessen Antriebswelle der Gashebel gelagert ist und dessen Abtriebswelle die Drosselklappenwelle ist. Dabei ist es besonders vorteilhaft, daß die Gashebelwelle und die Drosselklappenwelle fluchtend angeordnet sind. Dies er­ möglicht, auch die Nachrüstung der Einrichtung zur Dreh­ zahlbegrenzung, da das Getriebe in die bestehende Kinema­ tik zwischen Gashebel und Drosselklappe des Vergasers einsetzbar ist.

Das Getriebe ist zweckmäßigerweise als Planetengetriebe ausgeführt, das ein koaxial zur Gashebelwelle und Dros­ selklappenwelle gelagertes Hohlrad umfaßt. Dieses Plane­ tengetriebe ist vorzugsweise in einem Gehäuse angeordnet, in dessen Wänden Lagerhülsen vorgesehen sind, deren Boh­ rungen als Lager für die Gashebelwelle und Drosselklap­ penwelle dienen und auf deren Mantelflächen das Hohlrad gelagert ist. Auf diese Weise sind die Lageranordnungen der Wellen und des Hohlrades derart gestaltet, daß Ferti­ gungstoleranzen auf ein Minimum reduziert werden bei ver­ gleichsweise geringem Aufwand in der Herstellung.

Innerhalb des Hohlrades ist auf den Enden der Gashebel­ welle und der Drosselklappenwelle jeweils ein Zahnrad an­ geordnet und zu jedem dieser Zahnräder sind weitere Zahn­ räder vorgesehen, so daß jeweils eines der weiteren Zahn­ räder kämmend mit den auf den Wellenenden befindlichen Zahnrädern in Eingriff stehen. Diese weiteren Zahnräder sind drehfest miteinander verbunden, so daß eine Stellbe­ wegung des auf der Gashebelwelle befindlichen Zahnrades über die weiteren Zahnräder auf das Zahnrad der Drossel­ klappenwelle übertragen wird. Vorzugsweise sind die wei­ teren Zahnräder auf einer gemeinsamen Welle befestigt, wobei diese Welle mit ihren Enden in radialen Wänden des Hohlrades gelagert ist.

Zweckmäßigerweise ist das Planetengetriebe derart ausge­ stattet, daß bei Betätigung des Hohlrades durch das Stellmittel die gemeinsame Welle der beiden weiteren Zahnräder eine Relativbewegung ausführt, wobei das mit dem ersten Zahnrad der Gashebelwelle kämmende zweite Zahnrad auf dem ersten Zahnrad abrollt, da dieses durch die Betätigung des Gashebels eine bestimmte Stellung ein­ nimmt. Das Getriebe kann so ausgelegt sein, daß entweder das Übersetzungsverhältnis i < 1 oder das Übersetzungs­ verhältnis i < 1 ist. Es ist möglich, die erfindungsgemä­ ße Einrichtung zur Nachrüstung herkömmlicher Vergaser bzw. Drosselklappenstellern zu benutzen.

Zur Drehung des Hohlrades ist zweckmäßigerweise an dessen Außenumfang ein Zahnkranz angeordnet, in den ein von dem Stellmittel angetriebenes Zahnrad kämmend eingreift. Als Stellmittel zum Betätigen der Drosselklappe in Abhängig­ keit des Sensorsignals ist zweckmäßigerweise ein Elektro­ motor mit Getriebe vorgesehen, der vorzugsweise als Gleichstrommotor mit einer Betriebsspannung von 4,5 V bis 6 V ausgeführt ist. Eine elektronische Steuerschaltung oder ein Regler empfängt das Sensorsignal und steuert in Abhängigkeit dieses Sensorsignals sowie gegebenenfalls weiterer Parameter den Elektromotor. Der Regler kann ge­ gebenenfalls auch als PID-Regler ausgebildet sein.

Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Drehzahlbegrenzung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeich­ nung zeigt:

Fig. 1 eine Prinzipskizze eines Drosselklappen-Stellme­ chanismus mit einem ersten Übersetzungsverhältnis der Getriebemittel;

Fig. 2 eine Ausführungsvariante mit geändertem Überset­ zungsverhältnis.

In Fig. 1 ist ein schematisch dargestellter Verbrennungs­ motor 3 in seinem Ansaugbereich 4 mit einem Vergaser 1 versehen. In einem Ansaugkanal 7 des Vergasers 1 befindet sich eine Drosselklappe 2, die mittels einer Drosselklap­ penwelle 13 drehbar in dem Vergaser 1 gelagert ist und damit den Durchtrittsquerschnitt des Ansaugkanals 7 ver­ ändern kann.

Ein Gashebel 8 ist mittels eines Getriebes 11 mit der Drosselklappe 2 verbunden, so daß eine Stellbewegung am Gashebel 8 zu einer Schwenkbewegung der Drosselklappe 2 führt. Der Gashebel 8 ist mit einer Gashebelwelle 10 ver­ bunden, die als Antriebswelle des Getriebes 11 dient. Die Abtriebswelle des Getriebes ist gleichzeitig die Drossel­ klappenwelle 13. In dem Ausführungsbeispiel sind die Drosselklappenwelle 13 (Abtriebswelle) und die Gashebel­ welle 10 (Antriebswelle) fluchtend zueinander angeordnet.

Das Getriebe 11 umfaßt ein Getriebegehäuse 12, das zwei parallele Wandteile beziehungsweise Seitenwände 20 und 21 besitzt. In diesen Seitenwänden 20, 21 befinden sich La­ gerhülsen 18 und 19, die fluchtend zueinander angeordnet sind und in deren Bohrungen ein Hohlrad 14 gelagert ist. Hierzu ist das Hohlrad 14, das Bestandteil des als Plane­ tengetriebe ausgeführten Getriebes 11 ist, mit Hohlwellen 28, 29 versehen, durch die die Gashebelwelle 10 und die Drosselklappenwelle 13 in das Hohlrad 14 ragen.

Auf dem innerhalb des Hohlrades 14 befindlichen Ende 10 der Gashebelwelle 10 ist ein erstes Zahnrad 22 angeord­ net, das mit einem zweiten Zahnrad 23 in kämmendem Ein­ griff steht. Dieses zweite Zahnrad 23 ist drehfest mit einem dritten Zahnrad 24 verbunden, wobei die Zahnräder 23 und 24 auf einer gemeinsamen Welle 26 befestigt sind. Das dritte Zahnrad 24 steht in kämmendem Eingriff mit ei­ nem vierten Zahnrad 25, das auf dem in das Hohlrad 14 ra­ genden Ende 13 der Drosselklappenwelle 13 befestigt ist. Die gemeinsame Welle 26 der Zahnräder 23 und 24 ist mit ihren Enden in radialen Wandteilen 14′ des Hohlrades 14 gelagert.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind das erste Zahnrad 22 und das dritte Zahnrad 24 gleich, wobei das erste Zahnrad 22 und dritte Zahnrad 24 größer sind als das zweite Zahnrad 23 und vierte Zahnrad 25. Das zweite Zahnrad 23 und das vierte Zahnrad 25 können glei­ che Durchmesser besitzen. Von der Gashebelwelle 10 zur Drosselklappenwelle 13 ist auf diese Weise das Überset­ zungsverhältnis i < 1.

Das Hohlrad 14 besitzt an seinem äußeren Umfang einen Zahnkranz 15, der in kämmendem Eingriff mit einem Zahnrad 17 steht, das auf einer Ausgangswelle 16′ eines Getriebe­ motors 16 befestigt ist. Der Getriebemotor 16 ist als Elektromotor ausgeführt, der von einer elektronischen Steuerschaltung 5 gesteuert wird. Ein mit der elektroni­ schen Steuerschaltung 5 verbundener Sensor 9 erfaßt die Drehzahl n der Kurbelwelle 6 des Verbrennungsmotors 3.

Im Betrieb des Verbrennungsmotors 3 wird zur Drehzahlbe­ einflussung der Gashebel 8 bewegt, wobei die Drehung der Gashebelwelle 10 aufgrund des gewählten Übersetzungsver­ hältnisses der Zahnräder 22-25 als entsprechende Dreh­ bewegung auf die Drosselklappenwelle 13 übertragen wird. Dadurch wird auch die Drosselklappe 2 in dem Ansaugkanal 7 des Vergasers 1 im Sinne eines Schließens oder Öffnens des Durchtrittsquerschnitts des Ansaugkanales 7 ver­ stellt.

Befindet sich der Gashebel 8 in der Vollgasstellung und somit die Drosselklappe 2 in ihrer maximalen Öffnungsstellung, erreicht der Verbrennungsmotor 3 seine zuläs­ sige Höchstdrehzahl, die, um eine Zerstörung des Verbren­ nungsmotors zu vermeiden, nicht überschritten werden darf. Der Sensor 9 erfaßt daher die Drehzahl der Kurbel­ welle 6 des Verbrennungsmotors 3 und gibt ein entspre­ chendes Signal an dem elektronischen Regler 5. Im elek­ tronischen Regler 5 wird ein der Drehzahl der Kurbelwelle 6 entsprechender vom Sensor 9 gelieferter Wert mit einem vorgegebenen Referenzwert, der der Abregeldrehzahl ent­ spricht, verglichen. Sobald die Drehzahl der Kurbelwelle 6 die vorbestimmte Abregeldrehzahl erreicht, wird der Elektromotor des Getriebemotors 16 aktiviert und dadurch die Abtriebswelle 16′ mit dem darauf befindlichen Zahnrad 17 in Drehbewegung versetzt.

Durch den kämmenden Eingriff des Zahnrades 17 mit dem Zahnkranz 15 des Hohlrades 14 wird auch das Hohlrad 14 um die durch die Lagerhülsen 18 und 19 vorgegebene Rotati­ onsachse verdreht. Den gleichen Drehwinkel wie das Hohl­ rad 14 führt auch die gemeinsame Welle 26 der Zahnräder 23 und 24 aus. Da der Gashebel 8 von der Bedienungsperson gehalten wird, verhält sich das erste Zahnrad 22 still­ stehend, so daß das zweite Zahnrad 23 aufgrund der Drehwinkelbewegung des Hohlrades 14 auf dem ersten Zahn­ rad 22 abwälzt. Dadurch wird die gemeinsame Welle 26 in Rotation versetzt, was zur Folge hat, daß eine entspre­ chende Drehung des dritten Zahnrades 24 erfolgt, die wie­ derum zur einer entsprechenden Drehung des vierten Zahn­ rades 25 und damit der Drosselklappenwelle 13 führt. Es handelt sich bei dieser resultierenden Drehbewegung an der Drosselklappenwelle 13 um eine Schließbewegung, durch die der Luftmassenstrom reduziert wird. Durch diese Maß­ nahme wird somit abgasneutral die Drehzahl des Verbren­ nungsmotors 3 auf einen bestimmten Höchstwert begrenzt, so daß ein wirksamer Schutz gegen Drehzahlüberschreitung erreicht ist.

Die Ausführungsform der Fig. 2 unterscheidet sich von derjenigen der Fig. 1 dadurch, daß die Größenverhältnisse der ersten, zweiten, dritten und vierten Zahnräder 22′, 23′, 24′, 25′ umgekehrt sind, d. h. das erste Zahnrad 22′ und dritte Zahnrad 24′ sind kleiner als das zweite Zahn­ rad 23′ und vierte Zahnrad 25′. Auf diese Weise ergibt sich ein Übersetzungsverhältnis von i < 1.

Claims (14)

1. Einrichtung zur Drehzahlbegrenzung eines Verbren­ nungsmotors (3) in einem handgeführten Arbeitsge­ rät, wobei in einem Ansaugbereich (4) des Verbren­ nungsmotors (3) ein Vergaser (1) mit einer darin angeordneten und um eine Drehachse schwenkbaren Drosselklappe (2) vorgesehen und eine Drosselklap­ penwelle (13) mechanisch mit einem Gashebel (8) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sensor (9) zur Er­ fassung der aktuellen Drehzahl (n) der Kurbelwelle (6) des Verbrennungsmotors (3) sowie Mittel (16) zum Betätigen der Drosselklappe (2) in Abhängigkeit des Sensorsignals im Sinne eines Schließens vorge­ sehen sind, wobei zwischen der Drosselklappenwelle (13) und dem Gashebel (8) mechanische Übertragungs­ mittel (10, 22, 22′, 23, 23′, 24, 24′, 25, 25′) an­ geordnet sind, auf welches das genannte Mittel (16) wirkt und das Übertragungsmittel (22, 22′, 23, 23′, 24, 24′, 25, 25′) derart gestaltet ist, daß die Schließbewegung der Drosselklappe (2) von der Gas­ hebelstellbewegung entkoppelt ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Übertragungsmittel ein Getriebe (11) vorgesehen ist, dessen Antriebs­ welle die Gashebelwelle (10); ist und dessen Ab­ triebswelle die Drosselklappenwelle (13) ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gashebelwelle (10) und die Drosselklappenwelle (13) fluchtend angeord­ net sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe (11) als Planetengetriebe ausgeführt ist, das ein koaxial zur Gashebelwelle (10) und Drosselklappenwelle (13) gelagertes Hohlrad (14) umfaßt.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Planetengetriebe (11) in einem Gehäuse (12) angeordnet ist, in des­ sen Wänden (20, 21) Lagerhülsen (18, 19) vorgesehen sind, deren Bohrungen als Lager für das Hohlrad (14) dienen.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlrad (14) mit­ tels Hohlwellen (28, 29) in den Lagerhülsen (18, 19) gelagert ist und die Gashebelwelle (10) und Drosselklappenwelle (13) durch die Hohlwellen (28, 29) in das Hohlrad (14) ragen.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils auf den inner­ halb des Hohlrades (14) befindlichen Enden (10*, 13*) der Gashebelwelle (10) und der Drosselklappen­ welle (13) ein Zahnrad (22, 25) angeordnet ist und zu jedem dieser Zahnräder (22, 25) ein weiteres Zahnrad (23, 24) vorgesehen ist, die kämmend mit diesen in Eingriff stehen, wobei die weiteren Zahn­ räder (23, 24) drehfest miteinander verbunden sind.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren Zahnräder (23, 24; 23′, 24′) auf einer gemeinsamen Welle (26) befestigt sind, die mit ihren Enden in radialen Wänden (14′) des Hohlrades (14) gelagert sind.

9. Einrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das auf dem Ende (10) der Gashebelwelle (10) befestigte erste Zahnrad (22, 22′) eine andere Zähnezahl aufweist als das mit diesem kämmende zweite Zahnrad (23, 23′) und das auf dem Ende (13*) der Drosselklappenwelle (13) befestigte vierte Zahnrad (25, 25′) eine andere Zähnezahl besitzt als das mit diesem kämmende drit­ te Zahnrad (24, 24′).

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähnezahl des auf der Gashebelwelle (10) befestigten ersten Zahnrades (22, 22′) gleich ist derjenigen des dritten Zahnra­ des (24, 24′) und die Zähnezahl des auf der Dros­ selklappenwelle (13) befestigten vierten Zahnrades (25, 25′) gleich derjenigen des zweiten Zahnrades (23, 23′).

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlrad (14) an seinem Außenumfang einen Zahnkranz (15) aufweist, in den ein von dem Mittel (16) angetriebenes Zahn­ rad (17) kämmend eingreift.

12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel (16) zum Be­ tätigen der Drosselklappe (2) in Abhängigkeit des Sensorsignals ein Elektromotor mit Getriebe ist.

13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektronische Steuerschaltung und/oder ein Regler (5) vorgesehen ist, der das Sensorsignal empfängt und in Abhängig­ keit des Sensorsignals den Elektromotor ansteuert.

14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Reg­ ler (5) als PID-Regler ausgeführt ist.